Hafnium

Metallic Hafnio Probe. Quelle: Hi-Res-Bilder von chemischen Elementen [CC by (https: // creativeCommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

Was ist Hafnio??

Er Hafnium Es ist ein Übergangsmetall, dessen Chemikalie HF ist und eine Atomzahl von 72 hat. Es ist das dritte Element der Gruppe 4 der Periodenverkehrstabelle, das Congene im Titan und im Umfang ist. Mit letzterem teilt es viele chemische Eigenschaften, die sich zusammen in Mineralien der Erdkruste befinden.

Auf der Suche nach dem Hafnio schaut, wo das Zirkonium, weil es ein Nebenprodukt seiner Extraktion ist. Der Name dieses Metalls stammt aus dem lateinischen Wort "Hafnia", dessen Bedeutung der Name von Kopenhagen ist, einer Stadt, in der es in Zirkonmineralien entdeckt wurde und die Kontroverse in Bezug auf seine wahre chemische Natur endete.

Dieses Metall nimmt die Unterscheidung, die letzte der stabilsten Elemente zu sein, die hier auf der Erde entdeckt wurden. Das heißt, die anderen Entdeckungen haben eine Reihe von ultrapesados, radioaktiven und/oder künstlichen Isotopen dargestellt.

Hafnio -Verbindungen sind analog zu Titan und Zirkonium, vorwiegend +4 Oxidationszahl wie HFCL₄, Hfo₂, Hfi₄ und Hfbr₄. Einige von ihnen führen die Liste der aktuellsten Materialien, die jemals erstellt wurden, sowie Legierungen von großem thermischem Widerstand und wirkt auch als hervorragende Neutronenabsorbierungen.

Aus diesem Grund hat das Hafnio eine große Teilnahme an der Kernchemie, insbesondere an den Druckwasserreaktoren.

Entdeckung

Übergangsmetall oder Seltene Erden

Die Entdeckung des Hafnio war von Kontroversen umgeben, obwohl seine Existenz bereits seit 1869 vorhergesagt wurde.

Das Problem war, dass es unter dem Zirkonium positioniert war, aber in der gleichen Zeit der Elemente der Seltenen Erden zusammenfiel: Lantanoides. Zu dieser Zeit wusste Chemiker nicht, ob es sich um ein Übergangsmetall oder ein Metall von Seltenen erden handelte.

99,9% Hafnium Bar. Quellalchemist-HP (www.Pse-Mendelejew.von), CC BY-SA 2.0, über Wikimedia Commons

Der französische Chemiker Georges Urbain, Entdecker von Luthacio, benachbart. Aber drei Jahre später wurde der Schluss gezogen, dass seine Ergebnisse falsch waren und dass es nur eine Mischung aus Lantanoides isoliert hatte.

Erst als die Elemente durch ihre Atomzahlen angeordnet wurden, dank der Arbeit von Henry Moseley im Jahr 1914, die die Nachbarschaft zwischen Luthat und Element 72 war.

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Erkennung in Kopenhagen

Nach den Untersuchungen der Atomstruktur von Niels Bohr und seiner Vorhersage des X -Strahlemissionsspektrums für Element 72 wurde dieses Metall 1921 in den Mineralien der seltenen Erden gestoppt; Und stattdessen konzentrierte sich seine Suche nach Circonium -Mineralien, da beide Elemente mehrere chemische Eigenschaften teilen mussten.

Der dänische Chemiker Dirk Coster und der ungarische Chemiker Georg von Hevesy im Jahr 1923 erkannten schließlich das vorhergesagte Spektrum von Niels Bohr in Zirkonproben aus Norwegen und Grönland. Nachdem sie die Entdeckung in Kopenhagen gemacht hatten, nannten sie Element 72 durch den lateinischen Namen dieser Stadt: Hafnia, die später 'Hafnio' abgeleitete.

Isolation und Produktion

Es war jedoch keine leichte Aufgabe. Obwohl 1924 eine Methode durch fraktionierte Rekristallisation entwickelt wurde, um Hafnio Tetrachlorid, HFCL, zu erhalten₄, Es waren die niederländischen Chemikalien Anton Eduard Van Arkel und Jan Hendrik de Boer, die ihn zum metallischen Hafnium reduzierten.

