Hafnium je lesklý, stříbřitě šedý přechodový kov. Objeven v roce 1923, byl to další až poslední prvek se stabilními jádry, který měl být přidán do periodické tabulky (poslední byl rhenium v roce 1925). Hafnium je pojmenováno podle latinského slova pro Kodaň: Hafnia. Prvek má některé velmi důležité komerční aplikace, včetně jeho použití v jaderné energetice, elektronických zařízeních, keramice, žárovkách a při výrobě super slitin.,
Hafnium se zřídka vyskytuje v přírodě a místo toho je přítomen ve většině minerálů zirkonia v koncentraci až 5 procent. Ve skutečnosti je hafnium tak chemicky podobné zirkonu, že oddělení obou prvků je velmi obtížné. Většina komerčních hafnia se vyrábí jako vedlejší produkt rafinace zirkonia.
Hafnia je 45 nejhojnější prvek na Zemi, zahrnující asi 3.3 částech na milion (ppm) v Zemské kůře podle hmotnosti, podle Chemicool. Hafnium je poměrně odolné vůči korozi kvůli tvorbě oxidového filmu na exponovaných površích., Ve skutečnosti není ovlivněna vodou, vzduchem a všemi zásadami a kyselinami s výjimkou fluorovodíku.
Hafnia karbidu (HfC) má nejvyšší bod tání ze všech známých dvou-prvek, sloučenina na téměř 7,034 stupňů Fahrenheita (3,890 stupňů Celsia), podle Jefferson Lab. Sloučenina hafnium nitrid (HfN) má také vysokou teplotu tání, kolem 5,981 stupňů F (3,305 stupňů C). Mezi sloučeniny se ze tří prvků, smíšené karbidu wolframu a hafnium má jeden nejvyšší bod tání ze všech známých sloučeniny v 7,457 stupňů F (4,125 stupňů C), podle Chemie Světě., Mezi další sloučeniny hafnia patří fluorid hafnium (HfF4) hafniumchlorid (HfCl4) a oxid hafnium (HfO2).
fakta
- Atomové číslo (počet protonů v jádře): 72
- Atomové symbol (na periodické tabulky prvků): Hf
- Atomové hmotnosti (průměrné hmotnosti atomu): 178.49
- Hustota: 13.,3 gramy na centimetr krychlový,
- Fáze při pokojové teplotě: Pevné
- bod Tání: 4,051 stupňů Fahrenheita (2,233 stupňů Celsia)
- bod Varu: 8,317 stupňů F (4,603 ° C)
- Počet izotopů (atomy téhož prvku s různým počtem neutronů): 32, jejichž poločasy jsou známé s hmotnostní čísla 154 185
- nejběžnější izotopy: Hf-174, Hf-176, Hf-177, Hf-178, Hf-179 a Hf-180.,
Objev
Hafnia je přítomnost čekalo desítky let před jeho objevem, podle Chemie Světě. Prvek se ukázal být docela nepolapitelný, protože bylo téměř nemožné ho chemicky odlišit od mnohem běžnějšího zirkonia.,
Hafnium bylo stále neznámé, když ruský chemik a vynálezce Dimitri Mendeleev vyvinul periodický zákon-předmoderní verzi periodické tabulky prvků-v roce 1869. Ve své práci však Mendeleev správně předpověděl, že bude existovat prvek, jehož vlastnosti byly podobné, ale těžší než zirkonium a Titan.
V roce 1911, francouzský chemik Georges Urbain, kteří již objevili vzácných zemin prvek lutecium, věřili, že se konečně objevil chybějící prvek 72 — který on pokračoval jméno celtium, podle Chemicool., Nicméně, o několik let později jeho objevu bylo prokázáno, že kombinace již objeveny lanthanoidy (15 kovové prvky s atomovými čísly 57 až 71 v periodické tabulce).
stále nebylo jasné, zda chybějící prvek 72 bude přechodným kovem nebo kovem vzácných zemin, protože spadl na hranici mezi těmito dvěma typy prvků v tabulce. Chemici, kteří věřili, že to bude prvek vzácných zemin, provedli podle Chemistry World mnoho neplodných vyhledávání mezi minerály obsahujícími vzácné zeminy.,
nové důkazy vyplývající z oblasti chemie i fyziky však podpořily myšlenku, že prvek 72 bude přechodovým prvkem. Například vědci věděli, že prvek 72 spadl pod Titan a zirkonium v periodické tabulce a oba tyto byly známé přechodové prvky. Dánský fyzik Niels Bohr, jeden ze zakladatelů kvantové teorie, navíc předpověděl, že element 72 bude přechodným kovem založeným na jeho elektronické konfiguraci prvku, podle Chemistry World.,
V roce 1921, Bohr doporučuje maďarský chemik Georg von Hevesy a holandský fyzik Dirk Costerto — dva mladí vědci v jeho institutu na čase — hledání prvku 72 v zirkonové rudy. Na jeho základě kvantové teorie atomové struktury, Bohrův věděl, že metal bude mít podobné chemické struktury zirkonu, takže tam byla silná šance, že dva prvky by být nalezeny ve stejné rudy, podle Chemicool.
