Hafnium

Kovinski hafnio vzorec. Vir: Hi-Res Slike kemičnih elementov [cc by (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Kaj je hafnio?

On Hafnium To je prehodna kovina, katere kemikalija je HF in ima atomsko število 72. Je tretji element skupine 4 periodične tabele, ki je kongene v titanu in cirku. S slednjim deli številne kemijske lastnosti, ki se nahajajo v mineralih Zemljine skorje.

Iskanje hafnio išče tam, kjer je cirkonij, ker je stranski produkt njegovega ekstrakcije. Ime te kovine izvira iz latinske besede "hafnia", katere pomen je ime Kopenhagen, mesto, kjer so ga odkrili v cirkonskih mineralih, in polemika se je končala glede na njegovo resnično kemijsko naravo.

Ta kovina odpira, da je zadnji od najbolj stabilnih elementov, odkritih tukaj na zemlji; to pomeni, da so druga odkritja predstavljala vrsto ultrapesadosov, radioaktivnih in/ali umetnih izotopov.

Hafnio spojine so analogne titanu in cirkoniju, pretežno številke oksidacije +4, kot je HFCL₄, Hfo₂, Hfi₄ in hfbr₄. Nekateri vodijo seznam najbolj ustvarjenih ognjevzdržnih materialov, pa tudi zlitine velike toplotne odpornosti in delujejo tudi kot odlični absorbenti nevtronov.

Zaradi tega ima Hafnio veliko sodelovanja v jedrski kemiji, zlasti pri reaktorjih za tlačno vodo.

Odkritje

Prehodna kovina ali redke zemeljske

Odkritje hafnio je bilo obkroženo s polemikami, čeprav je bil njen obstoj že napovedan od leta 1869, zahvaljujoč periodični tabeli Mendeleeva.

Težava je bila v tem, da je bila nameščena pod cirkonijem, vendar je sovpadala v istem obdobju elementov redkih Zemlje: lantanoides. Kemiki takrat niso vedeli, ali gre za prehodno kovino ali kovino iz redkih Zemlje.

99,9% Hafnium Bar. Vir- Alchemist-HP (www.PSE-Mendelejew.od), cc by-sa 2.0, prek Wikimedia Commons

Francoski kemik Georges Urbain, odkrivalec Luthacio, sosednje kovine Hafnio. Toda tri leta pozneje je bilo ugotovljeno, da so bili njegovi rezultati napačni in da je le izolirala mešanico lantanoides.

Šele ko so elemente ukazali njihova atomska številka, zahvaljujoč delu Henryja Moseleyja leta 1914, ki je bila soseska med Luthate in Element 72 dokaz enaka skupina kot Titanium in Okrožitveni kovini.

Vam lahko služi: flokulacija: reakcija, vrste, aplikacije, primeri

Odkrivanje v Kopenhagnu

Leta 1921, po študijah atomske strukture Niels Bohr in njegovi napovedi rentgenskega spektra emisije X -Rara za element 72, smo to kovino ustavili v mineralih redkih Zemlje; In namesto tega se je njegovo iskanje na cirkonski minerali osredotočilo, saj sta morala oba elementa deliti več kemijskih lastnosti.

Danski kemik Dirk Coster in madžarski kemik Georg von Hevesy leta 1923 sta končno prepoznala predvideni spekter Niels Bohr v vzorcih cirkonov iz Norveške in Grenlandije. Ko so odkrili v Kopenhagnu, so poimenovali Element 72 po latinskem imenu tega mesta: Hafnia, ki je kasneje izpeljal "Hafnio".

Izolacija in proizvodnja

Vendar to ni bila lahka naloga. Čeprav je bila leta 1924 metodo zasnovana z frakcijsko rekristalizacijo za pridobitev hafnio tetraklorid, hfcl₄, Nizozemski kemikaliji sta ga Anton Eduard Van Arkel in Jan Hendrik de Boer, ki sta ga zmanjšala na kovinski hafnij.

