Hafnium er et skinnende, sølv-grå overgang metall. Oppdaget i 1923, det var den nest siste elementet med stabile kjerner for å bli lagt til den periodiske tabellen (det siste var rhenium i 1925). Hafnium er oppkalt etter det latinske ordet for København: Hafnia. Elementet har noen svært viktige kommersielle anvendelser, inkludert bruk i atomkraftverk industri, elektronisk utstyr, keramikk, lyspærer og i det å lage super-legeringer.,
Hafnium er sjelden finner gratis i naturen, og i stedet er til stede i de fleste zirkonium mineraler i en konsentrasjon på opp til 5 prosent. Faktisk, hafnium er så kjemisk lik zirkonium som skiller de to elementene er ekstremt vanskelig. De fleste kommersielle hafnium produseres som et biprodukt av zirkonium raffinering.
Hafnium er den 45. mest tallrike element på Jorden, som består av omtrent 3,3 deler per million (ppm) av jordskorpen etter vekt, i henhold til Chemicool. Hafnium er ganske motstandsdyktig mot korrosjon på grunn av dannelsen av en nox-film på synlige flater., Faktisk, det er upåvirket av vann, luft og alle alkalier og syrer, bortsett fra hydrogen fluor.
Hafnium carbide (HfC) har det høyeste smeltepunktet av alle kjente to-element sammensatt på nesten 7,034 grader Fahrenheit (3,890 grader Celsius), i henhold til Jefferson Lab. Det sammensatte hafnium nitride (HfN) har også et høyt smeltepunkt, rundt 5,981 grader F (3,305 grader C). Blant forbindelser av tre elementer, blandet av tungsten carbide og hafnium har enkelt høyeste smeltepunktet av alle kjente sammensatt på 7,457 grader F (4,125 grader C), i henhold til Kjemi Verden., Noen andre hafnium forbindelser inkluderer hafnium fluor (HfF4) hafnium klorid (HfCl4) og hafnium nitrogenoksid (HfO2).
Bare fakta
- atomnummer (antall protoner i kjernen): 72
- Atomic symbol (på den periodiske tabell over elementene): Hf
- atomvekt (gjennomsnitt massen av et atom): 178.49
- Tetthet: 13.,3 gram per kubikk centimeter
- Fase i romtemperatur: Solid
- Smeltepunkt: 4,051 grader Fahrenheit (2,233 grader Celsius)
- kokepunkt: 8,317 grader F (4,603 grader C)
- Antall isotoper (atomer av samme grunnstoff med et ulikt antall nøytroner): 32 hvis halve livet er kjent med masse tall 154 til 185
- vanligste isotoper: Hf-174, Hf-176, Hf-177, Hf-178, Hf-179 og Hf-180.,
Discovery
Hafnium nærvær hadde blitt spådd flere tiår før den ble oppdaget, i henhold til Kjemi Verden. Elementet viste seg å være ganske vanskelig, så det var nesten umulig å skille det kjemisk fra den mye mer vanlig zirkonium.,
Hafnium var fortsatt ukjent når russiske kjemikeren og oppfinneren Dimitri Mendeleev utviklet Periodisk Lov — en før-moderne versjon av den periodiske tabell over elementene i 1869. I hans arbeid, men Mendeleev riktig spådd at det ville være et element som har egenskaper var lik, men tyngre enn zirkonium og titan.
I 1911, fransk kjemiker Georges Urbain, som allerede hadde oppdaget den sjeldne jord element lutetium, trodde han endelig hadde oppdaget mangler element 72 — som han fortsatte å nevne celtium, i henhold til Chemicool., Men et par år senere hans oppdagelse ble vist å være en kombinasjon av allerede oppdaget lanthanides (15 metalliske elementer med atomic tall 57 gjennom 71 i den periodiske tabell).
Det var fortsatt uklart om manglende elementet 72 ville være en overgang metall eller rare earth metal siden det falt på grensen mellom disse to typer av elementer i tabellen. Kjemikere som trodde det ville være en sjelden jorden element gjennomført mange resultatløse søk blant mineraler som inneholder sjeldne jordarter, i henhold til Kjemi Verden.,
Imidlertid nye bevis fremkommer fra både innen kjemi og fysikk støttet ideen om at element 72 ville være en overgang element. For eksempel, forskere visste at element 72 falt under titan og zirkonium i den periodiske tabell, og begge disse var kjent med overgangen elementer. I tillegg, danske fysikeren Niels Bohr, en av grunnleggerne av kvante-teori, spådde at element 72 ville være en overgang metall basert på hans elektronisk konfigurasjon for elementet, i henhold til Kjemi Verden.,
I 1921, Bohr oppmuntret ungarske kjemiker Georg von Hevesy og nederlandsk fysiker Dirk Costerto — to unge forskere i sitt institutt på den tiden — for å søke etter element 72 i zirkonium malm. Basert på hans quantum theory of atom-strukturen, Bohr visste at den nye metal ville ha en lignende kjemisk struktur til zirkonium, så det var en sterk sjanse de to elementene ville bli funnet i den samme malm, i henhold til Chemicool.
