DE hafnium, Hf, er et overgangsmetall med atomnummer 72, lokalisert i gruppe 4 av Periodiske tabell. Det forekommer naturlig med grunnstoffet som er like over det, zirkonium, men de er vanskelige å skille gitt den store kjemiske likheten mellom dem. Lantanisk sammentrekning fører til at hafnium har en atomradius nesten lik den for zirkonium, som letter utvekslingen mellom de to i sammensetningen av mineraler.
Hafnium finnes knapt i jordskorpen, men det har viktige bruksområder. En av dem er i produksjon av nøytronkontrollstaver i atomreaktorer, som kontrollerer fisjonsreaksjonene. Den kan også brukes i produksjon av metalliske superlegeringer og høytemperaturkeramikk.
Les også: Yttrium - metall mye brukt i elektronikk
hafnium sammendrag
Det forekommer naturlig med zirkonium.
Det er lite tilstede i jordskorpen.
Lantanisk sammentrekning gjør atskillelsen av hafnium og zirkonium vanskelig.
Det finnes i utgangspunktet i zirkonitt.
Den brukes til fremstilling av nøytronkontrollstaver i atomreaktorer.
Den ble oppdaget av Georg von Hevesey og Dirk Coster.
Hafnium Eiendommer
Symbol: Hf
atomnummer: 72
atommasse: 178,49 c.u.s.
elektronisk konfigurasjon: [Xe] 6s2 4f14 5d2
Fusjonspunkt: 2233 °C
Kokepunkt: 4600 °C
Tetthet: 13,3 g.cm-3
kjemisk serie: overgangsmetall, gruppe 4
hafnium egenskaper
Hafnium er en gråaktig metall naturlig forekommende i jordskorpen, med omtrent 5,3 mg for hvert kilo jordskorpe. Når det er finfordelt, er det et pyroforisk materiale, det vil si at det er utsatt for forbrenning spontan i kontakt med luften, men i sin rå form er det ikke det.
Hafnium er et av de første grunnstoffene i det periodiske system som har effekten av den såkalte lantanidsammentrekningen, der en sammentrekning av atomradius under lantanidserien. Som en konsekvens er hafniumstråle er lik til elementet rett over ham i det periodiske system, zirkonium, hvis forskjell bare er 13.00 (picometer, 10-12 m). Som en konsekvens er noen egenskaper veldig like hverandre, noe som gjør at de forekommer sammen i naturen og er vanskelige å skille.
Det er en metall som kan gjennomgå syreangrep ved høye temperaturer, men som ikke lider av noen virkning fra alkaliske løsninger, selv ved høyere temperaturer. Kjemien til hafnium er dårlig forstått sammenlignet med zirkonium. Imidlertid er mye av Den kjemiske oppførselen til hafnium ligner den til zirkonium, slik som overvekt av +4-oksidasjonstilstanden i løsning og reaksjonen med det meste av ikke-metaller ved høy temperatur.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Sjekk den ut på podcasten vår: Hard som en diamant - hva betyr det?
Forekomst av hafnium
hafnium er lite tilstede i jordskorpen, som først og fremst forekommer assosiert med zirkonium i mineraler som zirkonitt, et blandet silikat av zirkonium og hafnium, som også kan inneholde andre elementer. Den kjemiske formelen kan representeres av (Zr, Hf) SiO4 og hafniuminnholdet varierer vanligvis fra 1% til 4% etter masse. Forholdet mellom zirkonium og hafnium er 50:1 i zirkonitt, og som sagt er de ganske vanskelige å skille.
DE utvinning av zirkonium-hafniumblanding fra zirkon kan skje med omdannelsen av oksidet av disse metallene til deres tetraklorid, ved høy temperatur. I et andre trinn vil tetrakloridet til metallene reduseres med magnesium i atmosfære av argon, ved svært høy temperatur. Følgende reaksjoner demonstrerer prosessen, hvor M kan være enten Hf eller Zr.
MO2 → MCl4 (ved å bruke CCl4 ved 770 K temperatur)
MCl4 → M (bruker Mg i en luftatmosfære ved 1420 K temperatur)
DE separasjon mellom de to kan innebære noen teknikker, slik som fraksjonert krystallisering av K-salter2ZrF6 og K2HfF6, som har forskjellig løselighet i vann. Det er også mulig å gjøre en løsningsmiddelekstraksjon, hvor Zr- og Hf-forbindelser løses opp i vann og deretter selektivt ekstraheres med organiske løsningsmidler. Det er verdt å merke seg at dette ikke er de eneste teknikkene for å skille hafnium og zirkonium. Industrien har allerede utviklet hydrometallurgiske (dvs. som forekommer i vandig løsning) og pyrometallurgiske (uten tilstedeværelse av vann) ruter.
hafnium-applikasjoner
Når det blandes med zirkonium, kan hafnium være en viktig forbedring av de fysiske egenskapene til stål. Når det er rent, kan metallisk hafnium inkorporeres i legeringer av jern, titan og niob. Likhetene med zirkonium gjør det mulig for hafnium å være en god erstatning for dette metallet, selv om det er litt usannsynlig gitt høyere naturlig forekommende zirkonium.