Da bi to naredili, HFCL₄ Zmanjšanje je bilo z uporabo kovinskega magnezija (proces Kroll):

HFCL₄ + 2 mg (1100 ° C) → 2 mgcl₂ + Hf

Po drugi strani, začenši od Hafnio Tetrayoduro, HFI₄, To je upalo, da je trpelo toplotno razgradnjo na žarnici na volframu, na kateri je bil odložen kovinski hafnij, da bi povzročil polikristalni videz (kristalni postopek ali proces Arkel-Boer):

Hfi₄ (1700 ° C) → HF + 2 i₂

Hafnio struktura

Hafnio Lokacija v periodični tabeli. Fontana: !Original: AhoteseierVector: Sushant Savla, CC BY-SA 3.0, prek Wikimedia Commons

Hafnio, atomi HF, so združeni v zunanje pritisk na kompaktni šesterokotni kristal, HCP, tako kot to počnejo titanijevi in ​​cirkonijevi kovini. Ta kristal Hafnio HCP postane njegova α faza, ki ostane konstantna do temperature 2030 K, ko trpi prehod na β fazo, s kubično strukturo, osredotočeno v telo, BCC.

To se razume, če se toplota "sprosti", kozarec se upošteva in zato se atomi HF trudijo, da se postavijo na tak način, da se njihovo stiskanje zmanjša. Ti dve fazi sta dovolj, da upoštevata polimorfizem hafnija.

Predstavlja tudi polimorfizem, ki je odvisen od visokih pritisk. Faza α in β obstajajo pri tlaku 1 atm; Medtem ko se ω, šesterokotna, a še bolj zapletena faza kot navadna HCP, pojavi, ko pritiski presegajo 40 GPA. Zanimivo je, da ko se pritiski še naprej povečujejo, se β faza ponovno pojavi, najmanj gosta.

Vam lahko služi: seleenhidric kislina (H2SE): kaj je, struktura, lastnosti, uporabe

Hafnio lastnosti

Fizični videz

Srebrna bela trdna trdna, ki prikazuje temne tone, če ima plast oksida in nitrida.

Molarna masa

178,49 g/mol

Tališče

2233 ° C

Vrelišče

4603 ° C

Gostota

Pri sobni temperaturi: 13,31 g/cm³, biti dvakrat gostejši od okr

Desno na tališču: 12 g/cm³

Fuzijska toplota

27.2 kJ/mol

Toplota za uparjanje

648 kJ/mol

Elektronegativnost

1.3 na lestvici Pauling

Ionizacijske energije

Prvi: 658,5 kJ/mol (HF⁺ plinasto)

Drugi: 1440 kJ/mol (HF²⁺ plinasto)

Tretjič: 2250 kJ/mol (HF³⁺ plinasto)

Toplotna prevodnost

23,0 w/(m · k)

Električna upornost

331 nω · m

Mohs trdota

5.5

Reaktivnost

Če je kovina pula in gori, streljanje iskri pri temperaturi 2000 ° C, nima dovzetnosti za oksidacijo ali vodenje, saj ga tanka plast oksida ščiti. V tem smislu je ena najbolj stabilnih kovin. Pravzaprav ga lahko raztopijo kisline ali močne baze; Z izjemo fluorhorhorhorhorhoric kisline, in halogeni, ki jo lahko oksidirajo.

Elektronska konfiguracija

Elektronska konfiguracija Hafnio

Hafniov atom ima naslednjo elektronsko konfiguracijo:

[Xe] 4f¹⁴ 5 d² 6s²

To sovpada z dejstvom, da pripada skupini 4 periodične tabele, skupaj s titanom in krogom, ker ima v orbitalih 5D in 6S štiri Valencia elektrone. Upoštevajte, da hafnio ne bi mogel biti lantanoide, saj ima popolnoma polne 4F orbitale.