Von Hevesy a Coster vzali Bohrovu radu a pokračovali ve studiu zirkoniové rudy pomocí rentgenové spektroskopie., Jsou použity bohrovy teorie o tom, jak elektrony vyplnit skořápek a slupek atomů v předpovědět rozdíly mezi dva prvky X-ray spektra, podle Chemical and Engineering News. Tato metoda nakonec vedla k objevu hafnia v roce 1923. Objev byl jedním z mála šesti pak zbývajících mezer v periodické tabulce. Nový prvek pojmenovali po Bohrově rodném městě Kodani (Hafniain Latin).,
Použití
Hafnia je mimořádně odolný proti korozi a vynikající absorbér neutronů, což umožňuje jeho použití v jaderné ponorky a jaderný reaktor regulační tyče, kritické technologie používá k udržení štěpné reakce. Ovládací tyče udržují štěpnou řetězovou reakci aktivní, ale také zabraňují jejímu zrychlení mimo kontrolu.
Hafnia se používá v elektronických zařízeních, jako jsou katody a kondenzátory, stejně jako v keramiky, fotografování flash žárovky a vlákna žárovky., Používá se ve vakuových trubkách jako getr, látka, která se kombinuje s a odstraňuje stopové plyny z trubek, podle Jefferson Lab. Hafnium se běžně leguje s jinými kovy, jako je titan, železo, niob a tantal. Například žáruvzdorné slitiny Hafnia-nobia se používají v leteckých aplikacích, jako jsou kosmické raketové motory.
sloučenina hafnium karbid má nejvyšší teplotu tání jakékoli sloučeniny sestávající pouze ze dvou prvků, což umožňuje jeho použití pro vedení vysokoteplotních pecí a pecí podle Chemicool.
kdo to věděl?,
- Hafnium je pyroforické (spontánně se vznítí) ve formě prášku.
- anglický chemik Henry Moseley byl vědec, který si uvědomil, že Georges Urbain je prvek „celtium“ není pravda prvek se nachází pod zirkonia. Bohužel první světová válka přerušila důležitý výzkum tohoto mladého vědce. Moseley poslušně narukoval do královských inženýrů britské armády a byl zabit sniperem v roce 1915. Jeho smrt vedla Anglii k vytvoření nové politiky zakazující prominentním vědcům zapojit se do boje.,
- v roce 1925 přišli nizozemští chemici Anton Eduard van Arkel a Jan Hendrik de Boer s metodou výroby hafnia s vysokou čistotou. K tomu, vědci se rozloží hafnia tetraiodide na horké wolframu drát, což v crystal bar čistého hafnia, podle Chemicool. Tato metoda se nazývá proces crystal bar.
- jaderný izomer hafnia byl dlouho diskutován jako potenciální zbraň. V kontroverzi Hafnia vědci diskutují o tom, zda je prvek schopen vyvolat rychlé uvolňování energie.,
- přestože je zirkonium chemicky velmi podobné hafniu, je na rozdíl od hafnia v tom, že je velmi špatné při absorpci neutronů. Proto se zirkonium používá ve vnější vrstvě palivových tyčí, kde je důležité, aby neutrony mohly snadno cestovat.
Seznamka Zemské vrstvy s hafnia
V nedávné studii mezinárodní tým vědců byl schopen potvrdit, že první Zemské kůry tvoří kolem 4,5 miliardy let, a to díky jejich chemické analýzy hafnia ve vzácném meteoritu., Vědci se domnívají, že meteorit pochází z asteroidu Vesta, po velkém nárazu, který poslal fragmenty hornin na zemi, podle tiskové zprávy studie v Science Daily. Podle vědců jsou meteority kusy původních materiálů, které tvořily všechny planety. Pro studii měřili poměr izotopů hafnia-176 a hafnia-177 v meteoritu. To jim dalo výchozí bod pro složení Země. Porovnali výsledky s nejstaršími horninami na Zemi, což v podstatě potvrdilo, že na povrchu země se již vytvořila kůra kolem 4.,Před 5 miliardami let. Jejich zjištění jsou publikována ve sborníku Národní akademie věd (PNAS).