THE hafnijs, Hf, ir pārejas metāls ar atomu skaitu 72, kas atrodas 4. grupā Periodiskā tabula. Tas dabiski rodas ar elementu, kas atrodas tieši virs tā, — cirkoniju, taču tos ir grūti atdalīt, ņemot vērā abu lielo ķīmisko līdzību. Lantāna kontrakcijas rezultātā hafnijam ir a atomu rādiuss ir gandrīz vienāds ar cirkonija rādiusu, atvieglojot apmaiņu starp abiem minerālvielu sastāvā.
Hafnija zemes garozā gandrīz nav, taču tam ir svarīgas pielietošanas iespējas. Viens no tiem ir neitronu kontroles stieņu ražošana kodolreaktoros, kas kontrolē skaldīšanas reakcijas. To var izmantot arī metālisku supersakausējumu un augstas temperatūras keramikas ražošanā.
Izlasi arī: Itrijs — metāls, ko plaši izmanto elektronikā
hafnija kopsavilkums
Dabiski tas notiek ar cirkoniju.
Zemes garozā tas nav īpaši sastopams.
Lantāna kontrakcija apgrūtina hafnija un cirkonija atdalīšanu.
Tas galvenokārt ir atrodams cirkonītā.
To izmanto neitronu kontroles stieņu ražošanā kodolreaktori.
To atklāja Georgs fon Hevesejs un Dirks Kosters.
Hafnija īpašības
Simbols: Hf
atomskaitlis: 72
atomu masa: 178,49 c.u.s.
elektroniskā konfigurācija: [Xe] 6s2 4f14 5d2
Sadales punkts: 2233 °C
Vārīšanās punkts: 4600 °C
Blīvums: 13,3 g.cm-3
ķīmiskā sērija: pārejas metāls, 4. grupa
Nepārtrauciet tagad... Pēc sludinājuma ir vēl kas ;)
hafnija īpašības
Hafnijs ir a pelēcīgs metāls dabiski sastopamas zemes garozā, ar aptuveni 5,3 mg uz katru kilogramu garozas. Smalki sadalīts, tas ir pirofors materiāls, tas ir, tas ir pakļauts tam degšana spontāni saskarē ar gaisu, tomēr neapstrādātā veidā tā nav.
Hafnijs ir viens no pirmajiem periodiskās tabulas elementiem, kam ir tā sauktā lantanīda kontrakcija, kurā atomu rādiuss lantanīda sērijas laikā. Tā rezultātā, hafnija stars ir līdzīgs uz elementu tieši augšā viņu periodiskajā tabulā, cirkonijs, kuras atšķirība ir tikai 13:00 (pikometrs, 10-12 m). Tā rezultātā dažas īpašības ir ļoti līdzīgas viena otrai, tāpēc dabā tās rodas kopā un ir grūti atdalītas.
Tas ir metāls kas var pakļaut skābes uzbrukumam augstās temperatūrās, bet necieš nekādu iedarbību no sārma šķīdumiem pat augstākā temperatūrā. Hafnija ķīmija ir slikti izprotama salīdzinājumā ar cirkoniju. Tomēr liela daļa no hafnija ķīmiskā izturēšanās atgādina cirkonija īpašības, piemēram, +4 oksidācijas stāvokļa pārsvars šķīdumā un reakcija ar lielāko daļu nemetāli augstā temperatūrā.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Apskatiet to mūsu podkāstā: Ciets kā dimants — ko tas nozīmē?
Hafnija rašanās
hafnijs ir maz klāt zemes garozā, kas galvenokārt ir saistīts ar cirkoniju minerālos, piemēram, cirkonītā, cirkonija un hafnija jauktā silikātā, kas var saturēt arī citus elementus. Ķīmisko formulu var attēlot ar (Zr, Hf) SiO4 un hafnija saturs parasti svārstās no 1% līdz 4% pēc masas. Cirkonija un hafnija attiecība cirkonītā ir 50:1, un, kā teikts, tos ir diezgan grūti atdalīt.
THE cirkonija-hafnija maisījuma ekstrakcija no cirkona var rasties, šo metālu oksīdu pārvēršot to tetrahlorīdā augstā temperatūrā. Otrajā posmā metālu tetrahlorīds tiks samazināts par magnijs atmosfērā argons, ļoti augstā temperatūrā. Sekojošās reakcijas parāda procesu, kur M var būt vai nu Hf, vai Zr.
MO2 → MCl4 (izmantojot CCl4 770 K temperatūrā)
MCl4 → M (izmantojot Mg gaisa atmosfērā 1420 K temperatūrā)
THE atdalīšana starp abiem var ietvert dažus paņēmienus, piemēram, K sāļu frakcionēta kristalizācija2ZrF6 un K2HfF6, kam ir atšķirīga šķīdība ūdenī. Ir iespējams veikt arī ekstrakciju ar šķīdinātāju, kurā Zr un Hf savienojumus izšķīdina ūdenī un pēc tam selektīvi ekstrahē ar organiskiem šķīdinātājiem. Ir vērts atzīmēt, ka šie nav vienīgie paņēmieni hafnija un cirkonija atdalīšanai. Nozare jau ir izstrādājusi hidrometalurģiskos (ti, kas notiek ūdens šķīdumā) un pirometalurģiskos (bez ūdens klātbūtnes) ceļus.
hafnija aplikācijas
Sajaucot ar cirkoniju, hafnijs var būt a svarīgs tērauda fizikālo īpašību uzlabotājs. Ja tas ir tīrs, metālisku hafniju var iestrādāt sakausējumos dzelzs, titāns un niobijs. Līdzības ar cirkoniju ļauj hafnijam būt labs šī metāla aizstājējs, lai gan tas ir maz ticams, ņemot vērā augstāko dabā sastopamo cirkoniju.
