THE ჰაფნიუმი, Hf, არის გარდამავალი ლითონი 72 ატომური ნომრით, რომელიც მდებარეობს მე-4 ჯგუფში Პერიოდული ცხრილი. ის ბუნებრივად გვხვდება მის ზემოთ მდებარე ელემენტთან, ცირკონიუმთან, მაგრამ მათი განცალკევება რთულია მათ შორის დიდი ქიმიური მსგავსების გათვალისწინებით. ლანთანის შეკუმშვა იწვევს ჰაფნიუმს ა ატომური რადიუსი თითქმის ტოლია ცირკონიუმის, ხელს უწყობს ორს შორის გაცვლას მინერალების შემადგენლობაში.
ჰაფნიუმი დედამიწის ქერქში თითქმის არ არის, მაგრამ მას მნიშვნელოვანი გამოყენება აქვს. ერთ-ერთი მათგანია ბირთვულ რეაქტორებში ნეიტრონის კონტროლის ღეროების წარმოება, რომლებიც აკონტროლებენ დაშლის რეაქციებს. ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მეტალის სუპერშენადნობების და მაღალი ტემპერატურის კერამიკის წარმოებაში.
წაიკითხეთ ასევე: იტრიუმი - ლითონი ფართოდ გამოიყენება ელექტრონიკაში
ჰაფნიუმის შეჯამება
ეს ბუნებრივად გვხვდება ცირკონიუმთან ერთად.
ის არ არის ძალიან წარმოდგენილი დედამიწის ქერქში.
ლანთანის შეკუმშვა ართულებს ჰაფნიუმის და ცირკონიუმის გამოყოფას.
იგი ძირითადად გვხვდება ცირკონიტში.
იგი გამოიყენება ნეიტრონული კონტროლის ღეროების წარმოებაში ბირთვული რეაქტორები.
ის აღმოაჩინეს გეორგ ფონ ჰევესიმ და დირკ კოსტერმა.
ჰაფნიუმის თვისებები
სიმბოლო: ჰფ
ატომური ნომერი: 72
ატომური მასა: 178.49 ჩვ.წ.
ელექტრონული კონფიგურაცია: [Xe] 6s2 4ვ14 5d2
შერწყმის წერტილი: 2233 °C
Დუღილის წერტილი: 4600 °C
სიმკვრივე: 13.3 გ.სმ-3
ქიმიური სერია: გარდამავალი ლითონი, ჯგუფი 4
ჰაფნიუმის მახასიათებლები
ჰაფნიუმი არის ა ნაცრისფერი ლითონი ბუნებრივად გვხვდება დედამიწის ქერქში, დაახლოებით 5,3 მგ ქერქის ყოველ კილოგრამზე. წვრილად დაყოფისას ის პიროფორული მასალაა, ანუ მიდრეკილია წვის სპონტანურია ჰაერთან კონტაქტში, თუმცა, ნედლი სახით, ეს ასე არ არის.
ჰაფნიუმი არის პერიოდული ცხრილის ერთ-ერთი პირველი ელემენტი, რომელსაც აქვს ეგრეთ წოდებული ლანთანიდის შეკუმშვის ეფექტი, რომლის დროსაც ხდება შეკუმშვა. ატომური რადიუსი ლანთანიდის სერიის დროს. შედეგად, ჰაფნიუმის სხივი მსგავსია ელემენტს ზემოთ მას პერიოდულ სისტემაში, ცირკონიუმი, რომლის სხვაობა მხოლოდ ღამის 13 საათია (პიკომეტრი, 10-12 მ). შედეგად, ზოგიერთი თვისება ძალიან ჰგავს ერთმანეთს, რაც მათ ბუნებაში ერთად წარმოქმნის და ძნელია მათი განცალკევება.
Ეს არის ლითონის რომელსაც შეუძლია განიცადოს მჟავა შეტევა მაღალ ტემპერატურაზე, მაგრამ არ განიცდის რაიმე მოქმედებას ტუტე ხსნარებისგან, თუნდაც მაღალ ტემპერატურაზე. ჰაფნიუმის ქიმია ცუდად არის გაგებული ცირკონიუმთან შედარებით. თუმცა, ბევრი ჰაფნიუმის ქიმიური ქცევა წააგავს ცირკონიუმის ქცევას, როგორიცაა +4 დაჟანგვის მდგომარეობის უპირატესობა ხსნარში და რეაქცია უმეტესობასთან არამეტალები მაღალ ტემპერატურაზე.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
შეამოწმეთ იგი ჩვენს პოდკასტზე: ალმასივით მყარი - რას ნიშნავს ეს?
ჰაფნიუმის გაჩენა
ჰაფნიუმი არის ცოტაა დედამიწის ქერქში, ძირითადად ასოცირდება ცირკონიუმთან მინერალებში, როგორიცაა ცირკონიტი, ცირკონიუმის და ჰაფნიუმის შერეული სილიკატი, რომელიც ასევე შეიძლება შეიცავდეს სხვა ელემენტებს. ქიმიური ფორმულა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს (Zr, Hf) SiO4 და ჰაფნიუმის შემცველობა ჩვეულებრივ მერყეობს 1%-დან 4%-მდე მასის მიხედვით. ცირკონიუმის და ჰაფნიუმის თანაფარდობა ცირკონიტში არის 50:1 და როგორც ითქვა, მათი გამოყოფა საკმაოდ რთულია.
