bu hafniyum, Hf, atom numarası 72 olan, 4. grupta yer alan bir geçiş metalidir. Periyodik tablo. Hemen üstündeki element olan zirkonyum ile doğal olarak oluşur, ancak aralarındaki büyük kimyasal benzerlik göz önüne alındığında bunları ayırmak zordur. Lantanik kasılma, hafniyumun atom yarıçapı neredeyse zirkonyumunkine eşit, minerallerin bileşiminde ikisi arasındaki alışverişi kolaylaştırır.
Hafniyum yer kabuğunda nadiren bulunur, ancak önemli uygulamaları vardır. Bunlardan biri, nükleer reaktörlerde fisyon reaksiyonlarını kontrol eden nötron kontrol çubuklarının imalatıdır. Metalik süper alaşımların ve yüksek sıcaklık seramiklerinin üretiminde de kullanılabilir.
Siz de okuyun: İtriyum - elektronikte yaygın olarak kullanılan metal
hafniyum özeti
Zirkonyum ile doğal olarak oluşur.
Yerkabuğunda çok fazla bulunmaz.
Lantanik kasılma, hafniyum ve zirkonyumun ayrılmasını zorlaştırır.
Temel olarak zirkonitte bulunur.
Nötron kontrol çubuklarının imalatında kullanılır. nükleer reaktörler.
Georg von Hevesey ve Dirk Coster tarafından keşfedilmiştir.
Hafniyum Özellikleri
sembol: Hf
atomik numara: 72
atom kütlesi: 178.49 c.u.s.
elektronik konfigürasyon: [Xe] 6s2 4f14 5d2
Füzyon noktası: 2233 °C
Kaynama noktası: 4600 °C
Yoğunluk: 13,3 gr.cm-3
kimyasal seri: geçiş metali, grup 4
hafniyum özellikleri
Hafniyum bir grimsi metal Her bir kilogram kabuk için yaklaşık 5,3 mg ile yerkabuğunda doğal olarak meydana gelir. İnce bir şekilde bölündüğünde piroforik bir malzemedir, yani yanma hava ile temas halinde kendiliğinden, ancak ham haliyle değildir.
Hafniyum, Periyodik Tablonun, lantanit kasılmasının etkisine sahip olan ilk elementlerinden biridir. atom yarıçapı lantanit serisi sırasında. Sonuç olarak, hafniyum ışını benzer hemen yukarıdaki elemana o periyodik tablodaki, zirkonyumfarkı sadece 1 pm olan (pikometre, 10-12 m). Sonuç olarak, bazı özelliklerin birbirine çok benzemesi, bunların doğada bir arada bulunmasına ve ayrılmasının zor olmasına neden olur.
Bu bir metal yüksek sıcaklıklarda asit saldırısına uğrayabilen, ancak daha yüksek sıcaklıklarda bile alkali çözeltilerden herhangi bir etkiye maruz kalmayan. Hafniyumun kimyası, zirkonyumla karşılaştırıldığında çok az anlaşılmıştır. Ancak, çoğu hafniyumun kimyasal davranışı zirkonyumunkine benzerÇözeltideki +4 oksidasyon durumunun baskınlığı ve çoğu ile reaksiyon gibi ametaller yüksek sıcaklıkta.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Podcast'imize göz atın: Elmas kadar sert - bu ne anlama geliyor?
hafniyum oluşumu
hafniyum yerkabuğunda çok az mevcutdiğer elementleri de içerebilen zirkonyum ve hafniyumun karışık bir silikatı olan zirkonit gibi minerallerde esas olarak zirkonyum ile ilişkili olarak meydana gelir. Kimyasal formül (Zr, Hf) SiO ile temsil edilebilir.4 ve hafniyum içeriği genellikle kütlece %1 ila %4 arasında değişir. Zirkonyumun hafniyuma oranı zirkonitte 50:1'dir ve söylendiği gibi ayrılmaları oldukça zordur.
bu zirkondan zirkonyum-hafniyum karışımının çıkarılması Bu metallerin oksitlerinin yüksek sıcaklıkta tetraklorürlerine dönüştürülmesiyle meydana gelebilir. İkinci bir adımda, metallerin tetraklorürü şu şekilde indirgenecektir: magnezyum atmosferinde argon, çok yüksek sıcaklıkta. Aşağıdaki reaksiyonlar, M'nin Hf veya Zr olabileceği işlemi gösterir.
MO2 → MCl4 (CCl kullanarak4 770 K sıcaklıkta)
MCI4 → M (1420 K sıcaklıkta bir hava atmosferinde Mg kullanılarak)
bu ikisi arasındaki ayrım bazı teknikleri içerebilirK tuzlarının fraksiyonel kristalizasyonu gibi2ZrF6 ve K2HfF6Suda farklı çözünürlükleri olan. Zr ve Hf bileşiklerinin suda çözüldüğü ve daha sonra organik çözücüler ile seçici olarak özütlendiği bir çözücü özütleme yapmak da mümkündür. Hafniyum ve zirkonyumu ayırmak için tek tekniklerin bunlar olmadığını belirtmekte fayda var. Endüstri halihazırda hidrometalurjik (yani sulu çözeltide meydana gelen) ve pirometalurjik (su olmadan) yollar geliştirmiştir.
hafniyum uygulamaları
Zirkonyum ile karıştırıldığında, hafniyum çeliğin fiziksel özelliklerinin önemli bir geliştiricisi. Saf olduğunda, metalik hafniyum alaşımlarına dahil edilebilir. ütü, titanyum ve niyobyum. Zirkonyum ile benzerlikler, hafniyumun bu metal için iyi bir ikame olmasını mümkün kılar, ancak daha yüksek doğal olarak oluşan zirkonyum göz önüne alındığında biraz olası değildir.