Imidlertid er en stor bruk av hafnium inne produksjon av pinner(også kjentDes som pinner eller stenger) av kontroll i atomkraftverk. Siden det er et metall med god absorpsjonsevne på nøytroner, hafnium kan brukes for å forhindre at kjedereaksjoner oppstår i anlegget, noe som gir kontroll over energien som genereres og minimerer sannsynligheten for ulykker. Det er verdt å huske at uran fisjon, for eksempel, alltid genererer nøytroner, som kan kollidere med nye uran kjerner, i en effekt som ville generere energi i en geometrisk progresjon.
Endelig kan hafnium også være brukes i høytemperaturkeramikk, da den er i stand til å produsere svært ildfaste materialer som borider og karbider som overstiger 3000 °C smeltepunkt.
hafniums historie
Hafnium fulgte trenden med grunnstoffer oppdaget gjennom det 20. århundre. Var oppdaget i små mengder og han fikk også feilaktig påpekt oppdagelsen. Dette skjedde med Georges Urbain, som mente at element 72 var en sjelden jordart og ikke et overgangsmetall. Derfor, Urbain begynte å lete etter det i blandinger av mineralet ytterbium, der han medoppdaget grunnstoffet lutetium, atomnummer 71. Derfor publiserte han i 1911 en artikkel der han presenterte det som ville være spektroskopiske data for et nytt grunnstoff, som han kalte celtium.
For å bestemme atomnummeret og bekrefte oppdagelsen dro Urbain til England i 1914 for å utføre røntgenstrålingseksperimenter utviklet av Henry Moseley. Imidlertid klarte ikke eksperimenter å bevise at det antatte elementet Celtium faktisk var element 72. Så overbevist om sin innsats, gikk Georges Urbain så langt som å si til Rutherford, senere, at unnlatelsen av å bekrefte oppdagelsen hans skyldtes feil i Moseleys metoder.
I motsatt retning og i møte med nye ideer om atomstrukturen, Georg von Hevesy antok at element 72 måtte være et overgangsmetall og begynte dermed videre studier hos sin kollega Dirk Coster. Røntgenanalyse av små prøver av zirkoniumsilikat avslørte eksistensen av et stoff ukjent, med spektroskopiske egenskaper som ligner på de som er forutsagt av Moseley for et slikt grunnstoff.
Etter prøverensing,Vpå Hevesy og Coster publiserte funnene sine, som foreslår navnet hafnium for det nye grunnstoffet, og hentyder til det latinske navnet for byen København, Hafnia, stedet for oppdagelsen. Likevel fortsatte Urbain å forkjempe oppdagelsen av celtium i mange år, inntil eksperimentelle teknikker viste at hafnium og celtium ga forskjellige responser. Som svar på dette ble det Moseley allerede mistenkte bekreftet: Celtium var faktisk høyrenset lutetium.
Les også: Oppdagelse av oksygen - bragden som endret løpet av forbrenningsstudier
Øvelser løst på hafnium
Spørsmål 1
Hafnium er et grunnstoff som ligner veldig på zirkonium, som er like over det i det periodiske systemet. Vi kan forklare denne store likheten fordi:
(A) Hafnium og zirkonium har samme masse.
(B) Hafnium og zirkonium har samme antall protoner.
(C) Hafnium og zirkonium er i samme gruppe i det periodiske systemet.
(D) Hafnium og zirkonium har samme antall elektroner.
(E) Hafnium og zirkonium er begge metalliske elementer.
Svare: bokstav C
Likheten mellom Hf og Zr stammer fra deres tilhørighet til samme gruppe i det periodiske systemet. Tabellen plasserer i gruppene elementer som har lignende kjemiske egenskaper. Dermed er malen bokstaven C.
spørsmål 2
I likhet med zirkonium fremstår hafnium i sin mest stabile form med et oksidasjonstall på +4. Vanligvis kan hafnium binde halogener.
Den mest passende formelen for hafniumfluorid IV vil være:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Svare: bokstav D
DE fluor Den har et fast oksidasjonsnummer, alltid lik -1. Siden Hf er et grunnstoff med NOx lik +4, trengs det fire fluoratomer for å nøytralisere ladningen til Hf. Således er forbindelsen hafniumfluorid IV HfF4, beskrevet i bokstav D.
Av Stefano Araújo Novais
Kjemilærer