Von Hevesy og Coster tok bohrs råd og fortsatte å studere zirkonium malm ved hjelp av X-ray-spektroskopi., De brukte bohrs teori om hvordan elektroner fylle skjell og subshells innen atomer til å forutsi forskjeller mellom de to elementene » X-ray spektra, i henhold til Kjemiske og tekniske Nyheter. Denne metoden, som til slutt førte til oppdagelsen av hafnium i 1923. Oppdagelsen var en av bare seks deretter resterende hull i den periodiske tabell. De kalte den nye element etter bohrs hjembyen København (Hafniain Latin).,
Bruker
Hafnium er meget korrosjonsbestandig og en utmerket absorbent av nøytroner, slik at bruken på atomubåter og kjernefysiske reaktoren kontrollstaver, en kritisk teknologi som brukes til å opprettholde fisjon reaksjoner. Kontrollstaver holde fisjon kjedereaksjon aktiv, men også hindre at den akselererende utenfor kontroll.
Hafnium er brukt i elektronisk utstyr som katoder og kondensatorer, samt i keramikk, foto-flash-pærer og lyspære filamenter., Det er brukt i vakuum rør som getter, et stoff som kombinerer med og fjerner spor gasser fra rørene, i henhold til Jefferson Lab. Hafnium er vanligvis legert med andre metaller som titan, jern, niob og tantal. For eksempel, varmebestandig hafnium-nobium legeringer brukes i romfart programmer, for eksempel raketten motorer.
Det sammensatte hafnium carbide har det høyeste smeltepunktet av alle stoff som består av bare to elementer, slik at den kan bli brukt til line høy temperatur ovner og kilns, i henhold til Chemicool.
Hvem visste?,
- Hafnium er pyrophoric (antenner spontant) i pulver form.
- engelsk kjemiker Henry Moseley var forskeren som innså at Georges Urbain er element «celtium» var ikke den virkelige element som ligger under zirkonium. Dessverre, Verdenskrig, avbrøt jeg denne unge forskeren er viktig forskning. Moseley pliktoppfyllende vervet i Royal Engineers av den Britiske Hæren og ble drept av en snikskytter i 1915. Hans død førte England for å etablere en ny policy forbyr fremtredende forskere fra å engasjere seg i kamp.,
- I 1925, nederlandsk kjemikere Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer kom opp med en metode for å produsere høy renhet hafnium. For å gjøre dette, forskere dekomponert hafnium tetraiodide på en varm tungsten wire noe som resulterer i en krystall bar ren hafnium, i henhold til Chemicool. Denne metoden er kalt crystal bar prosessen.
- Den kjernefysiske isomeren av hafnium har lenge vært diskutert som et mulig våpen. I Hafnium Kontrovers, forskere debatt om elementet er i stand til å utløse en rask frigjøring av energi.,
- Selv om zirkonium er kjemisk svært lik hafnium, det er i motsetning til hafnium i at det er veldig dårlig på å absorbere nøytroner. Derfor zirkonium er brukt i den ytre lag av drivstoff stenger der det er viktig at nøytroner kan reise lett.
Stevnemøter Jordens lag med hafnium
I en fersk studie, et internasjonalt team av forskere var i stand til å bekrefte at Jordens første skorpe dannes rundt 4,5 milliarder år siden, takket være deres kjemiske analyser av hafnium i en sjelden meteoritt., Forskerne tror meteoritt stammer fra asteroiden Vesta, etter en stor betydning som har sendt rock fragmenter til Jorden, ifølge studien pressemelding i Science Daily. Ifølge forskere, meteoritter er deler av det opprinnelige materialet som dannet alle planetene. For å studere, de måles forholdet mellom isotoper hafnium-176 og hafnium-177 i meteoritt. Dette ga dem et utgangspunkt for Jordens sammensetning. De sammenlignet resultatene med de eldste bergartene på Jorden, i hovedsak som bekrefter at en skorpe hadde allerede dannet på overflaten av Jorden rundt 4.,5 milliarder år siden. Deres funn er publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).