THE hafnium, Hf, je prechodný kov s atómovým číslom 72, ktorý sa nachádza v skupine 4 Periodická tabuľka. Vyskytuje sa prirodzene s prvkom, ktorý je tesne nad ním, zirkónom, ale je ťažké ich oddeliť vzhľadom na veľkú chemickú podobnosť medzi nimi. Lantánová kontrakcia spôsobuje, že hafnium má a atómový polomer sa takmer rovná polomeru zirkónu, čo uľahčuje výmenu medzi nimi v zložení minerálov.
Hafnium sa v zemskej kôre takmer nevyskytuje, ale má dôležité využitie. Jedným z nich je výroba neutrónových regulačných tyčí v jadrových reaktoroch, ktoré riadia štiepne reakcie. Môže byť tiež použitý pri výrobe kovových superzliatin a vysokoteplotnej keramiky.
Prečítajte si tiež: Yttrium — kov široko používaný v elektronike
hafnium zhrnutie
Prirodzene sa vyskytuje so zirkónom.
V zemskej kôre sa veľmi nevyskytuje.
Lantánová kontrakcia sťažuje oddelenie hafnia a zirkónu.
V zásade sa nachádza v zirkonite.
Používa sa pri výrobe neutrónových regulačných tyčí v jadrové reaktory.
Objavili ho Georg von Hevesey a Dirk Coster.
Vlastnosti hafnia
Symbol: Hf
atómové číslo: 72
atómová hmotnosť: 178,49 c.u.s.
elektronická konfigurácia: [Xe] 6 s2 4f14 5d2
Fúzny bod: 2233 °C
Bod varu: 4600 °C
Hustota: 13,3 g.cm-3
chemická séria: prechodný kov, 4. skupina
vlastnosti hafnia
Hafnium je a sivastý kov prirodzene sa vyskytujúce v zemskej kôre, s približne 5,3 mg na každý kilogram kôry. Keď je jemne rozdelený, je to samozápalný materiál, to znamená, že je náchylný na spaľovanie spontánne pri kontakte so vzduchom, avšak v surovej forme nie je.
Hafnium je jedným z prvých prvkov periodickej tabuľky, ktorý má vplyv na takzvanú kontrakciu lantanoidov, pri ktorej dochádza k kontrakcii atómový polomer počas série lantanoidov. V dôsledku toho, hafnium ray je podobný k prvku tesne nad ho v periodickej tabuľke, zirkónium, ktorého rozdiel je len 13:00 (pikometer, 10-12 m). V dôsledku toho sú niektoré vlastnosti navzájom veľmi podobné, takže sa v prírode vyskytujú spoločne a je ťažké ich oddeliť.
Je to a kov ktorý môže podliehať kyslému napadnutiu pri vysokých teplotách, ale nepodlieha žiadnemu pôsobeniu alkalických roztokov ani pri vyšších teplotách. Chémia hafnia je v porovnaní so zirkónom slabo pochopená. Avšak, veľa z chemické správanie hafnia sa podobá chovaniu zirkónu, ako je prevaha oxidačného stavu +4 v roztoku a reakcia s väčšinou nekovy pri vysokej teplote.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Pozrite si to v našom podcaste: Tvrdý ako diamant – čo to znamená?
Výskyt hafnia
hafnium je málo prítomný v zemskej kôrevyskytujúce sa primárne spojené so zirkónom v mineráloch, ako je zirkonit, zmiešaný kremičitan zirkónia a hafnia, ktorý môže obsahovať aj iné prvky. Chemický vzorec môže byť reprezentovaný (Zr, Hf) SiO4 a obsah hafnia sa zvyčajne pohybuje od 1 % do 4 % hmotn. Pomer zirkónu k hafniu je v zirkonite 50:1 a ako už bolo povedané, je dosť ťažké ich oddeliť.
THE extrakcia zmesi zirkónia a hafnia zo zirkónu môže nastať pri premene oxidu týchto kovov na ich tetrachlorid pri vysokej teplote. V druhom kroku sa tetrachlorid kovov zníži o horčík v atmosfére argón, pri veľmi vysokej teplote. Nasledujúce reakcie demonštrujú proces, kde M môže byť buď Hf alebo Zr.
MO2 → MCl4 (pomocou CCl4 pri teplote 770 K)
MCl4 → M (použitím Mg v atmosfére vzduchu pri teplote 1420 K)
THE oddelenie medzi nimi môže zahŕňať určité technikyako je frakčná kryštalizácia K solí2ZrF6 a K2HfF6, ktoré majú rôznu rozpustnosť vo vode. Je tiež možné uskutočniť extrakciu rozpúšťadlom, pri ktorej sa zlúčeniny Zr a Hf rozpustia vo vode a potom sa selektívne extrahujú organickými rozpúšťadlami. Stojí za zmienku, že to nie sú jediné techniky na separáciu hafnia a zirkónu. Priemysel už vyvinul hydrometalurgické (tj. ktoré sa vyskytujú vo vodnom roztoku) a pyrometalurgické (bez prítomnosti vody) cesty.
aplikácie hafnia
Po zmiešaní so zirkónom môže byť hafnium a dôležitým zlepšovačom fyzikálnych vlastností ocele. Keď je čisté, kovové hafnium môže byť začlenené do zliatin železo, titán a niób. Podobnosti so zirkónom umožňujú, aby hafnium bolo dobrou náhradou tohto kovu, aj keď je to trochu nepravdepodobné vzhľadom na vyššie prirodzene sa vyskytujúce zirkónium.
