그만큼 하프늄, Hf는 원자번호 72의 전이금속으로 4족에 위치한다. 주기율표. 바로 위에 있는 원소인 지르코늄과 함께 자연적으로 발생하지만 화학적 유사성이 커서 분리하기가 어렵습니다. 란탄 수축으로 인해 하프늄이 원자 반경은 지르코늄의 반경과 거의 같습니다., 미네랄 구성에서 둘 사이의 교환을 촉진합니다.
하프늄은 지각에 거의 존재하지 않지만 중요한 용도가 있습니다. 그 중 하나는 핵분열 반응을 제어하는 원자로에서 중성자 제어봉을 제조하는 것입니다. 금속 초합금 및 고온 세라믹 생산에도 사용할 수 있습니다.
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하프늄 요약
그것은 지르코늄과 함께 자연적으로 발생합니다.
지각에는 별로 존재하지 않습니다.
란탄 수축은 하프늄과 지르코늄의 분리를 어렵게 만듭니다.
그것은 기본적으로 지르코나이트에서 발견됩니다.
그것은 중성자 제어 막대의 제조에 사용됩니다. 원자로.
그것은 Georg von Hevesey와 Dirk Coster에 의해 발견되었습니다.
하프늄 속성
상징: 에프
원자 번호: 72
원자 질량: 178.49 c.u.s.
전자 구성: [Xe] 6초2 4f14 5d2
퓨전 포인트: 2233 °C
비점: 4600 °C
밀도: 13.3g.cm-3
화학 시리즈: 전이금속, 4족
하프늄 특성
하프늄은 칙칙한 금속 지각 1kg당 약 5.3mg으로 지각에서 자연적으로 발생합니다. 잘게 쪼개지면 발화성 물질이다. 연소 공기와 접촉하면 자발적이지만 원시 형태로는 그렇지 않습니다.
하프늄은 주기율표의 첫 번째 원소 중 하나로, 원자 반경 란타나이드 시리즈 중 그 결과, 하프늄 광선은 유사하다 바로 위의 요소에 주기율표에서 그를, 지르코늄, 그 차이는 오후 1시(피코미터, 10-12 중). 결과적으로 일부 속성은 서로 매우 유사하여 자연에서 함께 발생하고 분리하기 어렵습니다.
이것은 금속 이는 고온에서 산성 공격을 받을 수 있지만 더 높은 온도에서도 알칼리성 용액으로부터 어떠한 작용도 겪지 않습니다. 하프늄의 화학은 지르코늄에 비해 잘 이해되지 않습니다. 그러나 대부분의
하프늄의 화학적 거동은 지르코늄의 화학적 거동과 유사합니다., 용액에서 +4 산화 상태의 우세 및 대부분의 반응과 같은 비금속 고온에서.Hf + O2 → H2O2
Hf + 2 Cl2 → 염산4
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하프늄의 발생
하프늄은 지각에 거의 존재하지 않음, 주로 다른 원소를 포함할 수 있는 지르코늄과 하프늄의 혼합 규산염인 지르코나이트와 같은 광물의 지르코늄과 관련하여 발생합니다. 화학식은 (Zr, Hf) SiO로 나타낼 수 있습니다.4 그리고 하프늄 함량은 일반적으로 1%에서 4질량%까지 다양합니다. 지르코늄과 하프늄의 비율은 지르코나이트에서 50:1이며, 말했듯이 분리하기가 상당히 어렵습니다.
그만큼 지르콘에서 지르코늄-하프늄 혼합물 추출 고온에서 이들 금속의 산화물이 사염화물로 전환될 때 발생할 수 있습니다. 두 번째 단계에서 금속의 사염화물은 다음과 같이 환원됩니다. 마그네슘 의 분위기에서 아르곤, 매우 높은 온도에서. 다음 반응은 M이 Hf 또는 Zr일 수 있는 프로세스를 보여줍니다.
모2 → MCL4 (CCl을 사용하여4 770K 온도에서)
MCL4 → M(1420K 온도의 대기 분위기에서 Mg 사용)
그만큼 둘 사이의 분리에는 몇 가지 기술이 포함될 수 있습니다., K 염의 분별 결정화와 같은2ZrF6 그리고 케이2HfF6, 물에 대한 용해도가 다릅니다. Zr과 Hf 화합물을 물에 녹인 후 유기용매로 선택적으로 추출하는 용매추출도 가능하다. 이것이 하프늄과 지르코늄을 분리하는 유일한 기술이 아니라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 업계에서는 이미 습식 야금(즉, 수용액에서 발생) 및 건식 야금(물 없이) 경로를 개발했습니다.
하프늄 응용
지르코늄과 혼합하면 하프늄이 될 수 있습니다. 철강 물성의 중요한 개선제. 순수한 금속 하프늄은 다음과 같은 합금에 포함될 수 있습니다. 철, 티탄 그리고 니오브. 지르코늄과의 유사성으로 인해 하프늄이 이 금속의 좋은 대체물이 될 수 있지만 자연적으로 발생하는 더 높은 지르코늄을 고려할 때 그럴 가능성은 거의 없습니다.