Bununla birlikte, hafniyumun büyük bir kullanımı sopa üretimi(de bilinmektedirbuçubuklar veya çubuklar gibi) kontrol nükleer enerji santralleri. İyi emme kapasitesine sahip bir metal olduğu için nötronlarhafniyum, tesiste meydana gelen zincirleme reaksiyonları önlemek, üretilen enerjinin kontrolünü sağlamak ve kaza olasılığını en aza indirmek için kullanılabilir. Örneğin, uranyum fisyonunun her zaman yeni uranyum çekirdekleriyle çarpışabilecek nötronları, geometrik bir ilerlemede enerji üretecek bir etkiyle ürettiğini hatırlamakta fayda var.
Son olarak, hafniyum da olabilir yüksek sıcaklık seramiklerinde kullanılır3000 °C ergime noktasını aşan borürler ve karbürler gibi yüksek refrakter malzemeler üretebildiği için.
hafniyum tarihi
Hafniyum, 20. yüzyıl boyunca keşfedilen elementlerin trendini takip etti. vardı küçük miktarlarda keşfedildi ve ayrıca keşfini hatalı bir şekilde belirtmişti. Bu, 72. elementin bir geçiş metali değil, nadir bir toprak olduğuna inanan Georges Urbain ile gerçekleşti. Bu yüzden, Urbain onu mineral iterbiyum karışımlarında aramaya başladı.Atom numarası 71 olan lutesyum elementini birlikte keşfettiği. Böylece, 1911'de, celtium adını verdiği yeni bir elementin spektroskopik verilerinin ne olacağını sunduğu bir makale yayınladı.
Urbain, atom numarasını belirlemek ve keşfini doğrulamak için 1914'te Henry Moseley tarafından geliştirilen X-ışını emisyon deneylerini gerçekleştirmek üzere İngiltere'ye gitti. Ancak deneyler, varsayılan Celtium elementinin aslında 72. element olduğunu kanıtlayamadı. Çabalarından o kadar emin olan Georges Urbain, şunları söyleyecek kadar ileri gitti: Rutherford, daha sonra, keşfini doğrulamadaki başarısızlığın Moseley'in yöntemlerindeki kusurlardan kaynaklandığını söyledi.
Atomun yapısıyla ilgili yeni fikirler karşısında ve aksi yönde, Georg von Hevesy, 72 numaralı elementin bir geçiş metali olması gerektiğini varsaymıştı. ve böylece meslektaşı Dirk Coster ile daha ileri çalışmalara başladı. Küçük zirkonyum silikat örneklerinin X-ışını analizi, bir maddenin varlığını ortaya çıkardı Moseley tarafından böyle bir element için tahmin edilenlere benzer spektroskopik özelliklere sahip bilinmiyor.
Böylece, numune saflaştırmasından sonra,VHevesy ve Coster üzerine bulgularını yayınladı, yeni element için hafniyum adını önererek, keşfin yeri olan Kopenhag şehri Hafnia'nın Latince adını ima ediyor. Öyle olsa bile, deneysel teknikler hafniyum ve celtium'un farklı tepkiler ürettiğini kanıtlayana kadar Urbain uzun yıllar celtium keşfini savunmaya devam etti. Buna cevaben, Moseley'nin zaten şüphelendiği şey doğrulandı: Celtium aslında oldukça saflaştırılmış lutesyumdu.
sen de oku: Oksijenin keşfi - yanma çalışmalarının seyrini değiştiren başarı
Hafniyum üzerinde çözülmüş alıştırmalar
soru 1
Hafniyum, Periyodik Tabloda hemen üstünde yer alan zirkonyuma çok benzeyen bir elementtir. Bu büyük benzerliği şu nedenle açıklayabiliriz:
(A) Hafniyum ve zirkonyum aynı kütleye sahiptir.
(B) Hafniyum ve zirkonyum aynı sayıda protona sahiptir.
(C) Hafniyum ve zirkonyum Periyodik Tabloda aynı gruptadır.
(D) Hafniyum ve zirkonyum aynı sayıda elektrona sahiptir.
(E) Hafniyum ve zirkonyum her ikisi de metalik elementlerdir.
Cevap vermek: C harfi
Hf ve Zr arasındaki benzerlik, Periyodik Tabloda aynı gruba ait olmalarından kaynaklanmaktadır. Tablo, gruplara şunları yerleştirir: elementler benzer kimyasal özelliklere sahip olanlardır. Bu nedenle, şablon C harfidir.
soru 2
Zirkonyum gibi, hafniyum da +4 oksidasyon sayısı ile en kararlı formunda görünür. Genellikle, hafniyum halojenleri bağlayabilir.
Hafniyum florür IV için en uygun formül şöyle olacaktır:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Cevap vermek: D harfi
bu flor Her zaman -1'e eşit olan sabit bir oksidasyon numarasına sahiptir. Hf, +4'e eşit NOx'li bir element olduğundan, Hf yükünü nötralize etmek için dört flor atomuna ihtiyaç vardır. Böylece, hafniyum florür IV bileşiği HfF'dir.4, D harfinde açıklanmıştır.
Stefano Araújo Novais
Kimya öğretmeni