De hafnium det er et overgangsmetall hvis kjemiske symbol er Hf og har et atomnummer på 72. Det er det tredje elementet i gruppe 4 i det periodiske systemet, som er kongen av titan og zirkonium. Med sistnevnte deler den mange kjemiske egenskaper, og ligger sammen i mineraler i jordskorpen.
Å lete etter hafnium ser på hvor zirkonium er, da det er et biprodukt av ekstraksjonen. Navnet på dette metallet kommer fra det latinske ordet 'hafnia', hvis betydning kommer til å være navnet på København, en by der det ble oppdaget i zirkonmineraler og kontroversen om dets virkelige kjemiske natur avsluttet..
Hafnium er et metall som ikke blir lagt merke til i det generelle intellektet, faktisk har få mennesker engang hørt om det før. Selv blant noen kjemikalier er det et uvanlig element, delvis på grunn av de høye produksjonskostnadene, og det faktum at zirkonium i de fleste applikasjoner kan erstatte det uten problemer..
Dette metallet bærer skillet fra å være det siste av de mest stabile elementene oppdaget her på jorden; det vil si at de andre oppdagelsene har utgjort en serie ultratunge, radioaktive elementer og / eller kunstige isotoper.
Hafniumforbindelser er analoge med titan og zirkonium, med et oksidasjonsnummer på +4 dominerende i dem, slik som HfCl4, HfOto, HfI4 og HfBr4. Noen av dem topper listen over de mest ildfaste materialene som noensinne er opprettet, samt legeringer med høy termisk motstand og som også fungerer som utmerkede absorberere av nøytroner..
Av denne grunn deltar hafnium mye i kjernekjemi, spesielt med tanke på trykkvannsreaktorer..
Artikkelindeks
Oppdagelsen av hafnium var omgitt av kontrovers, til tross for at dets eksistens allerede var blitt spådd siden 1869 takket være Mendeleevs periodiske tabell..
Problemet var at det var plassert under zirkonium, men falt sammen i den samme perioden av de sjeldne jordartselementene: lanthanoidene. Kjemikere på den tiden visste ikke om det var et overgangsmetall eller et sjeldent jordartsmetall..
Den franske kjemikeren Georges Urbain, oppdageren av lutetium, et nabometall av hafnium, hevdet i 1911 å ha oppdaget element 72, som han kalte celtium og forkynte at det var et sjeldent jordartsmetall. Men tre år senere ble det konkludert med at resultatene hans var feil, og at han bare hadde isolert en blanding av lanthanoider.
Det var ikke før elementene ble ordnet etter atomnummer, takket være arbeidet til Henry Moseley i 1914, at nabolaget mellom lutetium og element 72 ble satt i bevis, og stemte overens med Mendeleevs spådommer da sistnevnte element var lokalisert i samme gruppe. som metallene titan og zirkonium.
I 1921, etter Niels Bohrs studier av atomstrukturen og hans spådom av røntgenutslippsspekteret for element 72, ble søket etter dette metallet i sjeldne jordartsmineraler stoppet; I stedet fokuserte han søket på zirkoniummineraler, siden begge elementene må ha flere kjemiske egenskaper..
Den danske kjemikeren Dirk Coster og den ungarske kjemikeren Georg von Hevesy i 1923 klarte endelig å gjenkjenne spekteret som Niels Bohr spådde i zirkonprøver fra Norge og Grønland. Etter å ha gjort oppdagelsen i København, kalte de element 72 med det latinske navnet på denne byen: hafnia, som det senere ble avledet 'hafnium' fra..
Det var imidlertid ikke en lett oppgave å skille hafniumatomer fra zirkoniums, siden størrelsene deres er like og de reagerer på samme måte. Selv om det i 1924 ble utviklet en fraksjonell omkrystallisasjonsmetode for å oppnå hafniumtetraklorid, HfCl24, det var de nederlandske kjemikerne Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer som reduserte det til metallisk hafnium.
For å gjøre dette, HfCl4 gjennomgikk reduksjon ved bruk av metallisk magnesium (Kroll-prosessen):
HfCl4 + 2 Mg (1100 ° C) → 2 MgClto + Hf
På den annen side, startende fra hafniumtetraiodid, HfI4, Dette ble fordampet for å gjennomgå termisk nedbrytning på en glødende wolframfilament, hvorpå metallisk hafnium ble avsatt for å produsere en polykrystallinsk utseende bar (krystallstangprosess eller Arkel-De Boer-prosess):
HfI4 (1700 ° C) → Hf + 2 Ito
Hafniumatomer, Hf, grupperes sammen ved omgivelsestrykk i en krystall med en kompakt sekskantet struktur, hcp, i likhet med metallene titan og zirkonium. Denne hcp hafniumkrystallet blir sin α-fase, som forblir konstant opp til en temperatur på 2030 K, når den gjennomgår en overgang til β-fasen, med en kubisk struktur sentrert i kroppen, bcc.
Dette forstås hvis det anses at varmen "slapper av" krystallen, og derfor søker Hf-atomene å posisjonere seg på en slik måte at de reduserer komprimeringen. Disse to fasene er nok til å vurdere hafnium polymorfisme.
