Hafn

Metaliczna próbka Hafnio. Źródło: obrazy Hi-Resa elementów chemicznych [CC przez (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)]

Co to jest Hafnio?

On hafn Jest to metal przejściowy, którego chemikalia jest HF i ma liczbę atomową 72. Jest trzecim elementem grupy 4 stolika okresowego, będąc kongenerem w tytanie i okrąg. Z tymi ostatnimi dzieli wiele właściwości chemicznych, zlokalizowanie w minerałach skorupy ziemskiej.

Poszukiwanie hafnio patrzy tam, gdzie cyrkon, ponieważ jest produktem ubocznym jego ekstrakcji. Nazwa tego metalu pochodzi od łacińskiego słowa „hafnia”, którego znaczenie to nazwa Kopenhagi, miasta, w którym zostało odkryte w minerałach cyrkonu, a kontrowersja zakończyła się w odniesieniu do prawdziwej natury chemicznej.

Ten metal rozróżnia bycie ostatnim z najbardziej stabilnych elementów odkrytych tutaj na Ziemi; Oznacza to, że inne odkrycia stanowiły serię ultrapesadosów, radioaktywnych i/lub sztucznych izotopów.

Związki Hafnio są analogiczne do tytanu i okrągłego, głównie liczba utleniania +4, taka jak HFCL₄, HFO₂, Hfi₄ i HFBR₄. Niektóre z nich prowadzą listę najbardziej opornych materiałów, jakie kiedykolwiek stworzono, a także stopy o wielkiej oporności termicznej, a także działają jako doskonałe absorbenty neutronowe.

Z tego powodu Hafnio ma duży udział w chemii nuklearnej, szczególnie w reaktorach wody ciśnieniowej.

Odkrycie

Metal przejściowy lub ziemskie

Odkrycie Hafnio było otoczone kontrowersjami, chociaż jego istnienie było już przewidziane od 1869.

Problem polegał na tym, że został umieszczony pod cyrkonem, ale zbiegł się w tym samym okresie elementów ziem rzadkich: Lantanoides. Chemicy w tym czasie nie wiedzieli, czy był to metal przejściowy, czy metal z rzadkich ziem.

99,9% bar Hafnium. ŹRÓDŁO- alchemist-hp (www.Pse-Mendelejew.of), cc by-sa 2.0, Via Wikimedia Commons

Francuski chemik Georges Urbain, odkrywca Luthacio, sąsiedni metal Hafnio, powiedział w 1911 r., Odkrył element 72, który Celtio nazwał i ogłosił, że był to metal rzadkich ziem rzadkich. Ale trzy lata później stwierdzono, że jego wyniki były błędne i że wyizolował tylko mieszaninę Lantanoides.

Dopiero, dopiero elementy zostały zamówione przez ich liczby atomowe, dzięki pracy Henry'ego Moseleya w 1914 r.

Może ci służyć: Flokulacja: reakcja, typy, zastosowania, przykłady

Wykrywanie w Kopenhadze

W 1921 r., Po badaniach struktury atomowej Nielsa Bohra i jej przewidywania widma emisji X dla elementu 72, metal ten został zatrzymany w minerałach ziem rzadkich; Zamiast tego skupiło się na jego poszukiwaniu minerałów okrągłych, ponieważ oba elementy musiały dzielić kilka właściwości chemicznych.

Duński chemik Dirk Coster i węgierski chemik Georg Von Hevesy w 1923 r. Dokonując odkrycia w Kopenhadze, nazywali element 72 przez łacińską nazwę tego miasta: Hafnia, która później wyprowadziła „hafnio”.

Izolacja i produkcja

Jednak nie było to łatwe zadanie. Chociaż w 1924 r. Metoda została opracowana przez ułamkową rekrystalizację w celu uzyskania tetrachlorku Hafnio, HFCL₄, To holenderskie chemikalia Anton Eduard van Arkel i Jan Hendrik de Boer, które zredukowały go do metalicznego hafnium.

