hafnium egy fényes, ezüstös-szürke átmeneti fém. Az 1923-ban felfedezett, az utolsó előtti elem stabil magokkal, amelyeket hozzá kell adni a periódusos rendszerhez (a végső 1925-ben rénium volt). A hafnium a Koppenhágai Latin szó után kapta a nevét: Hafnia. Az elemnek néhány nagyon fontos kereskedelmi alkalmazása van, beleértve az atomenergia-iparban, az elektronikus berendezésekben, a kerámiákban, az izzókban és a szuperötvözetek gyártásában való felhasználását.,
a hafnium ritkán található szabadon a természetben, ehelyett a legtöbb cirkónium ásványi anyagban legfeljebb 5 százalékos koncentrációban van jelen. Valójában a hafnium olyan kémiailag hasonló a cirkóniumhoz, hogy a két elem elválasztása rendkívül nehéz. A legtöbb kereskedelmi hafniumot cirkónium-finomítás melléktermékeként állítják elő.
a Hafnium a Föld 45. leggazdagabb eleme, amely a Chemicool szerint a földkéreg körülbelül 3, 3 részéből (ppm) áll. A hafnium meglehetősen ellenáll a korróziónak, mivel oxidfilm képződik a kitett felületeken., Valójában ez nem befolyásolja a víz, a levegő és az összes lúgok és savak, kivéve a hidrogén-fluorid.
a hafnium-karbid (HfC) bármely ismert kételemes vegyület legmagasabb olvadáspontja közel 7,034 Fahrenheit (3,890 Celsius fok), a Jefferson Lab szerint. A hafnium-nitrid (HfN) vegyület szintén magas olvadásponttal rendelkezik, körülbelül 5,981 F fok (3,305 C fok). A három elemből álló vegyületek közül a volfrám és a hafnium kevert karbidja az ismert vegyület egyetlen legmagasabb olvadáspontja 7,457 F (4,125 C fok) hőmérsékleten, a Chemistry World szerint., Más hafniumvegyületek közé tartozik a hafnium-fluorid (HfF4) hafnium-klorid (HfCl4) és a hafnium-oxid (HfO2).
csak a tények
- atomszám (protonok száma a magban): 72
- Atomjel (az elemek periódusos tábláján): Hf
- Atomsúly (az atom átlagos tömege): 178,49
- sűrűség: 13.,3 g / köbcentiméter
- Fázis szobahőmérsékleten: Szilárd
- Olvadáspont: 4,051 fok (2,233 Celsius fok)
- Forráspont: 8,317 ° F (4,603 ° C),
- Száma izotópok (atomok ugyanazon elem különböző számú neutront): 32, amelynek felezési ismert, a tömeg számok 154 185
- a leggyakoribb izotópok: Hf-174, Hf-176, Hf-177, Hf-178, Hf-179 valamint a Hf-180.,
discovery
hafnium jelenlétét évtizedekkel a felfedezés előtt jósolták meg, a kémiai világ szerint. Az elem meglehetősen megfoghatatlannak bizonyult, mivel szinte lehetetlen volt kémiailag megkülönböztetni a sokkal gyakoribb cirkóniumtól.,
hafnium még ismeretlen volt, amikor Dimitri Mendelejev orosz kémikus és feltaláló kifejlesztette az időszakos törvényt — az elemek periódusos rendszerének modern változatát-1869 — ben. Munkájában azonban Mendelejev helyesen megjósolta, hogy lesz olyan elem, amelynek tulajdonságai hasonlóak, de nehezebbek, mint a cirkónium és a titán.
1911 — ben Georges Urbain francia kémikus, aki már felfedezte a ritkaföldfém lutécium elemet, azt hitte, hogy végül felfedezte a 72 hiányzó elemet-amelyet a Chemicool szerint celtiumnak nevezett., Néhány évvel később azonban felfedezését kimutatták, hogy a már felfedezett lantanidok kombinációja (a periódusos táblázatban az 57-71 atomszámú 15 fém elem).
még mindig nem volt világos, hogy a hiányzó 72 elem átmeneti fém vagy ritkaföldfém lesz-e, mivel a táblázat e két elemének határán esett. A vegyészek, akik úgy gondolták, hogy ez egy ritkaföldfém elem, sok eredménytelen keresést végeztek a ritka földeket tartalmazó ásványi anyagok között, a kémiai világ szerint.,
azonban mind a kémia, mind a fizika területéből származó új bizonyítékok alátámasztották azt az elképzelést, hogy a 72 elem átmeneti elem lenne. A tudósok például tudták, hogy a 72-es elem a periódusos rendszerben a titán és a cirkónium alá esett, és mindkettő ismert átmeneti elem volt. Ezenkívül Niels Bohr dán fizikus, a kvantumelmélet egyik alapítója azt jósolta, hogy a 72-es elem egy átmeneti fém lesz, amely az elem elektronikus konfigurációján alapul, a kémiai világ szerint.,
1921 — ben Bohr Georg von Hevesy Magyar kémikust és Dirk Costerto Holland fizikust — az akkori intézet két fiatal kutatóját-bíztatta a 72-es elem cirkónium-ércben való keresésére. Az atomszerkezet kvantumelmélete alapján Bohr tudta, hogy az új fémnek hasonló kémiai szerkezete lesz a cirkóniumhoz, így nagy esély volt arra, hogy a két elem ugyanabban az ércben található, a Chemicool szerint.
