Hafnium

Metallisk Hafnio -prov. Källa: hi-res bilder av kemiska element [cc av (https: // creativecommons.Org/licenser/av/3.0)]

Vad är Hafnio?

han hafnium Det är en övergångsmetall vars kemikalie är HF och har ett atomantal på 72. Det är det tredje elementet i grupp 4 i det periodiska tabellen, som är congen i titan och omkrets. Med den senare delar den många kemiska egenskaper, som ligger tillsammans i mineraler av jordskorpan.

Letar efter Hafnio ser var zirkoniet, eftersom det är en biprodukt av dess extraktion. Namnet på denna metall kommer från det latinska ordet 'Hafnia', vars betydelse är namnet på Köpenhamn, en stad där den upptäcktes i zirkonmineraler och kontroversen slutade med avseende på dess verkliga kemiska natur.

Denna metall gör skillnaden att vara den sista av de mest stabila elementen som upptäckts här på jorden; Det vill säga de andra upptäckterna har utgjort en serie ultrapesados, radioaktiva och/eller konstgjorda isotoper.

Hafnio -föreningar är analoga med titan och cirkonium, främst +4 oxidationsnummer, såsom HFCL₄, Hfo₂, Hfi₄ och HFBR₄. Vissa av dem leder listan över de mest eldfasta materialen som någonsin skapats, liksom legeringar av stor termisk motstånd och fungerar också som utmärkta neutronabsorbenter.

Av denna anledning har Hafnio mycket deltagande i kärnkemi, särskilt till tryckvattenreaktorerna.

Upptäckt

Övergångsmetall eller sällsynta jordar

Upptäckten av Hafnio var omgiven av kontroverser, även om dess existens redan förutsågs sedan 1869 tack vare Mendeleev periodiska tabellen.

Problemet var att det var placerat under zirkoniet, men sammanföll i samma period av elementen på de sällsynta jordarna: Lantanoides. Kemister vid den tiden visste inte om det var en övergångsmetall eller en metall från sällsynta jordar.

99,9% Hafnium Bar. Källa-Alchemist-HP (www.Pse-mendelejew.av), CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons

Den franska kemisten Georges Urbain, upptäckaren av Luthacio, angränsande metall från Hafnio, sade 1911 att han hade upptäckt element 72, som Celtio kallade och utropade att det var en metall av de sällsynta jordarna. Men tre år senare drogs det slutsatsen att dess resultat var fel och att det bara hade isolerat en blandning av Lantanoides.

Det var inte förrän elementen beställdes av deras atomantal, tack vare Henry Moseley arbete 1914, som grannskapet mellan Luthate och Element 72 bevisade samma grupp som titan- och omkretsmetaller.

Kan tjäna dig: flockning: reaktion, typer, applikationer, exempel

Upptäckt i Köpenhamn

1921, efter studierna av atomstrukturen hos Niels Bohr och dess förutsägelse av X -Ray -emissionspektrumet för element 72, stoppades denna metall i mineralerna på de sällsynta jordarna; Och istället fokuserade hans sökning på cirkoniummineraler, eftersom båda elementen var tvungna att dela flera kemiska egenskaper.

Den danska kemisten Dirk Coster och den ungerska kemisten Georg von Hevesy 1923 erkände slutligen det förutsagda spektrumet av Niels Bohr i zirkonprover från Norge och Grönland. Efter att ha gjort upptäckten i Köpenhamn kallade de element 72 med det latinska namnet på denna stad: Hafnia, som senare härledde 'Hafnio'.

Isolering och produktion

Det var dock inte en lätt uppgift. Även om 1924 utformades en metod genom fraktionerad omkristallisation för att erhålla Hafnio Tetrachloride, HFCL₄, Det var de nederländska kemikalierna Anton Eduard Van Arkel och Jan Hendrik de Boer som reducerade honom till det metalliska Hafnium.

För att göra detta, HFCL₄ Det genomgick en reduktion med metallmagnesium (Kroll -process):

Hfcl₄ + 2 mg (1100 ° C) → 2 mgcl₂ + Hf

Å andra sidan, från Hafnio Tetrayoduro, HFI₄, Detta förångades för att drabbas av en termisk nedbrytning på ett glödande volframtråd, på vilket det metalliska Hafnium deponerades för att orsaka en polykristallint utseendestång (kristallin barprocess eller Arkel-gynprocessen):

Hfi₄ (1700 ° C) → HF + 2 i₂

Hafniostruktur

Hafnio -platsen i det periodiska tabellen. Fontän: !Original: Ahoteseiervector: Sushant Savla, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Hafnio, HF -atomer, grupperas i omgivningstryck på en kompakt hexagonal strukturkristall, HCP, precis som titan- och zirkoniummetaller gör. Denna Hafnio HCP -kristall blir dess a -fas, som förblir konstant upp till en temperatur på 2030 K, när den lider av en övergång till p -fasen, med en kubisk struktur centrerad i kroppen, BCC.

Detta förstås om värmen "slappnar" av glaset övervägs och därför försöker HF -atomer att positionera sig på ett sådant sätt att deras komprimering minskar. Dessa två faser räcker för att överväga polymorfismen i Hafnium.

Det presenterar också en polymorfism som beror på höga tryck. A- och p -faserna finns vid ett tryck av 1 atm; Medan ω, hexagonal men ännu mer komprimerad fas än den vanliga HCP, visas när trycket överstiger 40 GPA. Intressant nog, när trycket fortsätter att öka, dyker upp p -fasen, det minst täta.

Kan tjäna dig: seleenhydric acid (H2SE): Vad är, struktur, egenskaper, användningar

Hafnio -egenskaper

Fysiskt utseende

Silvervitt fast ämne, som visar mörka toner om det har ett skikt av oxid och nitrid.