Aby to zrobić, HFCL₄ Przedstawiono redukcję przy użyciu metalowego magnezu (proces KROLL):

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

Z drugiej strony, zaczynając od Hafnio Tetrayoduro, HFI₄, Zostało to odparowane tak, aby cierpieć rozkład termiczny na żarliwym włóknie wolframowym, na którym osadzono metaliczny hafnium, aby spowodować polikrystaliczny pasek wyglądu (proces krystalicznego pręta lub proces Arkel-Boer):

Hfi₄ (1700 ° C) → HF + 2 I₂

Struktura Hafnio

Lokalizacja Hafnio w stole okresowym. Fontanna: !Oryginał: Ahoteseiervector: Sushant Savla, CC BY-SA 3.0, Via Wikimedia Commons

Atomy Hafnio, HF, są pogrupowane w ciśnienie otoczenia na zwartą kryształ sześciokątny, HCP, podobnie jak metale tytanu i cyrkon. Ten kryształ HAFNIO HCP staje się fazą α, która pozostaje stała do temperatury 2030 K, gdy cierpi na przejście do fazy β, z strukturą sześcienną wyśrodkowaną w ciele, BCC, BCC, BCC.

Rozumie się to, jeśli ciepło „rozluźnia się”, jest rozważane szkło, a zatem atomy HF starają się ustawić się w taki sposób, że ich zagęszczenie zmniejsza. Te dwie fazy wystarczą, aby rozważyć polimorfizm hafnu.

Przedstawia także polimorfizm, który zależy od wysokich ciśnień. Fazy ​​α i β istnieją pod ciśnieniem 1 atm; Podczas gdy ω, sześciokątna, ale jeszcze bardziej zagęszczona faza niż zwykła HCP, pojawia się, gdy ciśnienia przekraczają 40 GPa. Co ciekawe, gdy ciśnienia nadal rosną, faza β pojawia się ponownie, najmniej gęsta.

Może ci służyć: kwas seleenowy (H2SE): co to jest, struktura, właściwości, używa

Właściwości Hafnio

Wygląd fizyczny

Srebrna biała stała, która pokazuje ciemne tony, jeśli ma warstwę tlenku i azotku.

Masa cząsteczkowa

178,49 g/mol

Temperatura topnienia

2233 ºC

Punkt wrzenia

4603 ºC

Gęstość

W temperaturze pokojowej: 13,31 g/cm³, będąc dwukrotnie gęstszym niż określenie

W momencie topnienia: 12 g/cm³

Fusion Heat

27,2 kJ/mol

Ciepło parowe

648 kJ/mol

Elektronialiczność

1.3 w skali Pauling

Energie jonizacyjne

Po pierwsze: 658,5 kJ/mol (HF⁺ gazowy)

Drugi: 1440 kJ/mol (HF²⁺ gazowy)

Po trzecie: 2250 kJ/mol (HF³⁺ gazowy)

Przewodność cieplna

23,0 W/(M · K)

Rezystancja

331 nω · m

Twardość mohs

5.5

Reaktywność

O ile metal to pula i oparzenia, strzelając iskry w temperaturze 2000 ° C, nie ma podatności na utlenianie lub bieganie, ponieważ chroni go cienka warstwa jego tlenku. W tym sensie jest to jeden z najbardziej stabilnych metali. W rzeczywistości kwasy lub silne zasady mogą je rozpuścić; Z wyjątkiem kwasu fluorhorowego i halogenów zdolnych do utleniania.

Elektroniczna Konfiguracja

Konfiguracja elektroniczna Hafnio

Atom Hafnio ma następującą konfigurację elektroniczną:

[Xe] 4f¹⁴ 5 d² 6s²

Zbiega się to z faktem przynależności do grupy 4 stolika okresowego, wraz z tytanem i okrągłym, ponieważ ma cztery elektrony Valencia na orbitalach 5D i 6S. Zauważ, że Hafnio nie mógł być Lantanoide, ponieważ ma całkowicie pełne orbitale 4F.

