Hafnium er et skinnende, sølvfarvet overgangsmetal. Opdaget i 1923 var det det næstsidste element med stabile kerner, der skulle føjes til det periodiske system (den sidste var rhenium i 1925). Hafnium er opkaldt efter det latinske ord for København: Hafnia. Elementet har nogle meget vigtige kommercielle anvendelser, herunder dets anvendelse i atomkraftindustrien, elektronisk udstyr, keramik, pærer og til fremstilling af superlegeringer.,
Hafnium findes sjældent fri i naturen og er i stedet til stede i de fleste mineralsirconiummineraler i en koncentration på op til 5 procent. Faktisk er hafnium så kemisk ligner .irconium at adskille de to elementer er yderst vanskeligt. De fleste kommercielle hafnium er produceret som et biprodukt af refiningirconium raffinering.
Hafnium er det 45.mest rigelige element på jorden, omfattende omkring 3,3 dele pr. million (ppm) af jordskorpen efter vægt, ifølge Chemicool. Hafnium er ret modstandsdygtig over for korrosion på grund af dannelsen af en O .idfilm på udsatte overflader., Faktisk er det upåvirket af vand, luft og alle alkalier og syrer undtagen hydrogenfluorid.
Hafnium hårdmetal (HfC) har det højeste smeltepunkt af alle kendte to-element sammensat på næsten 7,034 grader Fahrenheit (3,890 grader Celsius), ifølge Jefferson Lab. Forbindelsen hafnium nitrid (HfN) har også et højt smeltepunkt, omkring 5,981 grader F (3,305 grader c). Blandt forbindelser af tre elementer, den blandede hårdmetal af tunolfram og hafnium har enkelt højeste smeltepunkt af enhver kendt forbindelse ved 7,457 grader F (4,125 grader C), ifølge Kemi verden., Nogle andre hafniumforbindelser omfatter hafniumfluorid (HfF4) hafnium chlorid (HfCl4) og hafnium / zirconium oxide (HfO2).
Lidt fakta
- Atomnummer (antallet af protoner i kernen): 72
- Atomic symbol (på den periodiske tabel af elementer): Hf
- atomvægt (gennemsnitlige masse af atom): 178.49
- Massefylde: 13.,3 gram per kubikcentimeter
- Fase ved stuetemperatur: Solid
- Smeltepunkt: 4,051 grader Fahrenheit (2,233 grader Celsius)
- Kogepunkt: 8,317 grader F (4,603 grader C)
- Antallet af isotoper (atomer af samme grundstof med et forskelligt antal neutroner): 32 hvis halve liv, er kendt med masse tal 154 185
- Mest almindelige isotoper: Hf-174, Hf-176, Hf-177, Hf-178, Hf-179 og Hf-180.,
Discovery
Hafnium ‘ s tilstedeværelse var blevet forudsagt årtier før sin opdagelse, i henhold til Kemi Verden. Elementet viste sig at være ganske undvigende, da det næsten var umuligt at skelne det kemisk fra det meget mere almindelige .irconium.,
Hafnium var stadig ukendt, da den russiske kemiker og opfinder Dimitri Mendeleev udviklede den periodiske lov — en præ-moderne version af det periodiske elementbord — i 1869. I sit arbejde, men Mendeleev korrekt forudsagt, at der ville være et element, hvis egenskaber var magen til, men tungere end .irconium og titanium.
i 1911 troede den franske kemiker Georges Urbain, der allerede havde opdaget det sjældne jordelement lutetium, at han endelig havde opdaget manglende element 72 — som han fortsatte med at navngive celtium, ifølge Chemicool., Et par år senere viste hans opdagelse sig imidlertid at være en kombination af allerede opdagede lanthanider (de 15 metalliske elementer med atomnummer 57 Til 71 i det periodiske bord).