THE ცირკონიუმ-ჰაფნიუმის ნარევის მოპოვება ცირკონიდან შეიძლება მოხდეს ამ ლითონების ოქსიდის ტეტრაქლორიდში გარდაქმნით, მაღალ ტემპერატურაზე. მეორე ეტაპზე, ლითონების ტეტრაქლორიდი შემცირდება მაგნიუმი ატმოსფეროში არგონი, ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე. შემდეგი რეაქციები აჩვენებს პროცესს, სადაც M შეიძლება იყოს Hf ან Zr.
MO2 → MCl4 (CCl-ის გამოყენებით4 770 K ტემპერატურაზე)
MCl4 → M (მგ-ის გამოყენება ჰაერის ატმოსფეროში 1420 K ტემპერატურაზე)
THE ორს შორის გამიჯვნა შეიძლება მოიცავდეს ზოგიერთ ტექნიკას, როგორიცაა K მარილების ფრაქციული კრისტალიზაცია2ZrF6 და კ2HfF6, რომლებსაც წყალში განსხვავებული ხსნადობა აქვთ. ასევე შესაძლებელია გამხსნელი ექსტრაქციის გაკეთება, რომელშიც Zr და Hf ნაერთები იხსნება წყალში და შემდეგ შერჩევით გამოიყოფა ორგანული გამხსნელებით. აღსანიშნავია, რომ ეს არ არის ჰაფნიუმის და ცირკონიუმის გამიჯვნის ერთადერთი ტექნიკა. ინდუსტრიამ უკვე შეიმუშავა ჰიდრომეტალურგიული (ანუ წყალხსნარში მოხვედრილი) და პირომეტალურგიული (წყლის არსებობის გარეშე) მარშრუტები.
ჰაფნიუმის აპლიკაციები
ცირკონიუმთან შერევისას ჰაფნიუმი შეიძლება იყოს ა ფოლადის ფიზიკური თვისებების მნიშვნელოვანი გამაუმჯობესებელი. როდესაც სუფთაა, მეტალის ჰაფნიუმი შეიძლება შევიდეს შენადნობებში რკინის, ტიტანის და ნიობიუმი. ცირკონიუმთან მსგავსება შესაძლებელს ხდის, რომ ჰაფნიუმი იყოს ამ ლითონის კარგი შემცვლელი, თუმცა ცოტა ნაკლებად სავარაუდოა, თუ გავითვალისწინებთ ბუნებრივად მაღალი ცირკონიუმს.
თუმცა, ჰაფნიუმის ძირითადი გამოყენება არსებობს ჩხირების წარმოება(ასევე ცნობილიაTheჯოხები ან წნელები) კონტროლის ატომური ელექტროსადგურები. რადგან ეს არის ლითონი კარგი შთანთქმის უნარით ნეიტრონები, ჰაფნიუმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ქარხანაში ჯაჭვური რეაქციების თავიდან ასაცილებლად, რაც საშუალებას გაძლევთ გააკონტროლოთ გამომუშავებული ენერგია და მინიმუმამდე დაიყვანოთ უბედური შემთხვევების ალბათობა. უნდა გვახსოვდეს, რომ ურანის დაშლა, მაგალითად, ყოველთვის წარმოქმნის ნეიტრონებს, რომლებსაც შეუძლიათ შეჯახება ურანის ახალ ბირთვებთან, ისეთი ეფექტით, რომელიც გამოიმუშავებს ენერგიას გეომეტრიული პროგრესიით.
საბოლოოდ, ჰაფნიუმიც შეიძლება იყოს გამოიყენება მაღალი ტემპერატურის კერამიკაში, რადგან მას შეუძლია აწარმოოს ცეცხლგამძლე მასალები, როგორიცაა ბორიდები და კარბიდები, რომლებიც აღემატება 3000 °C დნობის ტემპერატურას.
ჰაფნიუმის ისტორია
ჰაფნიუმი მიჰყვებოდა მე-20 საუკუნის განმავლობაში აღმოჩენილი ელემენტების ტენდენციას. იყვნენ აღმოჩენილია მცირე რაოდენობით და მან ასევე შეცდომით აღნიშნა თავისი აღმოჩენა. ეს მოხდა ჟორჟ ურბეინთან, რომელიც თვლიდა, რომ ელემენტი 72 იყო იშვიათი დედამიწა და არა გარდამავალი ლითონი. Ამიტომაც, ურბეინმა დაიწყო მისი ძებნა მინერალის იტერბიუმის ნარევებში, რომელშიც მან ერთად აღმოაჩინა ელემენტი ლუტეტიუმი, ატომური ნომერი 71. ამრიგად, 1911 წელს მან გამოაქვეყნა სტატია, რომელშიც წარმოადგინა რა იქნებოდა ახალი ელემენტის სპექტროსკოპიული მონაცემები, რომელსაც მან ცელციუმი უწოდა.