På samme måte presenterer den en polymorfisme som er avhengig av høyt trykk. Α- og β-fasene eksisterer ved et trykk på 1 atm; mens ω-fasen, sekskantet, men enda mer komprimert enn vanlig hcp, vises når trykk overstiger 40 GPa. Interessant, når trykket fortsetter å øke, vises den mindre tette β-fasen igjen.
Sølvhvitt fast stoff, som viser mørke toner hvis det har et oksid- og nitridlag.
178,49 g / mol
2233 ºC
4603 ºC
Ved romtemperatur: 13,31 g / cm3, å være dobbelt så tett som zirkonium
Rett ved smeltepunktet: 12 g / cm3
27,2 kJ / mol
648 kJ / mol
1.3 på Pauling-skalaen
Først: 658,5 kJ / mol (Hf+ gassformig)
Andre: 1440 kJ / mol (Hfto+ gassformig)
Tredje: 2250 kJ / mol (Hf3+ gassformig)
23,0 W / (mK)
331 nΩ m
5.5
Med mindre metallet er polert og brenner, og avgir gnister ved en temperatur på 2000 ° C, har det ingen følsomhet for rust eller korroderer, da et tynt lag av oksidet beskytter det. I denne forstand er det et av de mest stabile metallene. Faktisk kan verken sterke syrer eller sterke baser oppløse det; bortsett fra flussyre og halogener som er i stand til å oksidere den.
Hafniumatomet har følgende elektroniske konfigurasjon:
[Xe] 4f14 5 dto 6sto
Dette sammenfaller med at det tilhører gruppe 4 i det periodiske systemet, sammen med titan og zirkonium, fordi det har fire valenselektroner i 5d og 6s orbitaler. Legg også merke til at hafnium ikke kan være en lanthanoid, siden den har sine 4f orbitaler fullstendig fylt.
Den samme elektronkonfigurasjonen avslører hvor mange elektroner et hafniumatom er teoretisk i stand til å miste som en del av en forbindelse. Forutsatt at den mister sine fire valenselektroner, vil det være en tetravalent kation Hf4+ (i analogi med Ti4+ og Zr4+), og vil derfor ha et oksidasjonsnummer på +4.
Dette er faktisk den mest stabile og vanlige av oksidasjonsnumrene. 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 veldig lang levetid:
-174Hf (0,16%, med en halveringstid på 2 10femten år, så det regnes som praktisk stabilt)
-176Hf (5,26%)
-177Hf (18,60%)
-178Hf (27,28%)
-179Hf (13,62%)
-180Hf (35,08%)
Merk at det ikke er noen isotop som skiller seg ut i overflod, og dette gjenspeiles i den gjennomsnittlige atommassen til hafnium, 178,49 amu.
Av alle radioaktive isotoper av hafnium, som sammen med de naturlige utgjør totalt 34, er 178m2Hf er den mest kontroversielle fordi den i sitt radioaktive forfall frigjør gammastråling, så disse atomene kan brukes som et krigsvåpen.
Hafnium er et metall som er motstandsdyktig mot fuktighet og høye temperaturer, i tillegg til å være en utmerket nøytronabsorber. Av denne grunn brukes den i trykkvannsreaktorer, så vel som ved fremstilling av kontrollstenger for kjernefysiske reaktorer, hvis belegg er laget av ultrarent zirkonium, siden dette må kunne overføre nøytroner gjennom det..
Hafniumatomer kan integrere andre metallkrystaller for å gi opphav til forskjellige legeringer. Disse kjennetegnes ved å være tøffe og termisk motstandsdyktige, og det er derfor de er ment for romapplikasjoner, for eksempel i konstruksjonen av motordyser for raketter..
På den annen side har noen legeringer og faste hafniumforbindelser spesielle egenskaper; slik som karbider og nitrider, henholdsvis HfC og HfN, som er svært ildfaste materialer. Tantal karbid og hafnium, Ta4HfC5, Med et smeltepunkt på 4215 ° C er det et av de mest ildfaste materialene som er kjent..
Hafnium metallocener brukes som organiske katalysatorer for syntese av polymerer som polyetylen og polystyren.
Det er hittil ukjent hvilken innvirkning Hf-ioner kan ha på kroppen vår4+. På den annen side, fordi de finnes i naturen i zirkoniummineraler, antas det ikke at de endrer økosystemet ved å frigjøre saltene i miljøet..
Det anbefales imidlertid å håndtere hafniumforbindelser med forsiktighet, som om de var giftige, selv når det ikke er noen medisinske studier som viser at de er helseskadelige..
Den virkelige faren for hafnium ligger i de finmalte partiklene til det faste stoffet, som knapt kan brenne når de kommer i kontakt med oksygen i luften..
Dette forklarer hvorfor når det er polert, frigjøres en handling som skraper overflaten og frigjør partikler av rent metall, gnister med en temperatur på 2000 ºC; det vil si at hafnium har pyrophoricity, den eneste egenskapen som bærer brann eller alvorlige brannskader.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.