THE hafnij, Hf, je prehodna kovina z atomsko številko 72, ki se nahaja v skupini 4 Periodični sistem. V naravi se pojavlja z elementom, ki je tik nad njim, cirkonijem, vendar jih je težko ločiti glede na veliko kemijsko podobnost med njima. Lantansko krčenje povzroči, da ima hafnij a atomski polmer je skoraj enak cirkonijemu, kar olajša izmenjavo med obema v sestavi mineralov.
Hafnij je v zemeljski skorji malo prisoten, ima pa pomembne aplikacije. Ena izmed njih je izdelava nevtronskih krmilnih palic v jedrskih reaktorjih, ki nadzorujejo cepitvene reakcije. Uporablja se lahko tudi pri proizvodnji kovinskih superzlitin in visokotemperaturne keramike.
Preberite tudi: Itrij - kovina, ki se pogosto uporablja v elektroniki
hafnijev povzetek
V naravi se pojavlja s cirkonijem.
V zemeljski skorji ni zelo prisoten.
Lantansko krčenje otežuje ločitev hafnija in cirkonija.
V bistvu ga najdemo v cirkonitu.
Uporablja se pri izdelavi nevtronskih krmilnih palic v jedrskih reaktorjev.
Odkrila sta ga Georg von Hevesey in Dirk Coster.
Lastnosti hafnija
Simbol: Hf
atomsko število: 72
atomska masa: 178,49 c.u.s.
elektronska konfiguracija: [Xe] 6s2 4f14 5d2
Fuzijska točka: 2233 °C
Vrelišče: 4600 °C
Gostota: 13,3 g/cm-3
kemična serija: prehodna kovina, skupina 4
značilnosti hafnija
Hafnij je a sivkasta kovina naravno prisoten v zemeljski skorji, s približno 5,3 mg na vsak kilogram skorje. Ko je fino razdrobljen, je piroforen material, torej je nagnjen k zgorevanje spontano v stiku z zrakom, v surovi obliki pa ni.
Hafnij je eden prvih elementov periodnega sistema, ki ima učinek tako imenovanega krčenja lantanida, pri katerem se krčenje atomski polmer med serijo lantanidov. Posledično, hafnijev žarek je podoben na element tik zgoraj ga v periodnem sistemu, cirkonij, katerega razlika je le 13:00 (pikometer, 10-12 m). Posledično so nekatere lastnosti med seboj zelo podobne, zaradi česar se v naravi pojavljajo skupaj in jih je težko ločiti.
Je kovinski ki je lahko podvržen kislinskemu napadu pri visokih temperaturah, vendar ne trpi zaradi alkalnih raztopin, tudi pri višjih temperaturah. Kemija hafnija je v primerjavi s cirkonijem slabo razumljena. Vendar pa velik del Kemično obnašanje hafnija je podobno cirkonijemu, kot je prevlada +4 oksidacijskega stanja v raztopini in reakcija z večino nekovine pri visoki temperaturi.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Preverite v našem podcastu: Trd kot diamant - kaj to pomeni?
Pojav hafnija
hafnij je malo prisotno v zemeljski skorji, ki se pojavlja predvsem v povezavi s cirkonijem v mineralih, kot je cirkonit, mešani silikat cirkonija in hafnija, ki lahko vsebuje tudi druge elemente. Kemijsko formulo lahko predstavimo z (Zr, Hf) SiO4 in vsebnost hafnija se običajno giblje od 1 do 4 mas. Razmerje med cirkonijem in hafnijem je v cirkonitu 50:1 in kot rečeno jih je precej težko ločiti.
THE ekstrakcija zmesi cirkonija in hafnija iz cirkona se lahko pojavi s pretvorbo oksida teh kovin v njihov tetraklorid pri visoki temperaturi. V drugem koraku se bo tetraklorid kovin zmanjšal za magnezija v ozračju argon, pri zelo visoki temperaturi. Naslednje reakcije prikazujejo postopek, kjer je M lahko Hf ali Zr.
MO2 → MCl4 (z uporabo CCl4 pri temperaturi 770 K)
MCl4 → M (z uporabo Mg v atmosferi zraka pri temperaturi 1420 K)
THE ločevanje med obema lahko vključuje nekatere tehnike, kot je frakcijska kristalizacija K soli2ZrF6 in K2HfF6, ki imajo različno topnost v vodi. Možna je tudi ekstrakcija s topilom, pri kateri spojine Zr in Hf raztopimo v vodi in nato selektivno ekstrahiramo z organskimi topili. Omeniti velja, da to niso edine tehnike za ločevanje hafnija in cirkonija. Industrija je že razvila hidrometalurške (tj. ki se pojavljajo v vodni raztopini) in pirometalurške (brez prisotnosti vode) poti.
aplikacije s hafnijem
Ko se zmeša s cirkonijem, je hafnij lahko a pomemben izboljševalec fizikalnih lastnosti jekla. Ko je čist, se lahko kovinski hafnij vključi v zlitine železo, titan in niobij. Podobnosti s cirkonijem omogočajo, da je hafnij dober nadomestek za to kovino, čeprav je malo verjetno glede na višjo naravno prisotnost cirkonija.
