Det hafnium det er et overgangsmetal, hvis kemiske symbol er Hf og har et atomnummer på 72. Det er det tredje element i gruppe 4 i det periodiske system, idet det er kongener af titanium og zirconium. Med sidstnævnte deler den mange kemiske egenskaber, idet de er placeret sammen i mineraler fra jordskorpen.
At kigge efter hafnium ser ud til, hvor zirconium er, da det er et biprodukt af dets ekstraktion. Navnet på dette metal kommer fra det latinske ord 'hafnia', hvis betydning kommer til at være navnet på København, en by hvor det blev opdaget i zirkonmineraler, og kontroversen om dets sande kemiske natur sluttede..
Hafnium er et metal, der går ubemærket hen i det generelle intellekt, faktisk har kun få mennesker hørt om det før. Selv blandt nogle kemikalier er det et usædvanligt element, dels på grund af dets høje produktionsomkostninger, og fordi det i de fleste af dets applikationer zirconium kan erstatte det uden problemer..
Dette metal bærer forskellen på at være det sidste af de mest stabile grundstoffer, der er opdaget her på Jorden; det vil sige, de andre opdagelser har udgjort en række ultratunge, radioaktive grundstoffer og / eller kunstige isotoper.
Hafniumforbindelser er analoge med dem af titanium og zirconium med et oxidationsantal på +4 dominerende i dem, såsom HfCl4, HfOto, HfI4 og HfBr4. Nogle af dem topper listen over de mest ildfaste materialer, der nogensinde er oprettet, samt legeringer med høj termisk modstand, og som også fungerer som fremragende absorbere af neutroner..
Af denne grund deltager hafnium meget i atomkemi, især med hensyn til reaktorer med trykvand..
Artikelindeks
Opdagelsen af hafnium var omgivet af kontroverser, på trods af at dets eksistens allerede var blevet forudsagt siden 1869 takket være Mendeleevs periodiske system..
Problemet var, at det var placeret under zirconiumet, men faldt sammen i samme periode af de sjældne jordarter: lanthanoiderne. Dengang vidste kemikere ikke, om det var et overgangsmetal eller et sjældent jordmetal..
Den franske kemiker Georges Urbain, opdageren af lutetium, et nabometal af hafnium, hævdede i 1911 at have opdaget element 72, som han kaldte celtium og proklamerede, at det var et sjældent jordmetal. Men tre år senere blev det konkluderet, at hans resultater var forkerte, og at han kun havde isoleret en blanding af lanthanoider.
Det var først, før elementerne blev ordnet efter deres atomnummer, takket være Henry Moseleys arbejde i 1914, at kvarteret mellem lutetium og element 72 blev sat som bevis, hvilket var enig med Mendeleevs forudsigelser, da sidstnævnte element var placeret i samme gruppe som metaller titanium og zirconium.
I 1921, efter Niels Bohrs undersøgelser af atomstrukturen og hans forudsigelse af røntgenemissionsspektret for element 72, blev søgningen efter dette metal i sjældne jordartsmineraler stoppet; I stedet fokuserede han sin søgning på zirkoniummineraler, da begge grundstoffer skal have flere kemiske egenskaber..
Den danske kemiker Dirk Coster og den ungarske kemiker Georg von Hevesy i 1923 formåede endelig at genkende det spektrum, som Niels Bohr forudsagde i zirkonprøver fra Norge og Grønland. Efter at have gjort opdagelsen i København kaldte de element 72 med det latinske navn på denne by: hafnia, hvorfra det senere blev afledt 'hafnium'.
Det var imidlertid ikke en let opgave at adskille hafniumatomer fra zirconiums, da deres størrelser er ens, og de reagerer på samme måde. Selv om der i 1924 var udtænkt en fraktioneret rekrystallisationsmetode til opnåelse af hafniumtetrachlorid, HfCl24, det var de hollandske kemikere Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer, der reducerede det til metallisk hafnium.
For at gøre dette skal HfCl4 gennemgik reduktion ved hjælp af metallisk magnesium (Kroll-processen):
HfCl4 + 2 Mg (1100 ° C) → 2 MgClto + Hf
På den anden side startende fra hafnium tetraiodid, HfI4, Dette blev fordampet for at gennemgå termisk nedbrydning på en glødelampe af wolfram, hvorpå det metalliske hafnium blev deponeret for at producere en polykrystallinsk udseende bar (krystallinsk stangproces eller Arkel-De Boer-proces):
HfI4 (1700 ° C) → Hf + 2 Ito
Hafniumatomer, Hf, grupperes ved omgivelsestryk i en krystal med en kompakt sekskantet struktur, hcp, ligesom metallerne titanium og zirconium. Denne hcp hafniumkrystal bliver sin α-fase, som forbliver konstant op til en temperatur på 2030 K, når den gennemgår en overgang til β-fasen med en kubisk struktur centreret i kroppen, bcc.
Dette forstås, hvis det anses for, at varmen "slapper af" krystallen, og derfor søger Hf-atomerne at positionere sig på en sådan måde, at deres komprimering mindskes. Disse to faser er nok til at overveje hafnium polymorfisme.