Dazu die HFCL₄ Es wurde unter Verwendung von metallischem Magnesium (Krollprozess) einer Reduzierung unterzogen:

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

Andererseits beginnend von Hafnio Tetrayoduro, HFI₄, Dies wurde verdampft, um eine thermische Zersetzung auf einem Glühlunfall-Wolframfilament zu erleiden, auf dem das metallische Hafnium abgelagert wurde, um einen polykristallinen Aussehensbalken (kristalliner Stangenprozess oder Arkel-Boer-Prozess) zu verursachen:

Hfi₄ (1700 ° C) → HF + 2 i₂

Hafnio -Struktur

Hafnio -Standort in der Periodenzüchtertabelle. Brunnen: !Original: ahoteSeierVector: Sushant Savla, CC BY-SA 3.0, über Wikimedia Commons

Hafnio, HF -Atome, werden in einem kompakten hexagonalen Strukturkristall, HCP, in Umgebungsdruck unterteilt, genau wie Titan- und Zirkoniummetalle. Dieser Hafnio -HCP -Kristall wird zu seiner α -Phase, die bis zu einer Temperatur von 2030 K konstant bleibt.

Dies wird verstanden, wenn die Hitze das Glas berücksichtigt wird, und daher versuchen HF -Atome, sich so zu positionieren, dass ihre Verdichtung abnimmt. Diese beiden Phasen reichen aus, um den Polymorphismus des Hafniums zu berücksichtigen.

Es präsentiert auch einen Polymorphismus, der vom hohen Druck abhängt. Die α- und β -Phasen existieren bei einem Druck von 1 atm; Während das ω, hexagonaler, aber noch kompaktiverer Phase als der gewöhnliche HCP erscheint, erscheint der Druck von 40 GPa. Interessanterweise erscheint die β -Phase, wenn der Druck weiter zunimmt, die am wenigsten dichte.

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Hafnio -Eigenschaften

Aussehen

Silberweißfest, der dunkle Töne zeigt, wenn es eine Schicht Oxid und Nitrid hat.

Molmasse

178,49 g/mol

Schmelzpunkt

2233 ºC

Siedepunkt

4603 ºC

Dichte

Bei Raumtemperatur: 13,31 g/cm³, zweimal dichter sein als der Umfang

Direkt am Schmelzpunkt: 12 g/cm³

Fusionshitze

27.2 kJ/mol

Verdampfungswärme

648 kJ/mol

Elektronegativität

1.3 auf der Paulingskala

Ionisationsenergien

Erstens: 658,5 kJ/mol (HF⁺ gasförmig)

Zweitens: 1440 kJ/mol (HF²⁺ gasförmig)

Dritter: 2250 kJ/mol (HF³⁺ gasförmig)

Wärmeleitfähigkeit

23.0 w/(m · k)

Elektrischer widerstand

331 nω · m

Mohs Härte

5.5

Reaktivität

Es sei denn, das Metall ist Pula und Verbrennungen, Feuerfunken bei einer Temperatur von 2000 ° C, ist es nicht zu oxidieren oder zu laufen, da eine dünne Schicht seines Oxids es schützt. In diesem Sinne ist es eines der stabilsten Metalle. Tatsächlich können Säuren oder starke Basen sie auflösen; Mit Ausnahme von Fluorhorsäure und Halogenen, die sie oxidieren können.

Elektronische Konfiguration

Hafnio Electronic Configuration

Das Atom von Hafnio hat die folgende elektronische Konfiguration:

[Xe] 4f¹⁴ 5 d² 6s²

Dies stimmt mit der Tatsache zusammen, dass sie zusammen mit dem Titan und dem Zirkonium zu Gruppe 4 des Periodensystems gehört, da es vier Valencia -Elektronen in den 5D- und 6S -Orbitalen hat. Beachten Sie, dass das Hafnio kein Lantanoid sein könnte, da es ihre vollständigen 4F -Orbitale hat.

