ТХЕ хафнијум, Хф, је прелазни метал са атомским бројем 72, који се налази у групи 4 Периодни систем. Природно се јавља са елементом који је непосредно изнад њега, цирконијумом, али их је тешко раздвојити с обзиром на велику хемијску сличност између њих. Лантанска контракција узрокује да хафнијум има а атомски радијус скоро једнак полупречнику цирконијума, олакшавајући размену између ова два у саставу минерала.
Хафнијум је ретко присутан у земљиној кори, али има важну примену. Један од њих је у производњи неутронских контролних шипки у нуклеарним реакторима, који контролишу реакције фисије. Такође се може користити у производњи металних суперлегура и високотемпературне керамике.
Прочитајте такође: Итријум — метал који се широко користи у електроници
хафнијум резиме
Природно се јавља са цирконијумом.
Није много присутно у Земљиној кори.
Лантанска контракција отежава одвајање хафнијума и цирконијума.
У основи се налази у циркониту.
Користи се у производњи неутронских контролних шипки у нуклеарних реактора.
Открили су га Георг фон Хевеси и Дирк Костер.
Хафниум Пропертиес
Симбол: Хф
атомски број: 72
атомска маса: 178,49 ц.у.с.
електронска конфигурација: [Ксе] 6с2 4ф14 5д2
Тачка спајања: 2233 °Ц
Тачка кључања: 4600 °Ц
Густина: 13,3 г.цм-3
хемијске серије: прелазни метал, група 4
карактеристике хафнијума
Хафнијум је а сивкасти метал који се природно јавља у земљиној кори, са око 5,3 мг на сваки килограм коре. Када је фино подељен, то је пирофорни материјал, односно склон је сагоревање спонтано у контакту са ваздухом, међутим, у свом сировом облику, није.
Хафнијум је један од првих елемената периодног система који има ефекат такозване контракције лантанида, у којој контракција атомски радијус током серије лантанида. Као последица тога, хафнијумски зрак је сличан елементу непосредно изнад него у периодном систему, цирконијум, чија је разлика само 13 часова (пикометар, 10-12 м). Као последица тога, нека својства су веома слична једна другој, због чега се појављују заједно у природи и тешко их је раздвојити.
То је метал који може да подвргне киселином нападу на високим температурама, али не трпи никакво дејство од алкалних раствора, чак и на вишим температурама. Хемија хафнијума је слабо схваћена у поређењу са цирконијумом. Међутим, велики део хемијско понашање хафнијума подсећа на цирконијум, као што је преовлађивање +4 оксидационог стања у раствору и реакција са већином неметали на високој температури.
Хф + О2 → ХфО2
Хф + 2 Цл2 → ХфЦл4
Погледајте на нашем подцасту: Тврд као дијамант - шта то значи?
Појава хафнијума
хафнијум је мало присутно у земљиној кори, који се првенствено јавља у вези са цирконијумом у минералима као што је цирконит, мешани силикат цирконијума и хафнијума, који такође може да садржи друге елементе. Хемијска формула се може представити са (Зр, Хф) СиО4 а садржај хафнијума обично варира од 1% до 4% по маси. Однос цирконијума и хафнијума је 50:1 у циркониту, и као што је речено, прилично их је тешко одвојити.
ТХЕ екстракција мешавине цирконијум-хафнијум из циркона може настати са конверзијом оксида ових метала у њихов тетрахлорид, на високој температури. У другом кораку, тетрахлорид метала ће се смањити за магнезијум у атмосфери аргон, на веома високој температури. Следеће реакције демонстрирају процес, где М може бити или Хф или Зр.
МО2 → МЦл4 (користећи ЦЦл4 на температури од 770 К)
МЦл4 → М (користећи Мг у атмосфери ваздуха на температури од 1420 К)
ТХЕ раздвајање између то двоје може укључивати неке технике, као што је фракциона кристализација К соли2ЗрФ6 и К2ХфФ6, који имају различите растворљивости у води. Такође је могуће урадити екстракцију растварачем, у којој се једињења Зр и Хф растварају у води, а затим селективно екстрахују органским растварачима. Вреди напоменути да ово нису једине технике одвајања хафнијума и цирконијума. Индустрија је већ развила хидрометалуршке (тј. који се јављају у воденом раствору) и пирометалуршке (без присуства воде) путеве.
