Hafnium is een glanzend, zilvergrijs overgangsmetaal. Het werd ontdekt in 1923 en was het op één na laatste element met stabiele kernen dat aan het periodiek systeem werd toegevoegd (het laatste element was rhenium in 1925). Hafnium is vernoemd naar het Latijnse woord voor Kopenhagen: Hafnia. Het element heeft een aantal zeer belangrijke commerciële toepassingen, waaronder het gebruik in de nucleaire industrie, elektronische apparatuur, Keramiek, gloeilampen en bij het maken van superlegeringen.,
Hafnium wordt zelden vrij gevonden in de natuur, en is in plaats daarvan aanwezig in de meeste zirkoniummineralen met een concentratie van maximaal 5%. In feite, hafnium is zo chemisch vergelijkbaar met zirkonium dat het scheiden van de twee elementen is uiterst moeilijk. De meeste commerciële hafnium wordt geproduceerd als een bijproduct van zirkonium raffinage.
Hafnium is het 45e element dat het meest voorkomt op aarde en bestaat volgens Chemicool uit ongeveer 3,3 delen per miljoen (ppm) van de aardkorst in gewicht. Hafnium is vrij bestand tegen corrosie door de vorming van een oxidefilm op blootgestelde oppervlakken., In feite wordt het niet beïnvloed door water, lucht en alle alkaliën en zuren behalve waterstoffluoride.
Hafniumcarbide (HfC) heeft het hoogste smeltpunt van alle bekende twee-elementen verbinding bij bijna 7.034 graden Fahrenheit (3.890 graden Celsius), volgens Jefferson Lab. De verbinding hafniumnitride (HfN) heeft ook een hoog smeltpunt, rond 5.981 graden F (3.305 graden C). Onder Verbindingen van drie elementen, de gemengde carbide van wolfraam en hafnium heeft het hoogste smeltpunt van een bekende verbinding bij 7,457 graden F (4,125 graden C), volgens Chemie wereld., Enkele andere hafniumverbindingen zijn hafniumfluoride (HfF4) hafniumchloride (HfCl4) en hafniumoxide (HfO2).
alleen de feiten
- atoomnummer (aantal protonen in de kern): 72
- Atoomsymbool (op het periodiek systeem van de elementen): Hf
- atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 178,49
- dichtheid: 13.,3 gram per kubieke centimeter
- Fase bij kamertemperatuur: Massief
- Smeltpunt: 4,051 graden Fahrenheit (2,233 graden Celsius)
- Kookpunt: 8,317 graden F (4,603 graden C)
- Aantal isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 32 waarvan de helft-leven bekend zijn met de massa nummers 154 185
- de Meest voorkomende isotopen: Hf-174, Hf-176, Hf-177, Hf-178, Hf-179 en Hf-180.,
discovery
hafnium ‘ s aanwezigheid was voorspeld decennia voor de ontdekking, volgens Chemistry World. Het element bleek vrij ongrijpbaar, omdat het bijna onmogelijk was om het chemisch te onderscheiden van het veel meer voorkomende zirkonium., Hafnium was nog onbekend toen de Russische scheikundige en uitvinder Dimitri Mendelejev de periodieke wet — een premoderne versie van het periodiek systeem der elementen-in 1869 ontwikkelde. In zijn werk voorspelde Mendelejev echter terecht dat er een element zou zijn waarvan de eigenschappen vergelijkbaar waren met maar zwaarder dan zirkonium en titanium.in 1911 geloofde de Franse chemicus Georges Urbain, die het zeldzame aardelement lutetium al had ontdekt, dat hij uiteindelijk het ontbrekende element 72 had ontdekt – dat hij volgens Chemicool celtium noemde., Een paar jaar later bleek zijn ontdekking echter een combinatie te zijn van reeds ontdekte lanthaniden (de 15 metalen elementen met atoomnummers 57 tot en met 71 in het periodiek systeem).