det var stadig uklart, om manglende element 72 ville være et overgangsmetal eller et sjældent jordmetal, da det faldt ved grænsen mellem disse to typer elementer i tabellen. Kemikerne, der troede, at det ville være et sjældent jordelement, udførte mange frugtløse søgninger blandt mineraler, der indeholder sjældne jordarter, ifølge Chemistry Worldorld.,
nye beviser, der stammer fra både Kemi-og fysikområdet, understøttede imidlertid ideen om, at element 72 ville være et overgangselement. For eksempel vidste forskere, at element 72 faldt under titan og .irconium i det periodiske bord, og begge disse var kendte overgangselementer. Derudover forudsagde den danske fysiker Niels Bohr, en af grundlæggerne af quantumuantum theory, at element 72 ville være et overgangsmetal baseret på hans elektroniske konfiguration for elementet, ifølge Chemistry Worldorld.,
I 1921, Bohr opfordrede ungarske kemiker Georg von Hevesy og hollandske fysiker Dirk Costerto — to unge forskere i hans institut på det tidspunkt — for at søge efter element 72 i zirkonium malm. Baseret på hans kvanteteorien for atomare struktur, Bohr vidste, at det nye metal ville have en lignende kemisk struktur og zirconium, så der var en stor chance for de to elementer, ville blive fundet i den samme malm, i henhold til Chemicool.Von Hevesy og Coster tog Bohrs råd og fortsatte med at studere .irconiummalm ved hjælp af Røntgenspektroskopi., De brugte Bohrs teori om, hvordan elektroner fylder skaller og subshells inden for atomer for at forudsige forskellene mellem de to elementers Røntgenspektre, ifølge Chemical and Engineering ne .s. Denne metode førte i sidste ende til opdagelsen af hafnium i 1923. Opdagelsen var en af de kun seks derefter resterende huller i det periodiske system. De navngav det nye element efter Bohrs hjemby København (Hafniain Latin).,
bruger
Hafnium er bemærkelsesværdigt korrosionsbestandig og en fremragende absorber af neutroner, hvilket tillader dets anvendelse i atomubåde og atomreaktorstyrestænger, en kritisk teknologi, der bruges til at opretholde fissionsreaktioner. Kontrolstænger holder fissionskædereaktionen aktiv, men forhindrer den også i at accelerere uden kontrol.
Hafnium anvendes i elektronisk udstyr såsom katoder og kondensatorer, samt i keramik, fotografering flash pærer og pære filamenter., Det bruges i vakuumrør som en getter, et stof, der kombinerer med og fjerner sporgasser fra rørene, ifølge Jefferson Lab. Hafnium er almindeligt legeret med andre metaller såsom titan, jern, niobium og tantal. For eksempel anvendes varmebestandige hafnium-nobiumlegeringer i rumfartsapplikationer, såsom rumraketmotorer.
forbindelsen hafniumcarbid har det højeste smeltepunkt for enhver forbindelse, der består af kun to elementer, hvilket gør det muligt at anvende det til linje højtemperaturovne og ovne ifølge Chemicool.
Hvem vidste det?,
- Hafnium er pyroforisk (antændes spontant) i pulverform.
- engelsk kemiker Henry Moseley var den videnskabsmand, der indså, at Georges Urbains element “celtium” ikke var det sande element placeret under .irconium. Desværre afbrød Første Verdenskrig denne unge forskers vigtige forskning. Moseley tiltrådte pligtskyldigt i den britiske hærs Kongelige ingeniører og blev dræbt af en snigskytte i 1915. Hans død førte England til at etablere en ny politik, der forbyder fremtrædende forskere at engagere sig i kamp.,
- i 1925 kom hollandske kemikere Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer med en metode til fremstilling af hafnium med høj renhed. For at gøre dette nedbrydes forskerne hafnium tetraiodid på en varm tunolframtråd, hvilket resulterer i en krystalstang af rent hafnium, ifølge Chemicool. Denne metode kaldes krystalstangprocessen.
- den nukleare isomer af hafnium er længe blevet drøftet som et potentielt våben. I hafnium-kontroversen diskuterer forskere, om elementet er i stand til at udløse en hurtig frigivelse af energi.,
- selvom chemicallyirconium kemisk ligner hafnium, er det i modsætning til hafnium, idet det er meget dårligt til at absorbere neutroner. Derfor brugesircirconium i det ydre lag af brændstofstænger, hvor det er vigtigt, at neutroner let kan rejse.
Dating Jordens lag med hafnium
I en nylig undersøgelse, har et internationalt hold af forskere, der var i stand til at bekræfte, at Jordens første skorpe dannes omkring 4,5 milliarder år siden, takket være deres kemiske analyse af hafnium i en sjælden meteorit., Forskerne mener, at meteoritten stammer fra asteroiden Vesta efter en stor påvirkning, der sendte stenfragmenter til Jorden, ifølge undersøgelsens pressemeddelelse i Science Daily. Ifølge forskerne er meteoritter stykker af de originale materialer, der dannede alle planeter. Til undersøgelsen målte de forholdet mellem isotoperne hafnium-176 og hafnium-177 i meteoritten. Dette gav dem et udgangspunkt for jordens sammensætning. De sammenlignede resultaterne med de ældste klipper på jorden, hvilket i det væsentlige bekræfter, at der allerede var dannet en skorpe på jordens overflade omkring 4.,5 milliarder år siden. Deres resultater offentliggøres i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).