THE гафній, Hf, є перехідним металом з атомним номером 72, що знаходиться в групі 4 Періодична таблиця. Природно це відбувається з елементом, який знаходиться трохи вище, цирконієм, але їх важко відокремити, враховуючи велику хімічну подібність між ними. Лантанове скорочення викликає у гафнію а атомний радіус майже дорівнює радіусу цирконію, полегшуючи обмін між ними в складі мінералів.
Гафній майже не присутній у земній корі, але він має важливе застосування. Одна з них — у виробництві нейтронних стрижнів в ядерних реакторах, які керують реакціями поділу. Його також можна використовувати у виробництві металевих суперсплавів та високотемпературної кераміки.
Читайте також: Ітрій — метал, широко використовується в електроніці
гафній резюме
Він зустрічається в природі з цирконієм.
У земній корі він не дуже присутній.
Звуження лантану ускладнює розділення гафнію та цирконію.
В основному він міститься в цирконіті.
Використовується при виготовленні нейтронних контрольних стрижнів в ядерні реактори.
Його відкрили Георг фон Гевесі та Дірк Костер.
Властивості гафнію
символ: Hf
атомний номер: 72
атомна маса: 178,49 ц.у.с.
електронна конфігурація: [Xe] 6 с2 4f14 5d2
Точка злиття: 2233 °C
Точка кипіння: 4600 °C
Щільність: 13,3 г см-3
хімічний ряд: перехідний метал, група 4
Не зупиняйся зараз... Після оголошення буде більше ;)
характеристики гафнію
Гафній - це а сіруватий метал природно зустрічається в земній корі, приблизно 5,3 мг на кожен кілограм кори. При тонкому подрібненні він є пірофорним матеріалом, тобто схильний до горіння спонтанний при контакті з повітрям, однак у сирому вигляді це не так.
Гафній є одним із перших елементів періодичної таблиці, який має ефект так званого скорочення лантаноїдів, при якому скорочення атомний радіус під час серії лантаноїдів. Як наслідок, гафнієвий промінь схожий до елемента трохи вище його в періодичній таблиці, цирконій, різниця якого становить лише 13 год (пікометр, 10-12 м). Як наслідок, деякі властивості дуже схожі один на одного, через що вони зустрічаються в природі разом і їх важко розділити.
Це метал який може піддаватися кислотному впливу при високих температурах, але не зазнає ніякої дії від лужних розчинів навіть при вищих температурах. Хімія гафнію погано вивчена в порівнянні з цирконієм. Однак значна частина хімічна поведінка гафнію нагадує поведінку цирконію, наприклад, переважання +4 ступеня окислення в розчині і реакція з більшістю неметали при високій температурі.
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2 Cl2 → HfCl4
Перевірте це на нашому подкасті: Твердий, як діамант - що це означає?
Поява гафнію
є гафній мало присутній у земній корі, що зустрічається в основному з цирконієм в мінералах, таких як цирконіт, змішаний силікат цирконію та гафнію, який також може містити інші елементи. Хімічна формула може бути представлена (Zr, Hf) SiO4 і вміст гафнію зазвичай коливається від 1% до 4% мас. Співвідношення цирконію до гафнію в цирконіті становить 50:1, і, як сказано, їх досить важко відокремити.
THE вилучення цирконієво-гафнієвої суміші з циркону може відбуватися при перетворенні оксиду цих металів в їх тетрахлорид при високій температурі. На другому етапі тетрахлорид металів буде відновлено на магній в атмосфері аргон, при дуже високій температурі. Наступні реакції демонструють процес, де M може бути Hf або Zr.
МО2 → MCl4 (за допомогою CCl4 при температурі 770 К)
MCl4 → M (використання Mg в атмосфері повітря при температурі 1420 K)
THE поділ між ними може включати деякі методи, наприклад, фракційна кристалізація солей К2ZrF6 і К2HfF6, які мають різну розчинність у воді. Також можна зробити екстракцію розчинником, при якій сполуки Zr і Hf розчиняють у воді, а потім вибірково екстрагують органічними розчинниками. Варто зазначити, що це не єдині методи поділу гафнію та цирконію. У промисловості вже розроблені гідрометалургійні (тобто які зустрічаються у водному розчині) і пірометалургійні (без присутності води) шляхи.