Liczby utleniania

Ta sama konfiguracja elektroniczna ujawnia, ile elektronów jest w stanie stracić atom Hafnio, gdy jest częścią związku. Zakładając, że straci cztery elektron w Walencji, byłby tetravalent kation HF⁴⁺ (Analogicznie do Ciebie⁴⁺ i Zr⁴⁺), A zatem miałby liczbę utleniania +4.

Jest to w rzeczywistości najbardziej stabilne i powszechne z jego liczby utleniania. Inne mniej istotne to: -2 (HF^2-), +1 (HF⁺), +2 (HF²⁺) i +3 (HF³⁺).

Izotopy

Hafnio jest prezentowany na Ziemi jako pięć stabilnych izotopów i radioaktywny z bardzo dużym czasem życia:

-¹⁷⁴HF (0,16%, z pół -literem 2,10^piętnaście lata, więc jest to uważane za praktycznie stabilne)

-¹⁷⁶HF (5,26%)

-¹⁷⁷HF (18,60%)

Może ci służyć: słabe podstawy

-¹⁷⁸HF (27,28%)

-¹⁷⁹HF (13,62%)

-¹⁸⁰HF (35,08%)

Zauważ, że nie ma takiego izotopu, który wyróżnia się w obfitości, co znajduje odzwierciedlenie w średniej masie atomowej Hafnio, 178.49 Uma.

Spośród wszystkich radioaktywnych izotopów Hafnio, które wraz z tubylcami łącznie 34 ^178m2HF jest najbardziej kontrowersyjny, ponieważ w rozkładu radioaktywnym uwalnia promieniowanie gamma, więc atomy te mogą być używane jako pistolet wojny.

Używa/aplikacje

Hafnio pokryte cienką warstwą tlenku. Źródło: Alchemist-HP (dyskusja) (www.Pse-Mendelejew.De), fal, przez wikimedia Commons

Reakcje jądrowe

Hafnio to metal oporny na wilgoć i wysokie temperatury, oprócz tego, że jest doskonałym chłonnością neutronów. Z tego powodu jest stosowany w reaktorach wody ciśnieniowej, a także do produkcji sterujących prętów dla reaktorów jądrowych, w których powłokach są wykonane z ultrapuro.

Stopy

Atomy Hafnio mogą zintegrować inne kryształy metalu, aby zwiększyć różne stopy. Charakteryzują się one wytrwałym i odpornym termicznie, więc są one przeznaczone do zastosowań przestrzennych, jak w budowie dysz motorycznych dla rakiet.

Z drugiej strony niektóre stopy i stałe związki Hafnio mają specjalne właściwości; takie jak ich węgliki i nituro, odpowiednio HFC i HFN, które są bardzo opornymi materiałami. Tantalo i Hafnio Carbide, TA₄HFC₅, Z punktem fuzji 4215 ° C, jest to jeden z najbardziej znanych materiałów.

Kataliza

Metaceny Hafnio są stosowane jako katalizatory organiczne do syntezy polimelenu, takich jak polietylen i polistyren.

Ryzyko

Do tej pory nie wiadomo, jaki wpływ mogą mieć jony HF w naszym ciele⁴⁺. Z drugiej strony, ponieważ znajdują się w naturze w minerałach cyrkonicznych, nie uważa się, że zmieniają ekosystem uwolnienia soli do środowiska.

Teraz zaleca się uważne manipulowanie związkami Hafnio, jakby były toksyczne, nawet jeśli nie ma badań medycznych, które dowodzą, że są one szkodliwe dla zdrowia.

Prawdziwe niebezpieczeństwo hafnio leży w cząstkach jego drobno mielonej substancji stałej, które mogą spalić tylko po kontakcie z tlenem powietrza.

To wyjaśnia, dlaczego po wypolerowaniu działanie, które zeskryje jego powierzchnię i wydziela cząsteczki czyste metalu, spalanie iskier są uwalniane z temperaturą 2000 ° C; Oznacza to, że Hafnio przedstawia piroporyczność, jedyną własność, która pociąga za sobą ryzyko ognia lub poważne oparzenia.