그러나 하프늄의 주요 용도는 다음과 같습니다. 막대기의 생산(으로 알려져있다그만큼막대기 또는 막대와 같은) 제어 원자력 발전소. 흡수력이 좋은 금속이기 때문에 중성자, 하프늄을 사용하여 플랜트에서 연쇄반응이 일어나는 것을 방지할 수 있어 발생하는 에너지를 제어할 수 있고 사고 가능성을 최소화할 수 있습니다. 예를 들어, 우라늄 핵분열은 항상 새로운 우라늄 핵과 충돌할 수 있는 중성자를 생성하여 기하급수적으로 에너지를 생성한다는 점을 기억할 가치가 있습니다.
마지막으로 하프늄도 가능합니다. 고온 세라믹에 사용, 3000 °C 융점을 초과하는 붕소화물 및 탄화물과 같은 고내화물 재료를 생산할 수 있기 때문입니다.
하프늄 역사
하프늄은 20세기 전반에 걸쳐 발견된 원소의 경향을 따랐습니다. 이었다 소량으로 발견 그는 또한 자신의 발견을 잘못 지적했습니다. 이것은 72번 원소가 전이 금속이 아니라 희토류라고 믿었던 Georges Urbain에게서 발생했습니다. 그렇기 때문에, Urbain은 광물 이테르븀의 혼합물에서 그것을 찾기 시작했습니다., 그는 원자 번호 71인 루테튬 원소를 공동 발견했습니다. 따라서 1911년에 그는 새로운 원소의 분광 데이터가 될 내용을 제시한 기사를 출판했는데, 그는 이를 celtium이라고 불렀습니다.
원자 번호를 결정하고 그의 발견을 확인하기 위해 Urbain은 1914년에 영국으로 가서 Henry Moseley가 개발한 X선 방출 실험을 수행했습니다. 그러나 실험에서는 셀튬으로 추정되는 원소가 실제로는 72번 원소라는 것을 증명하지 못했습니다. 그의 노력을 확신한 George Urbain은 다음과 같이 말했습니다. 러더퍼드, 나중에 그의 발견을 검증하지 못한 것은 Moseley의 방법의 결함 때문이었다고 합니다.
원자 구조에 대한 새로운 생각과 반대 방향으로, Georg von Hevesy는 원소 72가 전이 금속이어야 한다고 가정했습니다. 따라서 동료인 Dirk Coster와 함께 추가 연구를 시작했습니다. 규산지르코늄의 작은 샘플에 대한 X선 분석으로 물질의 존재가 밝혀졌습니다. Moseley가 그러한 요소에 대해 예측한 것과 유사한 분광학적 특성을 가진 미지의 것입니다.
따라서 시료 정제 후,VHevesy와 Coster에서 그들의 연구 결과를 발표했습니다., 새로운 원소에 대해 하프늄이라는 이름을 제안하고, 발견의 현장인 하프니아(Hafnia) 코펜하겐 시의 라틴어 이름을 암시합니다. 그럼에도 불구하고 Urbain은 실험 기술이 하프늄과 셀륨이 서로 다른 반응을 생성한다는 것을 증명할 때까지 수년 동안 셀튬 발견을 계속 옹호했습니다. 이에 대한 응답으로 Moseley가 이미 의심했던 것이 확인되었습니다. Celtium은 사실 고도로 정제된 루테튬이었습니다.
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하프늄으로 풀린 운동
질문 1
하프늄은 주기율표에서 바로 위에 있는 지르코늄과 매우 유사한 원소입니다. 우리는 다음과 같은 이유로 이 큰 유사성을 설명할 수 있습니다.
(A) 하프늄과 지르코늄은 질량이 같다.
(B) 하프늄과 지르코늄은 양성자 수가 같다.
(다) 하프늄과 지르코늄은 주기율표에서 같은 족에 속한다.
(D) 하프늄과 지르코늄은 같은 수의 전자를 갖는다.
(E) 하프늄과 지르코늄은 모두 금속 원소입니다.
회신하다: 문자 C
Hf와 Zr의 유사성은 주기율표에서 같은 족에 속하기 때문입니다. 테이블은 그룹에 배치합니다. 집단 화학적 성질이 유사한 것. 따라서 템플릿은 문자 C입니다.
질문 2
지르코늄과 마찬가지로 하프늄은 산화수가 +4인 가장 안정적인 형태로 나타납니다. 일반적으로 하프늄은 할로겐을 결합할 수 있습니다.
하프늄 플루오라이드 IV에 대한 가장 적합한 공식은 다음과 같습니다.
(A) HfF
(나) HfF2
(다) HfF3
(D) HfF4
(마) Hf2에프3
회신하다: 문자 D
그만큼 플루오르 그것은 고정된 산화수를 가지며 항상 -1과 같습니다. Hf는 NOx가 +4인 원소이기 때문에 Hf의 전하를 중화하려면 4개의 불소 원자가 필요합니다. 따라서, 화합물 하프늄 플루오라이드 IV는 HfF4, 편지 D에 설명되어 있습니다.
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