Oksidacijske številke

Ista elektronska konfiguracija razkriva, koliko elektronov lahko izgubi atom hafnio, ko je del spojine. Ob predpostavki, da izgubi štiri elektrone Valencije, bi bil tetravalentni kation HF⁴⁺ (Analogijo z vami⁴⁺ in zr⁴⁺), Zato bi imel oksidacijsko število +4.

To je v resnici najbolj stabilno in skupno pri njegovih oksidacijskih številkah. Drugi manj pomembni so: -2 (HF^2-), +1 (hf⁺), +2 (hf²⁺) in +3 (hf³⁺).

Izotopi

Hafnio je na Zemlji predstavljen kot pet stabilnih izotopov in radioaktivni z zelo velikim življenjem:

-¹⁷⁴HF (0,16%, s pol življenja 2 · 10^petnajst leta, zato se šteje za praktično stabilno)

-¹⁷⁶HF (5,26%)

-¹⁷⁷HF (18,60%)

Vam lahko služi: šibke baze

-¹⁷⁸HF (27,28%)

-¹⁷⁹HF (13,62%)

-¹⁸⁰HF (35,08%)

Upoštevajte, da ni takšnega izotopa, ki izstopa v izobilju, in to se odraža v povprečni atomski masi Hafnio, 178.49 UMA.

Od vseh radioaktivnih izotopov hafnio, ki skupaj z domorodci skupno 34, ^178m2HF je najbolj sporen, ker v svojem radioaktivnem razpadu sprošča gama sevanje, zato bi te atome lahko uporabili kot vojno pištolo.

Uporaba/aplikacije

Hafnio pokrit s tanko plastjo oksida. Vir: Alchemist-HP (pogovor) (www.PSE-Mendelejew.De), fal, prek Wikimedia Commons

Jedrske reakcije

Hafnio je kovina, ki je odmevna z vlago in visoke temperature, poleg tega, da je odlična absorbenta nevtrona. Zaradi tega se uporablja v tlačnih vodnih reaktorjih, pa tudi pri proizvodnji krmilnih palic za jedrske reaktorje, v katerih prevleke so narejene iz ultrapuro cirku.

Zlitine

Hafnio Atomi lahko integrirajo druge kovinske kristale, da ustvarijo različne zlitine. Za njih je značilno, da so trdovratni in toplotno odporni, zato so namenjeni prostorskim aplikacijam, kot pri gradnji motornih šob za rakete.

Po drugi strani imajo nekatere zlitine in trdne spojine Hafnio posebne lastnosti; kot so njihovi karbidi in Nituros, HFC in HFN, ki so zelo ognjevzdržni materiali. Tantalo in Hafnio Carbide, TA₄Hfc₅, Z fuzijsko točko 4215 ° C je eden najbolj znanih ognjevzdržnih materialov.

Kataliza

Hafniovi metaliceni se uporabljajo kot organski katalizatorji za sintezo polimelena, kot sta polietilen in polistiren.

Tveganja

Do danes ni znano, kakšen vpliv bi lahko imel HF ioni v našem telesu⁴⁺. Po drugi strani, ker jih v naravi najdemo v cirkonijevih mineralih, ne verjamejo, da bi lahko spremenili ekosistem, da svoje soli osvobodijo okolju.

Zdaj je priporočljivo skrbno manipulirati s spojinami hafnio.

Resnična nevarnost hafnio je v delcih njegove fino zmlete trdne snovi, ki lahko gorijo ravno takrat, ko pridejo v stik s kisikom zraka.

To pojasnjuje, zakaj se, ko je polirano, dejanje, ki strga njegovo površino in oddaja čiste kovinske delce, sproščajo pekoče iskre s temperaturo 2000 ° C; to pomeni, da hafnio predstavlja piroporičnost, edino premoženje, ki vključuje ogenj ali resna tveganja za opekline.