THE hafnis, Hf, yra pereinamasis metalas, kurio atominis skaičius 72, esantis 4 grupėje Periodinė elementų lentelė. Tai natūraliai atsiranda su elementu, esančiu tiesiai virš jo, cirkonio, tačiau juos sunku atskirti, atsižvelgiant į didelį jų cheminį panašumą. Lantano susitraukimas sukelia hafnio a atominis spindulys beveik lygus cirkonio spinduliui, palengvinantis mineralų sudėties mainus tarp šių dviejų.
Hafnio žemės plutoje beveik nėra, tačiau jis turi svarbių pritaikymų. Vienas iš jų – branduolinių reaktorių neutronų valdymo strypų, kontroliuojančių dalijimosi reakcijas, gamyba. Jis taip pat gali būti naudojamas metalinių superlydinių ir aukštos temperatūros keramikos gamyboje.
Taip pat skaitykite: Itris – metalas, plačiai naudojamas elektronikoje
hafnio santrauka
Tai natūraliai atsiranda su cirkoniu.
Žemės plutoje jo nėra labai daug.
Lantano susitraukimas apsunkina hafnio ir cirkonio atskyrimą.
Iš esmės jis randamas cirkonite.
Jis naudojamas neutronų valdymo strypų gamybai branduoliniai reaktoriai.
Jį atrado Georgas von Hevesey ir Dirkas Costeris.
Hafnio savybės
Simbolis: Hf
atominis skaičius: 72
atominė masė: 178,49 c.u.s.
elektroninė konfigūracija: [Xe] 6s2 4f14 5d2
Susiliejimo taškas: 2233 °C
Virimo taškas: 4600 °C
Tankis: 13,3 g.cm-3
cheminė serija: pereinamasis metalas, 4 grupė
hafnio savybės
Hafnis yra a pilkšvas metalas natūraliai randamas žemės plutoje – kiekvienam plutos kilogramui tenka apie 5,3 mg. Smulkiai padalyta, tai yra piroforinė medžiaga, tai yra, ji yra linkusi degimo spontaniškas sąlytis su oru, tačiau neapdorotas jis nėra.
Hafnis yra vienas iš pirmųjų periodinės lentelės elementų, turinčių vadinamojo lantanido susitraukimo poveikį, kai susitraukia atominis spindulys lantanido serijos metu. Kaip pasekmė, hafnio spindulys yra panašus prie elemento tiesiai aukščiau jį periodinėje lentelėje, cirkonis, kurio skirtumas tik 13 val. (pikometras, 10-12 m). Dėl to kai kurios savybės yra labai panašios viena į kitą, todėl gamtoje jos atsiranda kartu ir jas sunku atskirti.
Tai yra metalo kuri gali patirti rūgščių ataką esant aukštai temperatūrai, bet nepatiria jokio šarminių tirpalų poveikio net aukštesnėje temperatūroje. Hafnio chemija yra menkai suprantama, palyginti su cirkoniu. Tačiau didžioji dalis Cheminis hafnio elgesys yra panašus į cirkonį, pvz., +4 oksidacijos būsenos vyravimas tirpale ir reakcija su dauguma nemetalai aukštoje temperatūroje.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Patikrinkite tai mūsų podcast'e: Kietas kaip deimantas – ką tai reiškia?
Hafnio atsiradimas
hafnis yra žemės plutoje mažai, daugiausia susijęs su cirkoniu mineraluose, tokiuose kaip cirkonitas, mišrus cirkonio ir hafnio silikatas, kuriame taip pat gali būti kitų elementų. Cheminę formulę galima pavaizduoti (Zr, Hf) SiO4 o hafnio kiekis paprastai svyruoja nuo 1% iki 4% masės. Cirkonio ir hafnio santykis cirkonite yra 50:1 ir, kaip minėta, juos gana sunku atskirti.
THE cirkonio-hafnio mišinio išgavimas iš cirkonio gali atsirasti, kai šių metalų oksidas aukštoje temperatūroje virsta tetrachloridu. Antrame etape metalų tetrachlorido kiekis sumažės magnio atmosferoje argonas, labai aukštoje temperatūroje. Šios reakcijos parodo procesą, kur M gali būti Hf arba Zr.
MO2 → MCl4 (naudojant CCl4 esant 770 K temperatūrai)
MCl4 → M (naudojant Mg oro atmosferoje 1420 K temperatūroje)
THE atskyrimas tarp šių dviejų gali būti susijęs su tam tikrais būdais, pavyzdžiui, frakcinė K druskų kristalizacija2ZrF6 ir K2HfF6, kurių tirpumas vandenyje skiriasi. Taip pat galima atlikti ekstrakciją tirpikliu, kai Zr ir Hf junginiai ištirpinami vandenyje ir po to selektyviai ekstrahuojami organiniais tirpikliais. Verta paminėti, kad tai nėra vieninteliai hafnio ir cirkonio atskyrimo būdai. Pramonė jau sukūrė hidrometalurginius (ty vandeniniuose tirpaluose) ir pirometalurginius (be vandens) būdus.
hafnio aplikacijos
Sumaišius su cirkoniu, hafnis gali būti a svarbus plieno fizinių savybių pagerintojas. Grynas metalinis hafnis gali būti įtrauktas į lydinius geležies, titano ir niobis. Dėl panašumų su cirkoniu hafnis gali būti geras šio metalo pakaitalas, nors tai mažai tikėtina, atsižvelgiant į didesnį natūralų cirkonį.