Von Hevesy és Coster megfogadták Bohr tanácsát,és röntgen-spektroszkópiával cirkónium-ércet vizsgáltak., Bohr elméletét használták arra, hogy az elektronok hogyan töltik meg az atomokon belül a kagylókat és az alhéjakat, hogy megjósolják a két elem röntgensugaras spektruma közötti különbségeket a kémiai és mérnöki hírek szerint. Ez a módszer végül a hafnium felfedezéséhez vezetett 1923-ban. A felfedezés egyike volt az egyetlen hat, majd megmaradt hiányosságoknak a periódusos rendszerben. Az új elemet Bohr szülővárosa, Koppenhága (hafniain Latin) után nevezték el.,
Uses
hafnium rendkívül korrózióálló és kiváló abszorber neutronok, amely lehetővé teszi annak használatát a nukleáris tengeralattjárók és atomreaktor vezérlő rudak, kritikus technológia fenntartásához használt hasadási reakciók. A vezérlőrudak a hasadási láncreakciót aktív állapotban tartják, de megakadályozzák, hogy az ellenőrzés nélkül felgyorsuljon.
a hafniumot elektronikus berendezésekben, például katódokban és kondenzátorokban, valamint kerámiában, fényképészeti villanólámpákban és izzószálakban használják., A Jefferson Lab szerint vákuumcsövekben használják getterként, olyan anyagként,amely ötvözi a nyomgázokat a csövekből. A hafniumot általában ötvözik más fémekkel, mint például titán, vas, nióbium és tantál. Például hőálló hafnium-nobium ötvözeteket használnak az űrkutatási alkalmazásokban, például űrrakéta-motorokban.
a hafnium-karbid vegyület a legmagasabb olvadáspontja minden olyan vegyületnek, amely csak két elemből áll, lehetővé téve a magas hőmérsékletű kemencék és kemencék vonalzását a Chemicool szerint.
ki tudta?,
- a hafnium por alakban piroforos (spontán meggyullad).
- Henry Moseley angol kémikus volt a tudós, aki rájött, hogy Georges Urbain “celtium” eleme nem a cirkónium alatt található valódi elem. Sajnos az első világháború megszakította a fiatal tudós fontos kutatását. Moseley kötelességtudóan bevonult a brit hadsereg királyi Mérnökeibe, 1915-ben egy mesterlövész ölte meg. Halála arra késztette Angliát, hogy hozzon létre egy új politikát, amely megtiltja a kiemelkedő tudósoknak a harcban való részvételt.,
- 1925-ben Anton Eduard van Arkel és Jan Hendrik de Boer Holland kémikusok kidolgoztak egy módszert a nagy tisztaságú hafnium előállítására. Ehhez a tudósok a hafnium tetraiodidot forró volfrámhuzalra bontották, ami a chemicool szerint tiszta hafnium kristályrudat eredményezett. Ezt a módszert crystal bar folyamatnak nevezik.
- a hafnium nukleáris izomerjét régóta potenciális fegyverként vitatják. A hafnium-vita során a tudósok vitatják, hogy az elem képes-e az energia gyors felszabadulását kiváltani.,
- bár a cirkónium kémiailag nagyon hasonlít a hafniumhoz, ellentétben a hafniummal, mivel nagyon gyenge a neutronok elnyelésében. Ezért cirkóniumot használnak az üzemanyagrudak külső rétegében, ahol fontos, hogy a neutronok könnyen utazhassanak.
Ismerkedés a Föld rétegeivel hafniummal
egy nemrégiben készült tanulmányban egy nemzetközi kutatócsoport meg tudta erősíteni, hogy a Föld első héja körülbelül 4, 5 milliárd évvel ezelőtt alakult ki, köszönhetően a hafnium kémiai elemzésének egy ritka meteoritban., A kutatók úgy vélik, hogy a meteorit a Vesta aszteroidából származik, miután nagy hatással volt a Kőzetdarabokra a földre, a Science Daily tanulmány sajtóközleménye szerint. A kutatók szerint a meteoritok az eredeti anyagok darabjai, amelyek minden bolygót képeztek. A vizsgálat során a hafnium-176 és a hafnium-177 izotópok arányát mérték a meteoritban. Ez kiindulási pontot adott nekik a Föld összetételéhez. Összehasonlították az eredményeket a Föld legrégebbi szikláival, lényegében megerősítve, hogy a Föld felszínén már kialakult egy kéreg 4 körül.,5 milliárd évvel ezelőtt. Megállapításaikat a Nemzeti Tudományos Akadémia (PNAS) folyóiratában teszik közzé.