Hafnium

Sampel Hafnio Metalik. Sumber: Hi-Res Imej Elemen Kimia [CC oleh (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)]

Apa itu Hafnio?

Dia Hafnium Ia adalah logam peralihan yang bahan kimianya adalah HF dan mempunyai bilangan atom 72. Ia adalah elemen ketiga kumpulan 4 dari jadual berkala, yang menjadi congene dalam titanium dan circum. Dengan yang terakhir ia berkongsi banyak sifat kimia, terletak bersama -sama di mineral kerak bumi.

Mencari Hafnio mencari di mana zirkonium, kerana ia adalah hasil sampingan pengekstrakannya. Nama logam ini berasal dari perkataan Latin 'hafnia', yang makna adalah nama Copenhagen, sebuah kota di mana ia ditemui di mineral zirkon dan kontroversi berakhir dengan sifat kimia yang sebenarnya.

Logam ini mengambil perbezaan yang terakhir dari unsur -unsur yang paling stabil yang ditemui di sini di bumi; iaitu, penemuan lain telah membentuk satu siri ultrapesados, radioaktif dan/atau isotop buatan.

Sebatian Hafnio sama dengan Titanium dan Circonium, kebanyakannya nombor pengoksidaan +4, seperti HFCL₄, Hfo₂, Hfi₄ dan Hfbr₄. Sebahagian daripada mereka memimpin senarai bahan -bahan yang paling refraktori yang pernah dibuat, serta aloi rintangan terma yang hebat dan juga bertindak sebagai penyerap neutron yang sangat baik.

Atas sebab ini, Hafnio mempunyai banyak penyertaan dalam kimia nuklear, terutamanya kepada reaktor air tekanan.

Penemuan

Logam peralihan atau nadir bumi

Penemuan Hafnio dikelilingi oleh kontroversi, walaupun kewujudannya telah diramalkan sejak tahun 1869 terima kasih kepada jadual berkala Mendeleev.

Masalahnya adalah bahawa ia diposisikan di bawah zirkonium, tetapi bertepatan dalam tempoh yang sama unsur -unsur bumi nadir: lantanoides. Ahli kimia pada masa itu tidak tahu sama ada logam peralihan atau logam dari nadir bumi.

99.9% bar hafnium. Sumber- Alchemist-HP (www.PSE-Mendelejew.daripada), cc by-sa 2.0, melalui Wikimedia Commons

Ahli kimia Perancis Georges Urbain, penemu Luthacio, jiran logam jiran Hafnio, pada tahun 1911 dia telah menemui Element 72, yang dipanggil Celtio dan menyatakan bahawa ia adalah logam nadir bumi. Tetapi tiga tahun kemudian disimpulkan bahawa hasilnya salah, dan ia hanya mengasingkan campuran lantanoides.

Tidak sampai unsur -unsur diperintahkan oleh nombor atom mereka, terima kasih kepada karya Henry Moseley pada tahun 1914, yang kejiranan antara luthe dan elemen 72 adalah bukti kumpulan yang sama dengan logam titanium dan penyiraman.

Boleh melayani anda: pemberbukuan: tindak balas, jenis, aplikasi, contoh

Pengesanan di Copenhagen

Pada tahun 1921, selepas kajian struktur atom Niels Bohr dan ramalannya terhadap spektrum pelepasan X -renai untuk elemen 72, logam ini dihentikan di mineral bumi nadir; Dan sebaliknya, pencariannya di Circonium Mineral difokuskan, kerana kedua -dua elemen terpaksa berkongsi beberapa sifat kimia.

Ahli kimia Denmark Dirk Coster dan ahli kimia Hungary Georg von Hevesy pada tahun 1923 akhirnya mengiktiraf spektrum yang diramalkan oleh Niels Bohr dalam sampel zirkon dari Norway dan Greenland. Setelah membuat penemuan di Copenhagen, mereka memanggil Element 72 oleh nama Latin kota ini: Hafnia, yang kemudiannya diperolehi 'Hafnio'.

Pengasingan dan pengeluaran

Walau bagaimanapun, itu bukan tugas yang mudah. Walaupun pada tahun 1924 kaedah telah dibuat oleh recrystallization pecahan untuk mendapatkan hafnio tetrachloride, hfcl₄, Ia adalah bahan kimia Belanda Anton Eduard Van Arkel dan Jan Hendrik de Boer yang mengurangkannya ke hafnium logam.