მისი ატომური ნომრის დასადგენად და აღმოჩენის დასადასტურებლად, ურბეინი გაემგზავრა ინგლისში 1914 წელს ჰენრი მოსელის მიერ შემუშავებული რენტგენის გამოსხივების ექსპერიმენტების ჩასატარებლად. თუმცა, ექსპერიმენტებმა ვერ დაამტკიცეს, რომ სავარაუდო ელემენტი კელტიუმი, სინამდვილეში, ელემენტი 72 იყო. ასე დარწმუნებული თავის ძალისხმევაში, ჟორჟ ურბეინი იქამდე მივიდა, რომ ეთქვა რეზერფორდიმოგვიანებით, რომ მისი აღმოჩენის წარუმატებლობა გამოწვეული იყო მოსელის მეთოდების ხარვეზებით.
საპირისპირო მიმართულებით და ატომური სტრუქტურის შესახებ ახალი იდეების ფონზე, გეორგ ფონ ჰევესიმ ივარაუდა, რომ ელემენტი 72 უნდა იყოს გარდამავალი ლითონი და ამით დაიწყო შემდგომი სწავლა თავის კოლეგა დირკ კოსტერთან. ცირკონიუმის სილიკატის მცირე ნიმუშების რენტგენოლოგიურმა ანალიზმა გამოავლინა ნივთიერების არსებობა უცნობია, სპექტროსკოპიული მახასიათებლებით, რომლებიც მსგავსია მოზელის მიერ ასეთი ელემენტისთვის.
ამრიგად, ნიმუშის გაწმენდის შემდეგ,ვon Hevesy-მ და Coster-მა გამოაქვეყნეს თავიანთი დასკვნები, მიუთითებს ახალი ელემენტის სახელწოდებაზე ჰაფნიუმზე, რაც მიუთითებს ქალაქ კოპენჰაგენის ლათინურ სახელზე, ჰაფნია, აღმოჩენის ადგილი. ასეც რომ იყოს, ურბეინი მრავალი წლის განმავლობაში აგრძელებდა ცელციუმის აღმოჩენის მხარდაჭერას, სანამ ექსპერიმენტულმა ტექნიკამ არ დაადასტურა, რომ ჰაფნიუმი და ცელციუმი სხვადასხვა პასუხს აწარმოებდნენ. ამის საპასუხოდ დადასტურდა ის, რაც მოსელიმ უკვე ეჭვობდა: ცელციუმი, ფაქტობრივად, ძლიერ გაწმენდილი ლუტეტიუმი იყო.
წაიკითხე შენც: ჟანგბადის აღმოჩენა - მიღწევა, რომელმაც შეცვალა წვის კვლევების კურსი
ჰაფნიუმზე ამოხსნილი სავარჯიშოები
კითხვა 1
ჰაფნიუმი ცირკონიუმის ძალიან მსგავსი ელემენტია, რომელიც მის ზემოთ არის პერიოდულ ცხრილში. ჩვენ შეგვიძლია ავხსნათ ეს დიდი მსგავსება, რადგან:
(ა) ჰაფნიუმს და ცირკონიუმს აქვთ იგივე მასა.
(ბ) ჰაფნიუმსა და ცირკონიუმს აქვთ პროტონების იგივე რაოდენობა.
(C) ჰაფნიუმი და ცირკონიუმი პერიოდულ ცხრილში ერთსა და იმავე ჯგუფშია.
(დ) ჰაფნიუმს და ცირკონიუმს ელექტრონების ერთნაირი რაოდენობა აქვთ.
(E) ჰაფნიუმი და ცირკონიუმი ორივე მეტალის ელემენტია.
პასუხი: ასო C
Hf-სა და Zr-ს შორის მსგავსება მომდინარეობს პერიოდულ ცხრილში მათი ერთსა და იმავე ჯგუფში კუთვნილებით. ცხრილი ათავსებს ჯგუფებში ელემენტები რომლებსაც აქვთ მსგავსი ქიმიური თვისებები. ამრიგად, შაბლონი არის ასო C.
კითხვა 2
ცირკონიუმის მსგავსად, ჰაფნიუმი ჩნდება მისი ყველაზე სტაბილური ფორმით +4 ჟანგვის რიცხვით. ჩვეულებრივ, ჰაფნიუმს შეუძლია ჰალოგენების შეკავშირება.
ჰაფნიუმის ფტორიდის IV ყველაზე შესაფერისი ფორმულა იქნება:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2ფ3
პასუხი: ასო D
THE ფტორი მას აქვს ფიქსირებული დაჟანგვის რიცხვი, ყოველთვის -1-ის ტოლი. ვინაიდან Hf არის ელემენტი, რომლის NOx უდრის +4, ფტორის ოთხი ატომია საჭირო Hf-ის მუხტის გასანეიტრალებლად. ამრიგად, ნაერთი ჰაფნიუმის ფტორიდი IV არის HfF4, აღწერილია წერილში D.
სტეფანო არაუხო ნოვაისის მიერ
ქიმიის მასწავლებელი