НАШИ гафний, Hf, представляет собой переходный металл с атомным номером 72, расположенный в группе 4 Периодическая таблица. Это происходит естественным образом с элементом, который находится чуть выше него, цирконием, но их трудно разделить, учитывая большое химическое сходство между ними. Лантановое сокращение приводит к тому, что гафний имеет атомный радиус почти равен радиусу циркония, облегчая обмен между двумя входящими в состав минералами.
Гафния почти нет в земной коре, но он имеет важное применение. Один из них заключается в изготовлении стержней нейтронного контроля в ядерных реакторах, управляющих реакциями деления. Его также можно использовать в производстве металлических суперсплавов и высокотемпературной керамики.
Читайте также: Иттрий — металл, широко используемый в электронике.
резюме гафния
Это происходит в природе с цирконием.
Его не очень много в земной коре.
Лантановое сжатие затрудняет разделение гафния и циркония.
В основном он содержится в цирконите.
Он используется в производстве стержней нейтронного контроля в ядерные реакторы.
Его открыли Георг фон Хевези и Дирк Костер.
Свойства гафния
Символ: Хф
атомный номер: 72
атомная масса: 178,49 у.е.
электронная конфигурация: [Хе] 6с2 4f14 5д2
Точка слияния: 2233 °С
Точка кипения: 4600 °С
Плотность: 13,3 г.см-3
химический ряд: переходный металл, группа 4
характеристики гафния
Гафний представляет собой сероватый металл естественно встречающийся в земной коре, около 5,3 мг на каждый килограмм коры. В тонкоизмельченном виде является пирофорным веществом, т. е. склонен к горение самопроизвольно при контакте с воздухом, однако в необработанном виде им не является.
Гафний — один из первых элементов Периодической таблицы, обладающий эффектом так называемого лантаноидного сжатия, при котором радиус атома в лантанидном ряду. Как следствие, гафний луч подобен к элементу чуть выше он в периодической таблице, цирконий, разница которых составляет всего 1 пм (пикометр, 10-12 м). Как следствие, некоторые свойства очень похожи друг на друга, поэтому они встречаются в природе вместе и их трудно разделить.
Это металл который может подвергаться кислотному воздействию при высоких температурах, но не подвергается воздействию щелочных растворов даже при более высоких температурах. Химия гафния плохо изучена по сравнению с цирконием. Однако большая часть химическое поведение гафния напоминает поведение циркония, такие как преобладание степени окисления +4 в растворе и реакция с большей частью неметаллы при высокой температуре.
Гф + О2 → HfO2
Гф + 2 Кл2 → HfCl4
Смотрите в нашем подкасте: Твердый как алмаз - что это значит?
Наличие гафния
гафний мало присутствует в земной коре, встречающийся в основном связанный с цирконием в минералах, таких как цирконит, смешанный силикат циркония и гафния, который также может содержать другие элементы. Химическая формула может быть представлена (Zr, Hf) SiO4 а содержание гафния обычно колеблется от 1% до 4% по массе. Соотношение циркония к гафнию в цирконите составляет 50:1, и, как уже говорилось, их довольно трудно разделить.
НАШИ извлечение цирконий-гафниевой смеси из циркона может происходить при превращении оксида этих металлов в их тетрахлорид при высокой температуре. На втором этапе тетрахлорид металлов восстанавливается магний в атмосфере аргон, при очень высокой температуре. Следующие реакции демонстрируют процесс, где M может быть либо Hf, либо Zr.
МО2 → МСl4 (с использованием CCl4 при температуре 770 К)
MCl4 → M (с использованием Mg в атмосфере воздуха при температуре 1420 К)
НАШИ разделение между ними может включать некоторые методы, такие как фракционная кристаллизация солей K2ZrF6 и К2HfF6, которые имеют разную растворимость в воде. Также возможна экстракция растворителем, при которой соединения Zr и Hf растворяются в воде, а затем селективно экстрагируются органическими растворителями. Стоит отметить, что это не единственные методы разделения гафния и циркония. В промышленности уже разработаны гидрометаллургические (т. е. протекающие в водном растворе) и пирометаллургические (без присутствия воды) пути.
применение гафния
При смешивании с цирконием гафний может быть важный улучшитель физических свойств стали. В чистом виде металлический гафний может быть включен в сплавы железо, титан и ниобий. Сходство с цирконием позволяет гафнию быть хорошей заменой этого металла, хотя это немного маловероятно, учитывая более высокое содержание циркония в природе.