Untuk melakukan ini, HFCL₄ Ia menjalani pengurangan menggunakan magnesium logam (proses Kroll):

HFCL₄ + 2 mg (1100 ° C) → 2 mgCl₂ + Hf

Sebaliknya, bermula dari Hafnio Tetrayoduro, HFI₄, Ini telah menguap untuk mengalami penguraian terma pada filamen tungsten pijar, di mana hafnium logam disimpan untuk menyebabkan bar penampilan polikristalin (proses bar kristal atau proses Arkel-Boer):

Hfi₄ (1700 ° C) → HF + 2 i₂

Struktur Hafnio

Lokasi hafnio dalam jadual berkala. Fountain: !Asal: AhoteseerVector: Sushant Savla, CC By-SA 3.0, melalui Wikimedia Commons

Hafnio, atom HF, dikelompokkan ke dalam tekanan ambien pada kristal struktur heksagon padat, HCP, sama seperti logam titanium dan zirkonium lakukan. Kristal Hafnio HCP ini menjadi fasa αnya, yang kekal tetap sehingga suhu 2030 K, apabila ia mengalami peralihan ke fasa β, dengan struktur padu yang berpusat di dalam badan, BCC.

Ini difahami jika panas "melegakan" kaca dipertimbangkan dan, oleh itu, atom HF berusaha untuk meletakkan diri mereka sedemikian rupa sehingga pemadatan mereka berkurangan. Kedua -dua fasa ini cukup untuk mempertimbangkan polimorfisme hafnium.

Ia juga membentangkan polimorfisme yang bergantung kepada tekanan tinggi. Fasa α dan β wujud pada tekanan 1 atm; Walaupun Ω, fasa heksagon tetapi lebih padat daripada HCP biasa, muncul apabila tekanan melebihi 40 GPA. Menariknya, apabila tekanan terus meningkat, fasa β muncul semula, yang paling padat.

Boleh melayani anda: asid seleenhydric (H2SE): Apakah, struktur, sifat, kegunaan

Hafnio Properties

Penampilan fizikal

Pepejal Putih Perak, yang menunjukkan nada gelap jika mempunyai lapisan oksida dan nitrida.

Jisim molar

178.49 g/mol

Takat lebur

2233 ºC

Takat didih

4603 ºC

Ketumpatan

Pada suhu bilik: 13.31 g/cm³, menjadi dua kali lebih padat daripada circum

Betul -betul di titik lebur: 12 g/cm³

Haba Fusion

27.2 kJ/mol

Haba pengewapan

648 kJ/mol

Elektronegativiti

1.3 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

Pertama: 658.5 kJ/mol (HF⁺ gas)

Kedua: 1440 kJ/mol (HF²⁺ gas)

Ketiga: 2250 kJ/mol (HF³⁺ gas)

Kekonduksian terma

23.0 w/(m · k)

Resistiviti elektrik

331 nΩ · m

Kekerasan mohs

5.5

Reaktiviti

Kecuali logam itu adalah Pula dan Burns, menembak percikan pada suhu 2000 ºC, ia tidak mempunyai kerentanan untuk mengoksidakan atau berjalan, kerana lapisan nipis oksida melindunginya. Dalam pengertian ini, ia adalah salah satu logam yang paling stabil. Malah, asid atau asas yang kuat boleh membubarkannya; Kecuali asid fluorhorhoric, dan halogen yang mampu mengoksida.

Konfigurasi Elektronik

Konfigurasi Elektronik Hafnio

Atom Hafnio mempunyai konfigurasi elektronik berikut:

[Xe] 4f¹⁴ 5 d² 6s²

Ini bertepatan dengan fakta kepunyaan kumpulan 4 jadual berkala, bersama -sama dengan titanium dan circonium, kerana ia mempunyai empat elektron Valencia dalam orbital 5d dan 6s. Perhatikan bahawa Hafnio tidak boleh menjadi lantanoide, kerana ia mempunyai orbital 4f sepenuhnya.