Vendar pa je velika uporaba hafnija v proizvodnja palic(znano tudiThekot palice ali palice) nadzora v jedrske elektrarne. Ker je kovina z dobro vpojno sposobnostjo nevtroni, hafnij se lahko uporablja za preprečevanje verižnih reakcij v obratu, kar omogoča nadzor nad ustvarjeno energijo in zmanjšuje verjetnost nesreč. Ne smemo pozabiti, da na primer cepitev urana vedno generira nevtrone, ki bi lahko trčili z novimi uranovimi jedri, kar bi ustvarilo energijo v geometrijski progresiji.
Končno je lahko tudi hafnij uporablja se v visokotemperaturni keramiki, saj je sposoben proizvajati zelo ognjevzdržne materiale, kot so boridi in karbidi, ki presegajo tališče 3000 °C.
zgodovina hafnija
Hafnij je sledil trendu elementov, odkritih skozi 20. stoletje. so bili odkriti v majhnih količinah prav tako je dal napačno opozoriti na svoje odkritje. To se je zgodilo z Georgesom Urbainom, ki je verjel, da je element 72 redka zemlja in ne prehodna kovina. Zato, Urbain ga je začel iskati v mešanicah minerala iterbija, v katerem je soodkril element lutecij z atomsko številko 71. Tako je leta 1911 objavil članek, v katerem je predstavil, kaj bi bili spektroskopski podatki o novem elementu, ki ga je imenoval celcij.
Da bi določil njegovo atomsko številko in potrdil svoje odkritje, je Urbain leta 1914 odšel v Anglijo, da bi izvedel eksperimente z rentgenskimi emisijami, ki jih je razvil Henry Moseley. Vendar poskusi niso uspeli dokazati, da je domnevni element Celcij v resnici element 72. Georges Urbain, tako prepričan v svoja prizadevanja, je šel tako daleč, da je rekel Rutherford, kasneje, da je neuspeh pri preverjanju njegovega odkritja posledica napak v Moseleyjevih metodah.
V nasprotni smeri in ob soočenju z novimi idejami o atomski strukturi, Georg von Hevesy je domneval, da mora biti element 72 prehodna kovina in tako začel nadaljnji študij pri svojem kolegu Dirku Costerju. Rentgenska analiza majhnih vzorcev cirkonijevega silikata je pokazala obstoj snovi neznano, s spektroskopskimi značilnostmi, podobnimi tistim, ki jih je napovedal Moseley za tak element.
Tako se po čiščenju vzorcaVna Hevesy in Coster sta objavila svoje ugotovitve, kar nakazuje ime hafnij za novi element, kar aludira na latinsko ime mesta Kopenhagen, Hafnia, mesto odkritja. Kljub temu je Urbain še dolga leta zagovarjal odkritje celicija, dokler eksperimentalne tehnike niso pokazale, da sta hafnij in celcij povzročila različne odzive. Kot odgovor na to se je potrdilo tisto, kar je Moseley že sumil: Celtij je bil pravzaprav zelo prečiščen lutecij.
Preberite tudi: Odkritje kisika — podvig, ki je spremenil potek študij zgorevanja
Rešene vaje na hafniju
Vprašanje 1
Hafnij je element, zelo podoben cirkoniju, ki je tik nad njim v periodnem sistemu. To veliko podobnost lahko razložimo, ker:
(A) Hafnij in cirkonij imata enako maso.
(B) Hafnij in cirkonij imata enako število protonov.
(C) Hafnij in cirkonij sta v isti skupini v periodnem sistemu.
(D) Hafnij in cirkonij imata enako število elektronov.
(E) Hafnij in cirkonij sta kovinska elementa.
Odgovori: črka C
Podobnost med Hf in Zr izhaja iz njihove pripadnosti isti skupini v periodnem sistemu. Tabela uvršča v skupine elementov ki imajo podobne kemične lastnosti. Tako je predloga črka C.
vprašanje 2
Tako kot cirkonij se tudi hafnij pojavlja v svoji najbolj stabilni obliki z oksidacijskim številom +4. Običajno lahko hafnij veže halogene.
Najprimernejša formula za hafnijev fluorid IV bi bila:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Odgovori: črka D
THE fluor Ima fiksno oksidacijsko število, ki je vedno enako -1. Ker je Hf element z NOx enakim +4, so za nevtralizacijo naboja Hf potrebni štirje atomi fluora. Tako je spojina hafnijev fluorid IV HfF4, opisano v črki D.
Avtor: Stefano Araújo Novais
Učiteljica kemije