Molmassa

178.49 g/mol

Smältpunkt

2233 ºC

Kokpunkt

4603 ºC

Densitet

Vid rumstemperatur: 13,31 g/cm³, Att vara två gånger tätare än omkretsen

Rätt vid smältpunkten: 12 g/cm³

Fusionsvärme

27,2 kJ/mol

Förångningsvärme

648 kJ/mol

Elektronnegativitet

1.3 På Pauling -skalan

Joniseringsenergier

Först: 658,5 kJ/mol (HF⁺ gasformig)

Andra: 1440 kJ/mol (HF²⁺ gasformig)

Tredje: 2250 kJ/mol (HF³⁺ gasformig)

Värmeledningsförmåga

23.0 W/(M · K)

Elektrisk resistans

331 nΩ · m

Mohs hårdhet

5.5

Reaktivitet

Såvida inte metallen är pula och brännskador, skjuter gnistor vid en temperatur av 2000 ºC, har den ingen mottaglighet att oxidera eller köra, eftersom ett tunt lager av dess oxid skyddar det. I detta avseende är det en av de mest stabila metallerna. I själva verket kan syror eller starka baser lösa upp det; Med undantag av fluorhorinsyra och halogener som kan oxidera den.

Elektronisk konfiguration

Hafnio elektronisk konfiguration

Hafnio's Atom har följande elektroniska konfiguration:

[Xe] 4f¹⁴ 5 D² 6s²

Detta sammanfaller med faktumet att tillhöra grupp 4 i det periodiska bordet, tillsammans med titan och cirkonium, eftersom det har fyra Valencia -elektroner i 5D- och 6S -orbitalerna. Observera att Hafnio inte kunde vara en Lantanoide, eftersom den har sina helt fulla 4F -orbitaler.

Oxidationsnummer

Samma elektroniska konfiguration avslöjar hur många elektroner som kan förlora en Hafnio -atom när du är en del av en förening. Antagande att han tappar sina fyra elektroner i Valencia, skulle han vara en tetravalent katjon HF⁴⁺ (I analogi till dig⁴⁺ och zr⁴⁺), Och skulle därför ha ett oxidationsnummer +4.

Detta är i själva verket det mest stabila och vanliga av dess oxidationsnummer. Andra mindre relevanta är: -2 (HF^2-), +1 (HF⁺), +2 (HF²⁺) och +3 (HF³⁺).

Isotoper

Hafnio presenteras på jorden som fem stabila isotoper och en radioaktiv med en mycket stor livstid:

-¹⁷⁴HF (0,16%, med ett halvt liv på 2 · 10^femton år, så det anses praktiskt stabilt)

-¹⁷⁶HF (5,26%)

-¹⁷⁷HF (18,60%)

Kan tjäna dig: svaga baser

-¹⁷⁸HF (27,28%)

-¹⁷⁹HF (13,62%)

-¹⁸⁰HF (35,08%)

Observera att det inte finns någon sådan isotop som sådan som sticker ut i överflöd, och detta återspeglas i den genomsnittliga atommassan hos Hafnio, 178.49 Uma.

Av alla radioaktiva isotoper från Hafnio, som tillsammans med de infödda totalt totalt 34, ^178m2HF är den mest kontroversiella eftersom i sin radioaktiva förfall släpper gammastrålning, så dessa atomer kan användas som en vapen av krig.

Användning/applikationer

Hafnio täckt med ett tunt skikt av oxid. Källa: Alchemist-HP (Talk) (www.Pse-mendelejew.De), Fal, via Wikimedia Commons

Kärnkraftsreaktioner

Hafnio är en fuktresistent metall och höga temperaturer, förutom att vara ett utmärkt neutronabsorbent. Av denna anledning används den i tryckvattenreaktorer, liksom i tillverkningen av kontrollstänger för kärnreaktorer, i vars beläggningar de är gjorda av ultrapuro cirku.

Legeringar

Hafnio -atomer kan integrera andra metallkristaller för att ge upphov till olika legeringar. Dessa kännetecknas av att vara ihärdiga och termiskt motståndskraftiga, så de är avsedda för rumsliga tillämpningar, som i konstruktionen av motoriska munstycken för raketer.

Å andra sidan har vissa legeringar och fasta föreningar av Hafnio speciella egenskaper; som deras karbider och nituro, HFC respektive HFN, som är mycket eldfasta material. Tantalo och Hafnio Carbide, TA₄Hfc₅, Med en fusionspunkt på 4215 ºC är det ett av de mest eldfasta materialen som någonsin har känt.

Katalys

Hafnios metallocener används som organiska katalysatorer för polymelensyntes såsom polyeten och polystyren.

Risker

Det är okänt hittills vilken inverkan HF -jonerna kan ha i vår kropp⁴⁺. Å andra sidan, eftersom de finns i naturen i zirkoniummineraler, tros det inte att de får förändra ekosystemet för att frigöra sina salter till miljön.

Nu rekommenderas det att manipulera Hafnio -föreningar noggrant, som om de var giftiga, även om det inte finns några medicinska studier som bevisar att de är skadliga för hälsan.

Den verkliga faran för Hafnio ligger i partiklarna i dess fint markfast, som kan brinna precis när de kommer i kontakt med syre i luften.

Detta förklarar varför när det är polerat, verkan som skrotar ytan och avger rena metallpartiklar, brinner gnistor med en temperatur av 2000 ºC; Det vill säga, Hafnio presenterar pyroporicitet, den enda egenskapen som innebär brand eller allvarliga brännskador.