Het was nog onduidelijk of het ontbrekende element 72 een overgangsmetaal of een zeldzaam aardmetaal zou zijn, omdat het op de grens tussen deze twee soorten elementen in de tabel viel. De chemici die geloofden dat het een zeldzaam element van de aarde zou zijn, voerden vele vruchteloze zoekopdrachten uit tussen mineralen die zeldzame aarden bevatten, volgens Chemistry World.,
echter, nieuw bewijs dat zowel op het gebied van de chemie als op het gebied van de fysica voortkwam, ondersteunde het idee dat element 72 een overgangselement zou zijn. Wetenschappers wisten bijvoorbeeld dat element 72 onder titanium en zirkonium in het periodiek systeem viel en beide waren bekende overgangselementen. Daarnaast voorspelde de Deense natuurkundige Niels Bohr, een van de grondleggers van de kwantumtheorie, dat element 72 een transitiemetaal zou zijn gebaseerd op zijn elektronische configuratie voor het element, volgens Chemistry World.,in 1921 moedigde Bohr de Hongaarse chemicus Georg von Hevesy en de Nederlandse natuurkundige Dirk Costerto — twee jonge onderzoekers in zijn instituut op dat moment — aan om element 72 in zirkoniumerts te zoeken. Op basis van zijn kwantumtheorie van atomaire structuur wist Bohr dat het nieuwe metaal een soortgelijke chemische structuur zou hebben als zirkonium, dus er was een grote kans dat de twee elementen in dezelfde ertsen zouden worden gevonden, volgens Chemicool.Von Hevesy en Coster namen Bohr ‘ s advies aan en gingen zirkoniumerts bestuderen met behulp van Röntgenspectroscopie., Ze gebruikten Bohr ’s theorie over hoe elektronen schelpen en subschillen vullen binnen atomen om de verschillen tussen de twee elementen’ X-ray spectra voorspellen, volgens Chemical and Engineering News. Deze methode leidde uiteindelijk tot de ontdekking van hafnium in 1923. De ontdekking was een van de slechts zes resterende gaten in het periodiek systeem. Ze noemden het nieuwe element naar Bohr ‘ s geboortestad Kopenhagen (hafniain Latijn).,
gebruik
Hafnium is opmerkelijk corrosiebestendig en een uitstekende absorber van neutronen, waardoor het kan worden gebruikt in kernonderzeeërs en regelstaven voor kernreactoren, een kritische technologie die wordt gebruikt om splijtingsreacties te handhaven. Controlestaven houden de kernsplijting kettingreactie actief, maar ook voorkomen dat het versnellen buiten controle.
Hafnium wordt gebruikt in elektronische apparatuur zoals kathoden en condensatoren, maar ook in keramiek, flitslampen voor fotografie en gloeilampen., Het wordt gebruikt in vacuümbuizen als een getter, een stof die combineert met en spoorgassen uit de buizen verwijdert, volgens Jefferson Lab. Hafnium is vaak gelegeerd met andere metalen zoals titanium, ijzer, niobium en tantaal. Bijvoorbeeld, hittebestendige hafnium-nobium legeringen worden gebruikt in lucht-en ruimtevaarttoepassingen, zoals ruimteraketmotoren.
de verbinding hafniumcarbide heeft het hoogste smeltpunt van een verbinding die bestaat uit slechts twee elementen, waardoor het kan worden gebruikt voor de leiding van hogetemperatuurovens en ovens, volgens Chemicool.
wie wist?,
- Hafnium is pyrofoor (ontbrandt spontaan) in poedervorm.de Engelse chemicus Henry Moseley was de wetenschapper die besefte dat Georges Urbain ‘ s element “celtium” niet het ware element was dat zich onder zirkonium bevond. Helaas onderbrak de Eerste Wereldoorlog het belangrijke onderzoek van deze jonge wetenschapper. Moseley sloot zich plichtsgetrouw aan bij de Royal Engineers van het Britse leger en werd in 1915 door een sluipschutter gedood. Zijn dood leidde Engeland tot een nieuw beleid dat prominente wetenschappers verbood deel te nemen aan de strijd.,in 1925 kwamen de Nederlandse chemici Anton Eduard van Arkel en Jan Hendrik de Boer met een methode om hafnium met hoge zuiverheid te produceren. Om dit te doen, de wetenschappers ontbonden hafnium tetraiodide op een hete wolfraamdraad resulterend in een kristal bar van pure hafnium, volgens Chemicool. Deze methode wordt het proces van de kristalbalk genoemd.de kernisomeer van hafnium is al lang besproken als een potentieel wapen. In de Hafnium controverse, wetenschappers debatteren of het element in staat is om het activeren van een snelle afgifte van energie.,hoewel zirkonium chemisch sterk lijkt op hafnium, is het in tegenstelling tot hafnium omdat het zeer slecht neutronen absorbeert. Daarom wordt zirkonium gebruikt in de buitenste laag van splijtstofstaven waar het belangrijk is dat neutronen gemakkelijk kunnen reizen.in een recente studie kon een internationaal team van onderzoekers bevestigen dat de eerste aardkorst zo ‘ n 4,5 miljard jaar geleden gevormd werd, dankzij hun chemische analyse van hafnium in een zeldzame meteoriet., De onderzoekers geloven dat de meteoriet afkomstig is van de asteroïde Vesta, na een grote impact die rotsfragmenten naar de aarde stuurde, volgens het persbericht van de studie in Science Daily. Volgens de onderzoekers zijn meteorieten stukken van de originele materialen die alle planeten vormden. Voor de studie werd de verhouding van de isotopen hafnium-176 en hafnium-177 in de meteoriet gemeten. Dit gaf hen een startpunt voor de samenstelling van de aarde. Ze vergeleken de resultaten met de oudste stenen op aarde, wat in wezen bevestigt dat er al een korst was gevormd op het aardoppervlak rond 4 uur.,Vijf miljard jaar geleden. Hun bevindingen worden gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).