застосування гафнію
При змішуванні з цирконієм гафній може бути а важливий покращувач фізичних властивостей сталі. У чистому вигляді металевий гафній можна включати в сплави залізо, титан і ніобій. Подібність з цирконієм дає змогу гафній бути гарною заміною цього металу, хоча це малоймовірно, враховуючи вищий природний цирконій.
Однак гафній використовується в основному виробництво паличок(також відомийTheяк палиці або стрижні) контролю в атомні електростанції. Оскільки це метал з хорошою поглинаючою здатністю нейтронівгафній можна використовувати для запобігання виникненню ланцюгових реакцій на заводі, дозволяючи контролювати вироблену енергію та мінімізуючи ймовірність нещасних випадків. Варто пам’ятати, що поділ урану, наприклад, завжди породжує нейтрони, які можуть зіткнутися з новими ядрами урану, що генерує енергію в геометричній прогресії.
Нарешті, гафній також може бути використовується в високотемпературній кераміці, оскільки він здатний виробляти дуже тугоплавкі матеріали, такі як бориди та карбіди, температура плавлення яких перевищує 3000 °C.
історія гафнію
Гафній слідував тенденції елементів, відкритих протягом 20 століття. Були виявлено в невеликих кількостях і він також помилково вказав на його відкриття. Це сталося з Жоржем Урбеном, який вважав, що елемент 72 є рідкісною землею, а не перехідним металом. Ось чому, Урбен почав шукати його в сумішах мінералу ітербію, в якому він спільно відкрив елемент лютецій, атомний номер 71. Так, у 1911 році він опублікував статтю, в якій представив спектроскопічні дані нового елемента, який він назвав цельцієм.
Щоб визначити його атомний номер і підтвердити своє відкриття, Урбен у 1914 році відправився до Англії, щоб провести експерименти з рентгенівським випромінюванням, розроблені Генрі Мозлі. Однак експерименти не змогли довести, що передбачуваний елемент Цельцій насправді був елементом 72. Так впевнений у своїх зусиллях, Жорж Урбен зайшов так далеко, що сказав Резерфордзгодом, що нездатність перевірити його відкриття була через недоліки в методах Мозлі.
У протилежному напрямку і перед обличчям нових ідей про структуру атома, Георг фон Гевесі припустив, що елемент 72 повинен бути перехідним металом і таким чином почав подальше навчання у свого колеги Дірка Костера. Рентгенівський аналіз невеликих зразків силікату цирконію виявив наявність речовини невідомі, зі спектроскопічними характеристиками, подібними до тих, які передбачив Мозлі для такого елемента.
Таким чином, після очищення зразка,Вна Hevesy і Coster опублікували свої висновки, пропонуючи назву гафній для нового елемента, натякаючи на латинську назву міста Копенгаген, Гафнія, місця відкриття. Незважаючи на це, Урбейн продовжував відстоювати відкриття цельцію протягом багатьох років, поки експериментальні методи не довели, що гафній і цельцій викликали різні реакції. У відповідь на це підтвердилося те, що вже підозрював Мозлі: Кельцій насправді був високоочищеним лютецієм.
Читайте також: Відкриття кисню — подвиг, який змінив хід досліджень горіння
Розв’язування вправ на гафній
питання 1
Гафній є елементом, дуже схожим на цирконій, який знаходиться трохи вище за нього в періодичній системі. Ми можемо пояснити цю велику схожість тим, що:
(A) Гафній і цирконій мають однакову масу.
(B) Гафній і цирконій мають однакову кількість протонів.
(C) Гафній і цирконій знаходяться в одній групі в періодичній системі.
(D) Гафній і цирконій мають однакову кількість електронів.
(E) Гафній і цирконій є металевими елементами.
Відповісти: буква С
Подібність між Hf і Zr випливає з їх приналежності до однієї групи в Періодичній системі. Таблиця розміщує в групах елементів які мають подібні хімічні властивості. Таким чином, шаблоном є буква С.
питання 2
Як і цирконій, гафній виявляється у своїй найстабільнішій формі зі ступенем окислення +4. Зазвичай гафній може зв’язувати галогени.
Найбільш підходящою формулою для фториду гафнію IV буде:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2Ф3
Відповісти: буква Д
THE фтору Він має фіксовану ступінь окиснення, яка завжди дорівнює -1. Оскільки Hf є елементом з NOx, рівним +4, для нейтралізації заряду Hf необхідні чотири атоми фтору. Таким чином, сполука фторид гафнію IV є HfF4, описані в листі D.
Стефано Араухо Новаїс
Вчитель хімії