Nombor pengoksidaan

Konfigurasi elektronik yang sama mendedahkan berapa banyak elektron yang mampu kehilangan atom hafnio ketika menjadi sebahagian daripada sebatian. Dengan mengandaikan bahawa dia kehilangan empat elektron Valencia, dia akan menjadi kation tetravalen HF⁴⁺ (Dalam analogi kepada anda⁴⁺ dan zr⁴⁺), Dan oleh itu akan mempunyai bilangan pengoksidaan +4.

Ini sebenarnya adalah nombor pengoksidaan yang paling stabil dan biasa. Lain -lain yang kurang relevan ialah: -2 (HF^2-), +1 (hf⁺), +2 (hf²⁺) dan +3 (hf³⁺).

Isotop

Hafnio dibentangkan di bumi sebagai lima isotop stabil dan radioaktif dengan masa hidup yang sangat besar:

-¹⁷⁴HF (0.16%, dengan separuh hayat 2 · 10^{lima belas} tahun, jadi dianggap praktikal stabil)

-¹⁷⁶HF (5.26%)

-¹⁷⁷HF (18.60%)

Boleh melayani anda: pangkalan yang lemah

-¹⁷⁸HF (27.28%)

-¹⁷⁹HF (13.62%)

-¹⁸⁰HF (35.08%)

Perhatikan bahawa tidak ada isotop seperti itu yang menonjol dengan banyaknya, dan ini ditunjukkan dalam jisim atom purata Hafnio, 178.49 Uma.

Dari semua isotop radioaktif Hafnio, yang bersama -sama dengan jumlah penduduk asli sebanyak 34, ^178m2HF adalah yang paling kontroversial kerana dalam kerosakan radioaktifnya mengeluarkan radiasi gamma, jadi atom -atom ini boleh digunakan sebagai pistol perang.

Penggunaan/aplikasi

Hafnio ditutup dengan lapisan oksida nipis. Sumber: Alchemist-HP (Talk) (www.PSE-Mendelejew.De), Fal, melalui Wikimedia Commons

Reaksi nuklear

Hafnio adalah kelembapan logam dan suhu tinggi kelembapan, selain menjadi penyerap neutron yang sangat baik. Atas sebab ini, ia digunakan dalam reaktor air tekanan, serta dalam pembuatan bar mengawal untuk reaktor nuklear, di mana salutannya mereka diperbuat daripada ultrapuro circu.

Aloi

Atom Hafnio dapat mengintegrasikan kristal logam lain untuk menimbulkan aloi yang berbeza. Ini dicirikan dengan tahan lasak dan tahan api, jadi mereka ditakdirkan untuk aplikasi ruang, seperti dalam pembinaan muncung motor untuk roket.

Sebaliknya, beberapa aloi dan sebatian pepejal Hafnio mempunyai sifat khas; seperti karbida dan nituros mereka, HFC dan HFN, masing -masing, yang merupakan bahan yang sangat refraktori. Tantalo dan Hafnio Carbide, TA₄HFC₅, Dengan titik gabungan 4215 ºC, ia adalah salah satu bahan yang paling refraktori yang pernah diketahui.

Pemangkinan

Metalocenes Hafnio digunakan sebagai pemangkin organik untuk sintesis polimelen seperti polietilena dan polistirena.

Risiko

Tidak diketahui tarikh apa kesan ion HF di dalam badan kita⁴⁺. Sebaliknya, kerana mereka ditemui dalam alam semulajadi dalam mineral zirkonium, tidak dipercayai bahawa mereka dapat mengubah ekosistem membebaskan garam mereka ke alam sekitar.

Sekarang, disarankan untuk memanipulasi sebatian hafnio dengan teliti, seolah -olah mereka toksik, walaupun tidak ada kajian perubatan yang membuktikan bahawa mereka memudaratkan kesihatan.

Bahaya sebenar Hafnio terletak pada zarah -zarah pepejal tanahnya yang halus, yang dapat dibakar hanya ketika mereka bersentuhan dengan oksigen udara.

Ini menjelaskan mengapa apabila ia digilap, tindakan yang mengikis permukaannya dan mengeluarkan zarah logam tulen, pembakaran percikan dibebaskan dengan suhu 2000 ºC; Ia.