Тем не менее, основное использование гафния находится в производство палочек(также известныйТокак палки или стержни) контроля в атомная электростанция. Так как это металл с хорошей поглощающей способностью нейтроны, гафний можно использовать для предотвращения цепных реакций на установке, позволяя контролировать вырабатываемую энергию и сводя к минимуму вероятность аварий. Стоит помнить, что, например, при делении урана всегда образуются нейтроны, которые могут столкнуться с новыми ядрами урана, в результате чего будет генерироваться энергия в геометрической прогрессии.
Наконец, гафний также может быть используется в высокотемпературной керамике, так как он способен производить высокотугоплавкие материалы, такие как бориды и карбиды, температура плавления которых превышает 3000 ° C.
история гафния
Гафний следовал тенденции открытия элементов на протяжении 20 века. Мы обнаружены в небольших количествах и ему также ошибочно указали на его открытие. Это произошло с Жоржем Урбеном, который считал элемент 72 редкоземельным, а не переходным металлом. Вот почему, Урбен начал искать его в смесях минерала иттербия., в котором он открыл элемент лютеций, атомный номер 71. Так, в 1911 году он опубликовал статью, в которой представил спектроскопические данные нового элемента, названного им целтием.
Чтобы определить его атомный номер и подтвердить свое открытие, Урбейн отправился в Англию в 1914 году, чтобы провести эксперименты по рентгеновскому излучению, разработанные Генри Мозли. Однако эксперименты не смогли доказать, что предполагаемый элемент кельтий на самом деле был элементом 72. Столь убежденный в своих усилиях, Жорж Урбен дошел до того, что сказал: Резерфорд, позже, что неспособность проверить его открытие была связана с недостатками методов Мозли.
В противоположном направлении и перед лицом новых представлений об атомном строении, Георг фон Хевеши предположил, что элемент 72 должен быть переходным металлом. и, таким образом, начал дальнейшее обучение со своим коллегой Дирком Костером. Рентгеноструктурный анализ небольших образцов силиката циркония выявил наличие вещества неизвестный, со спектроскопическими характеристиками, подобными предсказанным Мозли для такого элемента.
Таким образом, после очистки образцаВна Хевеши и Костер опубликовали свои выводы, предполагая название гафния для нового элемента, намекая на латинское название города Копенгагена, Хафния, места открытия. Тем не менее, Урбен продолжал отстаивать открытие целтия в течение многих лет, пока экспериментальные методы не доказали, что гафний и кельтий дают разные реакции. В ответ на это подтвердилось то, что уже подозревал Мозли: Celtium на самом деле был высокоочищенным лютецием.
Читать тоже: Открытие кислорода — подвиг, изменивший ход исследований горения
Упражнения, решенные на гафнии
Вопрос 1
Гафний — элемент, очень похожий на цирконий, который находится чуть выше него в периодической таблице. Мы можем объяснить это большое сходство, потому что:
(A) Гафний и цирконий имеют одинаковую массу.
(B) Гафний и цирконий имеют одинаковое количество протонов.
(C) Гафний и цирконий находятся в одной группе Периодической таблицы.
(D) Гафний и цирконий имеют одинаковое количество электронов.
(E) Гафний и цирконий являются металлическими элементами.
Отвечать: буква С
Сходство между Hf и Zr связано с их принадлежностью к одной и той же группе Периодической таблицы. Таблица размещает в группах элементы которые имеют схожие химические свойства. Таким образом, шаблон представляет собой букву С.
вопрос 2
Как и цирконий, гафний находится в наиболее стабильной форме со степенью окисления +4. Обычно гафний может связывать галогены.
Наиболее подходящей формулой для фторида гафния IV будет следующая:
(А) HfF
(Б) ХфФ2
(С) ХфФ3
(Г) ХфФ4
(Е) Хф2Ф3
Отвечать: буква Д
НАШИ фтор Он имеет фиксированную степень окисления, всегда равную -1. Поскольку Hf является элементом с NOx, равным +4, для нейтрализации заряда Hf необходимы четыре атома фтора. Таким образом, соединение фторид гафния IV представляет собой HfF4, описанный в букве D.
Стефано Араужо Новаис
Учитель химии