Hlavné využitie hafnia je však v výroba tyčiniek(tiež známyThes ako palice alebo tyče) kontroly v jadrové elektrárne. Keďže ide o kov s dobrou absorpčnou schopnosťou neutrónyhafnium sa môže použiť na zabránenie vzniku reťazových reakcií v závode, čo umožňuje kontrolu generovanej energie a minimalizuje pravdepodobnosť nehôd. Stojí za to pripomenúť, že napríklad štiepenie uránu vždy generuje neutróny, ktoré by sa mohli zraziť s novými jadrami uránu, čo by generovalo energiu v geometrickom postupe.
Nakoniec môže byť aj hafnium používa sa vo vysokoteplotnej keramike, pretože je schopný produkovať vysoko žiaruvzdorné materiály, ako sú boridy a karbidy, ktoré presahujú bod topenia 3000 °C.
história hafnia
Hafnium nasledovalo trend prvkov objavovaných počas celého 20. storočia. boli objavené v malých množstvách a na svoj objav mal aj mylne upozornené. Stalo sa to s Georgesom Urbainom, ktorý veril, že prvok 72 je vzácna zemina a nie prechodný kov. Preto, Urbain ho začal hľadať v zmesiach minerálu ytterbium, v ktorej spoluobjavil prvok lutécium, atómové číslo 71. V roku 1911 teda publikoval článok, v ktorom prezentoval spektroskopické údaje nového prvku, ktorý nazval celtium.
Aby určil jeho atómové číslo a potvrdil svoj objav, Urbain odišiel v roku 1914 do Anglicka, aby vykonal experimenty s röntgenovými emisiami, ktoré vyvinul Henry Moseley. Experimenty však nedokázali, že údajný prvok Celtium bol v skutočnosti prvkom 72. Taký presvedčený o svojom úsilí zašiel Georges Urbain tak ďaleko, že povedal Rutherford, neskôr, že neoverenie jeho objavu bolo spôsobené chybami v Moseleyho metódach.
V opačnom smere a tvárou v tvár novým myšlienkam o štruktúre atómu, Georg von Hevesy predpokladal, že prvok 72 musí byť prechodný kov a tak začal ďalšie štúdium u svojho kolegu Dirka Costera. Röntgenová analýza malých vzoriek kremičitanu zirkoničitého odhalila existenciu látky neznámy, so spektroskopickými charakteristikami podobnými tým, ktoré pre takýto prvok predpovedal Moseley.
Takže po vyčistení vzorkyVna Hevesy a Coster zverejnili svoje zistenia, čo naznačuje názov hafnium pre nový prvok, v narážke na latinský názov mesta Kodaň, Hafnia, miesta objavu. Napriek tomu Urbain pokračoval v presadzovaní objavu celtia po mnoho rokov, kým experimentálne techniky nepreukázali, že hafnium a celtium vyvolali rôzne reakcie. V reakcii na to sa potvrdilo to, čo už Moseley tušil: Celtium bolo v skutočnosti vysoko čisté lutécium.
Prečítajte si tiež: Objav kyslíka – výkon, ktorý zmenil priebeh štúdií spaľovania
Cvičenia riešené na hafnium
Otázka 1
Hafnium je prvok veľmi podobný zirkónu, ktorý sa v periodickej tabuľke nachádza tesne nad ním. Túto veľkú podobnosť môžeme vysvetliť, pretože:
(A) Hafnium a zirkónium majú rovnakú hmotnosť.
(B) Hafnium a zirkónium majú rovnaký počet protónov.
(C) Hafnium a zirkónium sú v rovnakej skupine v periodickej tabuľke.
(D) Hafnium a zirkónium majú rovnaký počet elektrónov.
(E) Hafnium a zirkónium sú kovové prvky.
Odpovedzte: písmeno C
Podobnosť medzi Hf a Zr pramení z ich príslušnosti k rovnakej skupine v periodickej tabuľke. Tabuľka umiestňuje do skupín prvkov ktoré majú podobné chemické vlastnosti. Šablóna je teda písmeno C.
otázka 2
Rovnako ako zirkónium, hafnium sa objavuje vo svojej najstabilnejšej forme s oxidačným číslom +4. Bežne môže hafnium viazať halogény.
Najvhodnejší vzorec pre fluorid hafnium IV by bol:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Odpovedzte: písmeno D
THE fluór Má pevné oxidačné číslo, vždy rovné -1. Pretože Hf je prvok s NOx rovným +4, na neutralizáciu náboja Hf sú potrebné štyri atómy fluóru. Zlúčenina fluoridu hafnia IV je teda HfF4, popísané v písmene D.
Autor: Stefano Araújo Novais
Učiteľ chémie