Ligeledes præsenterer den en polymorfisme, der afhænger af høje tryk. Α- og β-faserne eksisterer ved et tryk på 1 atm; mens ω-fasen, sekskantet, men endnu mere komprimeret end almindelig hcp, vises når tryk overstiger 40 GPa. Interessant nok, når trykket fortsætter med at stige, vises den mindre tætte β-fase igen.
Sølvhvidt fast stof, der viser mørke toner, hvis det har et oxid- og nitridlag.
178,49 g / mol
2233 ºC
4603 ºC
Ved stuetemperatur: 13,31 g / cm3, er dobbelt så tæt som zirconium
Lige ved smeltepunktet: 12 g / cm3
27,2 kJ / mol
648 kJ / mol
1.3 på Pauling-skalaen
Først: 658,5 kJ / mol (Hf+ gasformig)
Andet: 1440 kJ / mol (Hfto+ gasformig)
Tredje: 2250 kJ / mol (Hf3+ gasformig)
23,0 W / (mK)
331 nΩ m
5.5
Medmindre metallet er poleret og brænder og afgiver gnister ved en temperatur på 2000 ° C, har det ingen følsomhed over for rust eller korroderer, da et tyndt lag af dets oxid beskytter det. I denne forstand er det et af de mest stabile metaller. Faktisk kan hverken stærke syrer eller stærke baser opløse det; undtagen flussyre og halogener, der er i stand til at oxidere den.
Hafnium-atomet har følgende elektroniske konfiguration:
[Xe] 4f14 5 dto 6sto
Dette falder sammen med det faktum, at det tilhører gruppe 4 i det periodiske system sammen med titanium og zirconium, fordi det har fire valenselektroner i 5d og 6s orbitaler. Bemærk også, at hafnium ikke kunne være et lanthanoid, da det har sine 4f orbitaler fuldstændigt fyldt.
Den samme elektronkonfiguration afslører, hvor mange elektroner et hafniumatom teoretisk er i stand til at tabe som en del af en forbindelse. Forudsat at det mister sine fire valenselektroner, ville det være en tetravalent kation Hf4+ (i analogi med Ti4+ og Zr4+), og ville derfor have et oxidationsnummer på +4.
Dette er faktisk det mest stabile og almindelige af dets oxidationstal. Andre mindre relevante er: -2 (Hfto-), +1 (Hf+), +2 (Hfto+) og +3 (Hf3+).
Hafnium forekommer på Jorden som fem stabile isotoper og en radioaktiv med en meget lang levetid:
-174Hf (0,16% med en halveringstid på 2 10femten år, så det betragtes som praktisk stabilt)
-176Hf (5,26%)
-177Hf (18,60%)
-178Hf (27,28%)
-179Hf (13,62%)
-180Hf (35,08%)
Bemærk, at der som sådan ikke er nogen isotop, der skiller sig ud i overflod, og dette afspejles i den gennemsnitlige atommasse af hafnium, 178,49 amu.
Af alle radioaktive isotoper af hafnium, som sammen med de naturlige tilsammen udgør i alt 34, er 178m2Hf er den mest kontroversielle, fordi den i sin radioaktive henfald frigiver gammastråling, så disse atomer kunne bruges som et krigsvåben.
Hafnium er et metal, der er modstandsdygtigt over for fugtighed og høje temperaturer, samt er en fremragende neutronabsorberende. Af denne grund anvendes det i reaktorer med trykvand såvel som til fremstilling af kontrolstænger til atomreaktorer, hvis belægninger er lavet af ultrarent zirconium, da dette skal være i stand til at transmittere neutroner gennem det..
Hafniumatomer kan integrere andre metalliske krystaller for at give anledning til forskellige legeringer. Disse er kendetegnet ved at være hårde og termisk modstandsdygtige, hvorfor de er beregnet til pladsanvendelser, såsom i konstruktionen af motordyser til raketter..
På den anden side har nogle legeringer og faste hafniumforbindelser specielle egenskaber; såsom dets carbider og nitrider, henholdsvis HfC og HfN, som er stærkt ildfaste materialer. Tantalcarbid og hafnium, Ta4HfC5, Med et smeltepunkt på 4215 ° C er det et af de mest ildfaste materialer, der nogensinde er kendt..
Hafnium metallocener anvendes som organiske katalysatorer til syntese af polymerer, såsom polyethylen og polystyren.
Det er hidtil ukendt, hvilken indvirkning Hf-ioner kan have på vores krop4+. På den anden side menes det ikke, at de ændrer økosystemet ved at frigive deres salte i miljøet, fordi de findes i naturen i zirconiummineraler..
Det anbefales dog at håndtere hafniumforbindelser med forsigtighed, som om de var giftige, selv når der ikke er nogen medicinske undersøgelser, der viser, at de er sundhedsskadelige.
Den virkelige fare for hafnium ligger i de finmalte partikler af dets faste stof, som næsten ikke kan brænde, når de kommer i kontakt med ilt i luften..
Dette forklarer, at når det poleres, frigøres en handling, der skraber overfladen og frigiver partikler af rent metal, brændende gnister med en temperatur på 2000 ºC; hafnium har pyrophoricity, den eneste ejendom, der bærer brand eller alvorlige forbrændingsrisici.
Endnu ingen kommentarer