Oxidationszahlen

Die gleiche elektronische Konfiguration zeigt, wie viele Elektronen ein Hafnio -Atom verlieren können, wenn sie Teil einer Verbindung sind. Angenommen, er verliert seine vier Elektronen von Valencia, wäre er ein tetravalentes Kation HF⁴⁺ (In Analogie zu Ihnen⁴⁺ und zr⁴⁺) Und hätte daher eine Oxidationszahl von +4.

Dies ist in der Tat die stabilste und häufigste der Oxidationszahlen. Andere weniger relevante sind: -2 (HF^2-), +1 (HF⁺), +2 (HF²⁺) und +3 (HF³⁺).

Isotope

Hafnio wird auf der Erde als fünf stabile Isotope und als radioaktives mit einer sehr großen Lebenszeit präsentiert:

-¹⁷⁴HF (0,16%, mit einem halben Leben von 2 · 10^fünfzehn Jahre, es wird also als praktisch stabil angesehen)

-¹⁷⁶HF (5,26%)

-¹⁷⁷HF (18,60%)

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-¹⁷⁸HF (27,28%)

-¹⁷⁹HF (13,62%)

-¹⁸⁰HF (35,08%)

Es ist zu beachten.49 Uma.

Von allen radioaktiven Isotopen des Hafnio, die zusammen mit den Eingeborenen insgesamt 34, die ^178m2HF ist die umstrittenste, da in seinem radioaktiven Zerfall die Gammastrahlung veröffentlicht wird, sodass diese Atome als Kriegswaffe verwendet werden können.

Verwendet/Anwendungen

Hafnio mit einer dünnen Oxidschicht bedeckt. Quelle: Alchemist-HP (Talk) (www.Pse-Mendelejew.De), Fal, über Wikimedia Commons

Kernreaktionen

Hafnio ist ein feuchtigkeitsresistentes Metall und hohe Temperaturen sowie ein ausgezeichneter Neutronenabsorption. Aus diesem Grund wird es in Druckwasserreaktoren sowie bei der Herstellung von Stangen für Kernreaktoren verwendet.

Legierungen

Hafnio -Atome können andere Metallkristalle integrieren, um verschiedene Legierungen hervorzurufen. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie hartnäckig und thermisch resistent sind, sodass sie für räumliche Anwendungen bestimmt sind, wie bei der Konstruktion von Motordüsen für Raketen.

Andererseits haben einige Legierungen und feste Verbindungen von Hafnio besondere Eigenschaften; wie ihre Carbide und Nituros, HFC bzw. HFN, die sehr feuerfest sind. Tantalo und Hafnio Carbide, TA₄HFC₅, Mit einem Fusionspunkt von 4215 ° C ist es eines der feuerfesten Materialien, die jemals bekannt sind.

Katalyse

Hafnios Metalozene werden als organische Katalysatoren für die Polymelensynthese wie Polyethylen und Polystyrol verwendet.

Risiken

Es ist nicht bekannt, dass sich die HF -Ionen in unserem Körper auswirken könnten⁴⁺. Auf der anderen Seite wird nicht angenommen, dass sie das Ökosystem der Freigabe ihrer Salze in die Umwelt ändern können.

Nun wird empfohlen, Hafnio -Verbindungen sorgfältig zu manipulieren, als ob sie giftig wären, auch wenn es keine medizinischen Studien gibt, die beweisen, dass sie gesundheitsschädlich sind.

Die wirkliche Gefahr des Hafnio liegt in den Partikeln seines fein gemahlenen Feststoffs, das nur dann verbrennen kann, wenn sie mit dem Sauerstoff der Luft in Kontakt kommen.

Dies erklärt, warum im polierten Polieren eine Wirkung, die seine Oberfläche kratzt und reine Metallpartikel ausgibt, brennende Funken mit einer Temperatur von 2000 ° C freigesetzt werden. Das heißt, das Hafnio präsentiert Pyroporität, das einzige Eigentum, das Brand oder schwerwiegende Verbrennungsrisiken beinhaltet.