Tačiau dažniausiai hafnis naudojamas lazdelių gamyba(taip pat žinomasThes kaip lazdos ar strypai) valdymą atominės elektrinės. Kadangi tai yra metalas, turintis gerą sugeriamumą neutronų, hafnis gali būti naudojamas siekiant užkirsti kelią grandininėms reakcijoms gamykloje, todėl galima kontroliuoti generuojamą energiją ir sumažinti nelaimingų atsitikimų tikimybę. Verta prisiminti, kad, pavyzdžiui, urano dalijimasis visada generuoja neutronus, kurie gali susidurti su naujais urano branduoliais ir tokiu būdu generuotų energiją geometrine progresija.
Galiausiai, hafnis taip pat gali būti naudojamas aukštos temperatūros keramikoje, nes jis gali gaminti labai ugniai atsparias medžiagas, tokias kaip boridai ir karbidai, kurių lydymosi temperatūra viršija 3000 °C.
hafnio istorija
Hafnis laikėsi XX a. atrastų elementų tendencijos. Buvo rasta nedideliais kiekiais ir jis taip pat klaidingai nurodė savo atradimą. Tai atsitiko su Georges'u Urbainu, kuris manė, kad 72 elementas yra retas žemė, o ne pereinamasis metalas. Štai kodėl, Urbainas pradėjo jo ieškoti mineralinio iterbio mišiniuose, kuriame jis kartu atrado elementą liutecį, kurio atominis numeris 71. Taigi 1911 m. jis paskelbė straipsnį, kuriame pristatė, kokie būtų spektroskopiniai naujo elemento, kurį jis pavadino keltaiu, duomenys.
Norėdamas nustatyti jo atominį skaičių ir patvirtinti savo atradimą, Urbainas 1914 metais išvyko į Angliją atlikti rentgeno spinduliuotės eksperimentų, kuriuos sukūrė Henry Moseley. Tačiau eksperimentais nepavyko įrodyti, kad tariamas elementas Celtium iš tikrųjų buvo 72 elementas. Taip įsitikinęs savo pastangomis, Georgesas Urbainas nuėjo taip toli, kad pasakė Rutherfordas, vėliau, kad nepavyko patikrinti jo atradimo dėl Moseley metodų trūkumų.
Priešinga kryptimi ir susidūrus su naujomis idėjomis apie atominę struktūrą, Georgas von Hevesy manė, kad 72 elementas turi būti pereinamasis metalas ir taip pradėjo tolesnes studijas su kolega Dirku Costeriu. Mažų cirkonio silikato mėginių rentgeno analizė atskleidė medžiagos egzistavimą nežinomas, o spektroskopinės charakteristikos panašios į tas, kurias tokiam elementui numatė Moseley.
Taigi, po mėginio valymo,VHevesy ir Coster paskelbė savo išvadas, siūlantis naujojo elemento pavadinimą hafnium, užsimenant apie lotynišką Kopenhagos miesto pavadinimą Hafnia, radimo vieta. Nepaisant to, Urbainas daugelį metų kovojo už celiumo atradimą, kol eksperimentiniai metodai įrodė, kad hafnis ir keltas davė skirtingus atsakymus. Atsakant į tai, pasitvirtino tai, ką jau įtarė Moseley: Celtium iš tikrųjų buvo labai išgrynintas liutecis.
Taip pat skaitykite: Deguonies atradimas - žygdarbis, pakeitęs degimo tyrimų eigą
Pratimai, atlikti ant hafnio
Klausimas 1
Hafnis yra elementas, labai panašus į cirkonį, kuris periodinėje lentelėje yra šiek tiek virš jo. Šį didelį panašumą galime paaiškinti, nes:
(A) Hafnio ir cirkonio masė yra vienoda.
(B) Hafnis ir cirkonis turi vienodą protonų skaičių.
(C) Hafnis ir cirkonis yra toje pačioje grupėje periodinėje lentelėje.
(D) Hafnis ir cirkonis turi vienodą elektronų skaičių.
(E) Hafnis ir cirkonis yra metaliniai elementai.
Atsakyti: raidė C
Hf ir Zr panašumas kyla dėl jų priklausymo tai pačiai periodinės lentelės grupei. Lentelė deda į grupes elementai kurios turi panašias chemines savybes. Taigi šablonas yra raidė C.
2 klausimas
Kaip ir cirkonis, hafnis yra stabiliausia forma, kurio oksidacijos skaičius yra +4. Paprastai hafnis gali surišti halogenus.
Tinkamiausia IV hafnio fluorido formulė būtų:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Atsakyti: raidė D
THE fluoras Jis turi fiksuotą oksidacijos skaičių, visada lygų -1. Kadangi Hf yra elementas, kurio NOx yra lygus +4, Hf krūviui neutralizuoti reikia keturių fluoro atomų. Taigi junginys hafnio fluoridas IV yra HfF4, aprašyta D raidėje.
Autorius Stefano Araújo Novais
Chemijos mokytojas