апликације хафнијума
Када се помеша са цирконијумом, хафнијум може бити а важан побољшивач физичких својстава челика. Када је чист, метални хафнијум се може уградити у легуре гвожђе, титанијум и ниобијум. Сличности са цирконијумом омогућавају да хафнијум буде добра замена за овај метал, иако је мало вероватно с обзиром на виши цирконијум који се налази у природи.
Међутим, велика употреба хафнијума је у производња штапова(такође познатТхес попут штапова или штапова) контроле у нуклеарне електране. Пошто је то метал са добрим капацитетом апсорпције неутрони, хафнијум се може користити за спречавање ланчаних реакција у постројењу, омогућавајући контролу генерисане енергије и минимизирајући вероватноћу несрећа. Вреди запамтити да фисија уранијума, на пример, увек генерише неутроне, који би могли да се сударе са новим језгрима уранијума, у ефекту који би генерисао енергију у геометријској прогресији.
Коначно, хафнијум такође може бити користи се у керамици на високим температурама, јер је способан да производи високо ватросталне материјале као што су бориди и карбиди који прелазе тачку топљења од 3000 °Ц.
историја хафнијума
Хафнијум је пратио тренд елемената откривених током 20. века. Су откривени у малим количинама а такође је погрешно указао на његово откриће. То се догодило са Жоржом Урбеном, који је веровао да је елемент 72 ретка земља, а не прелазни метал. Зато, Урбан је почео да га тражи у мешавинама минерала итербијума, у којем је заједно открио елемент лутецијум, атомски број 71. Тако је 1911. објавио чланак у коме је представио оно што би били спектроскопски подаци новог елемента, који је назвао целцијум.
Да би одредио његов атомски број и потврдио своје откриће, Урбејн је 1914. отишао у Енглеску да спроведе експерименте емисије рендгенских зрака које је развио Хенри Мозли. Међутим, експерименти нису успели да докажу да је наводни елемент Целцијум, у ствари, елемент 72. Тако уверен у своје напоре, Жорж Урбен је отишао толико далеко да је рекао да Рутхерфорд, касније, да је неуспех да се потврди његово откриће последица недостатака у Мозлијевим методама.
У супротном смеру и пред новим идејама о атомској структури, Георг фон Хевеси је претпоставио да елемент 72 мора бити прелазни метал и тако започео даље студије код свог колеге Дирка Костера. Рендгенска анализа малих узорака цирконијум силиката открила је постојање супстанце непознато, са спектроскопским карактеристикама сличним онима које је предвидео Моселеи за такав елемент.
Дакле, након пречишћавања узорка,Вна Хевеси и Цостер објавили своје налазе, сугеришући назив хафнијум за нови елемент, алудирајући на латински назив за град Копенхаген, Хафнија, место открића. Чак и тако, Урбаин је наставио да се залаже за откриће целицијума дуги низ година, све док експерименталне технике нису доказале да хафнијум и целцијум производе различите одговоре. Као одговор на ово, потврђено је оно што је Мозли већ сумњао: Келцијум је, у ствари, био високо пречишћен лутецијум.
Прочитајте такође: Откриће кисеоника — подвиг који је променио ток студија сагоревања
Решене вежбе на хафнијуму
Питање 1
Хафнијум је елемент веома сличан цирконијуму, који се налази одмах изнад њега у периодном систему. Ову велику сличност можемо објаснити јер:
(А) Хафнијум и цирконијум имају исту масу.
(Б) Хафнијум и цирконијум имају исти број протона.
(Ц) Хафнијум и цирконијум су у истој групи у периодном систему.
(Д) Хафнијум и цирконијум имају исти број електрона.
(Е) Хафнијум и цирконијум су метални елементи.
Одговорити: слово Ц
Сличност између Хф и Зр произилази из њихове припадности истој групи у периодном систему. Табела смешта у групе елемената који имају слична хемијска својства. Дакле, шаблон је слово Ц.
питање 2
Као и цирконијум, хафнијум се појављује у свом најстабилнијем облику са оксидационим бројем +4. Обично хафнијум може да веже халогене.
Најпогоднија формула за хафнијум флуорид ИВ би била:
(А) ХфФ
(Б) ХфФ2
(Ц) ХфФ3
(Д) ХфФ4
(Е) Хф2Ф3
Одговорити: слово Д
ТХЕ флуор Има фиксни оксидациони број, увек једнак -1. Пошто је Хф елемент са НОк једнаким +4, потребна су четири атома флуора да се неутралише наелектрисање Хф. Дакле, једињење хафнијум флуорида ИВ је ХфФ4, описано у писму Д.
Аутор Стефано Араухо Новаис
наставник хемије