Tomēr hafnijs tiek plaši izmantots nūju ražošana(pazīstams arīThes, piemēram, nūjas vai stieņi) kontroles in atomelektrostacijas. Tā kā tas ir metāls ar labu absorbcijas spēju neitroni, hafniju var izmantot, lai novērstu ķēdes reakciju rašanos iekārtā, ļaujot kontrolēt saražoto enerģiju un samazināt negadījumu iespējamību. Ir vērts atcerēties, ka, piemēram, urāna skaldīšanās vienmēr rada neitronus, kas var sadurties ar jauniem urāna kodoliem tādā efektā, kas radītu enerģiju ģeometriskā progresijā.
Visbeidzot, var būt arī hafnijs izmanto augstas temperatūras keramikā, jo tas spēj ražot ļoti ugunsizturīgus materiālus, piemēram, borīdus un karbīdus, kuru kušanas temperatūra pārsniedz 3000 °C.
hafnija vēsture
Hafnijs sekoja 20. gadsimta atklāto elementu tendencei. Bija atklāti nelielos daudzumos un viņam arī kļūdaini tika norādīts uz savu atklājumu. Tas notika ar Džordžu Urbeinu, kurš uzskatīja, ka elements 72 ir retzeme, nevis pārejas metāls. Tāpēc, Urbains sāka to meklēt iterbija minerālu maisījumos, kurā viņš līdzatklāja elementu lutēcijs, atomskaitlis 71. Tā 1911. gadā viņš publicēja rakstu, kurā izklāstīja, kādi būtu spektroskopiskie dati par jaunu elementu, ko viņš nosauca par celtiju.
Lai noteiktu tā atomskaitli un apstiprinātu savu atklājumu, Urbeins 1914. gadā devās uz Angliju, lai veiktu Henry Moseley izstrādātos rentgena emisijas eksperimentus. Tomēr eksperimentos neizdevās pierādīt, ka šķietamais elements Celtium patiesībā ir elements 72. Tik pārliecināts par saviem centieniem, Džordžs Urbeins aizgāja tik tālu, ka teica Rezerfords, vēlāk, ka nespēja pārbaudīt viņa atklājumu bija Mozeleja metožu nepilnību dēļ.
Pretējā virzienā un, saskaroties ar jaunām idejām par atomu struktūru, Georgs fon Hevesijs pieņēma, ka elementam 72 jābūt pārejas metālam un tādējādi uzsāka turpmākās studijas pie sava kolēģa Dirka Kostera. Mazo cirkonija silikāta paraugu rentgena analīze atklāja vielas esamību nezināms, ar spektroskopiskajiem raksturlielumiem, kas ir līdzīgi tiem, ko šādam elementam prognozēja Moseley.
Tādējādi pēc parauga attīrīšanasVHevesy un Coster publicēja savus atklājumus, kas ierosina jaunā elementa nosaukumu hafnijs, norādot uz Kopenhāgenas pilsētas latīņu nosaukumu Hafnia, atklājuma vieta. Tomēr Urbains daudzus gadus turpināja aizstāvēt ķeltija atklāšanu, līdz eksperimentālie paņēmieni pierādīja, ka hafnijs un cētijs rada dažādas atbildes. Atbildot uz to, tika apstiprināts tas, par ko Mozelejs jau bija aizdomas: Celtium patiesībā bija ļoti attīrīts lutēcijs.
Lasi arī: Skābekļa atklāšana — varoņdarbs, kas mainīja degšanas pētījumu gaitu
Vingrinājumi atrisināti uz hafnija
jautājums 1
Hafnijs ir elements, kas ļoti līdzīgs cirkonim, kas periodiskajā tabulā atrodas tieši virs tā. Mēs varam izskaidrot šo lielo līdzību, jo:
(A) Hafnijam un cirkonim ir vienāda masa.
(B) Hafnijam un cirkonim ir vienāds protonu skaits.
(C) Hafnijs un cirkonijs ir vienā grupā periodiskajā tabulā.
(D) Hafnijam un cirkonim ir vienāds elektronu skaits.
(E) Hafnijs un cirkonijs ir metāliski elementi.
Atbildēt: burts C
Līdzība starp Hf un Zr izriet no to piederības vienai un tai pašai grupai periodiskajā tabulā. Tabula ievieto grupās elementi kam ir līdzīgas ķīmiskās īpašības. Tādējādi veidne ir burts C.
2. jautājums
Tāpat kā cirkonijs, hafnijs parādās visstabilākajā formā ar oksidācijas pakāpi +4. Parasti hafnijs var saistīt halogēnus.
Vispiemērotākā hafnija fluorīda IV formula būtu:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Atbildēt: burts D
THE fluors Tam ir fiksēts oksidācijas skaitlis, kas vienmēr ir vienāds ar -1. Tā kā Hf ir elements, kura NOx ir vienāds ar +4, ir nepieciešami četri fluora atomi, lai neitralizētu Hf lādiņu. Tādējādi savienojums hafnija fluorīds IV ir HfF4, kas aprakstīts D burtā.
Autors Stefano Araújo Novais
Ķīmijas skolotājs
