Hafn jest błyszczącym, srebrzysto-szarym metalem przejściowym. Odkryty w 1923 roku, był ostatnim pierwiastkiem ze stabilnymi jądrami, który został dodany do układu okresowego (ostatnim był Ren w 1925 roku). Nazwa hafnu pochodzi od łacińskiego słowa oznaczającego Kopenhagę: Hafnia. Element ten ma kilka bardzo ważnych zastosowań komercyjnych, w tym jego zastosowanie w energetyce jądrowej, sprzęcie elektronicznym, ceramice, żarówkach i w produkcji superstopów.,
Hafn jest rzadko spotykany w przyrodzie, a zamiast tego jest obecny w większości minerałów cyrkonu w stężeniu do 5 procent. W rzeczywistości Hafn jest tak chemicznie podobny do cyrkonu, że oddzielenie dwóch pierwiastków jest niezwykle trudne. Większość komercyjnego hafnu jest wytwarzana jako produkt uboczny rafinacji cyrkonu.
Hafn jest 45. najliczniejszym pierwiastkiem na Ziemi, zawierającym około 3,3 części na milion (ppm) skorupy ziemskiej według Chemicool. Hafn jest dość odporny na korozję ze względu na tworzenie się warstwy tlenku na odsłoniętych powierzchniach., W rzeczywistości nie ma na nią wpływu woda, powietrze i wszystkie zasady i kwasy z wyjątkiem fluorowodoru.
węglik hafnu (HFC) ma najwyższą temperaturę topnienia spośród wszystkich znanych związków dwuelementowych w prawie 7034 stopni Fahrenheita( 3890 stopni Celsjusza), według Jefferson Lab. Związek azotek hafnu (HFN) ma również wysoką temperaturę topnienia, około 5,981 stopni F (3,305 stopni C). Wśród związków trzech pierwiastków, mieszany węglik wolframu i hafnu ma jedną najwyższą temperaturę topnienia jakiegokolwiek znanego związku w 7,457 stopni F (4,125 stopni C), zgodnie z Chemistry World., Niektóre inne związki hafnu obejmują fluorek hafnu (HfF4) chlorek hafnu (HfCl4) i tlenek hafnu (HfO2).
tylko fakty
- liczba atomowa (liczba protonów w jądrze): 72
- symbol atomowy (w układzie okresowym pierwiastków): Hf
- masa atomowa (średnia masa atomu): 178,49
- gęstość: 13.,3 gramów na centymetr sześcienny
- Faza w temperaturze pokojowej: Ciało Stałe
- temperatura topnienia: 4,051 stopni Fahrenheita (2,233 stopni Celsjusza)
- temperatura wrzenia: 8,317 stopni F (4,603 stopni C)
- liczba izotopów (atomów tego samego pierwiastka z inną liczbą neutronów): 32 których okres półtrwania jest znany z liczb masowych od 154 do 185
- najczęściej spotykane izotopy: HF-174, HF-176, HF-177, HF-178, HF-179 i HF-180.,
arincas )
odkrycie
obecność hafnu była przewidywana kilkadziesiąt lat przed jego odkryciem, według Chemistry World. Pierwiastek okazał się dość nieuchwytny, ponieważ prawie niemożliwe było odróżnienie go chemicznie od znacznie popularniejszego cyrkonu.,
Hafn był wciąż nieznany, kiedy rosyjski chemik i wynalazca Dimitri Mendelejew opracował prawo okresowości — przednowoczesną wersję układu okresowego pierwiastków-w 1869 roku. W swojej pracy Mendelejew prawidłowo przewidział jednak, że znajdzie się pierwiastek, którego właściwości są podobne, ale cięższe od cyrkonu i tytanu.
w 1911 roku francuski chemik Georges Urbain, który już odkrył pierwiastek ziem rzadkich lutetium, uważał, że w końcu odkrył brakujący pierwiastek 72 — który zaczął nazywać celtium, zgodnie z Chemicool., Jednak kilka lat później okazało się, że jego odkrycie jest kombinacją już odkrytych lantanidów (15 pierwiastków metalicznych o numerach atomowych od 57 do 71 w układzie okresowym).
nadal nie było jasne, czy brakujący element 72 będzie metalem przejściowym, czy metalem ziem rzadkich, ponieważ spadł na granicę między tymi dwoma typami elementów w tabeli. Chemicy, którzy wierzyli, że będzie to pierwiastek ziem rzadkich, przeprowadzili wiele bezowocnych poszukiwań Wśród minerałów zawierających ziemie rzadkie, według Chemistry World.,
jednak nowe dowody pochodzące zarówno z dziedziny chemii, jak i fizyki wspierały ideę, że element 72 będzie elementem przejściowym. Na przykład naukowcy wiedzieli, że pierwiastek 72 spadł poniżej tytanu i cyrkonu w układzie okresowym i oba te pierwiastki były znanymi pierwiastkami przejściowymi. Ponadto duński fizyk Niels Bohr, jeden z założycieli teorii kwantowej, przewidział, że pierwiastek 72 będzie metalem przejściowym w oparciu o jego konfigurację elektroniczną dla pierwiastka, według Chemistry World.,
w 1921 roku Bohr zachęcił węgierskiego chemika Georga von Hevesy i holenderskiego fizyka Dirka Costerto — dwóch młodych naukowców w swoim instytucie w tym czasie-do poszukiwania pierwiastka 72 w Rudzie cyrkonu. Opierając się na jego kwantowej teorii struktury atomowej, Bohr wiedział, że nowy metal będzie miał podobną strukturę chemiczną do cyrkonu, więc było duże prawdopodobieństwo, że dwa elementy znajdą się w tych samych rud, według Chemicool.
Von Hevesy i Coster skorzystał z Rady Bohra i przystąpił do badania rudy cyrkonu za pomocą spektroskopii rentgenowskiej., Wykorzystali teorię Bohra o tym, jak elektrony wypełniają powłoki i podpowierzchnie w atomach, aby przewidzieć różnice między widmami rentgenowskimi obu pierwiastków, zgodnie z wiadomościami chemicznymi i inżynierskimi. Metoda ta ostatecznie doprowadziła do odkrycia hafnu w 1923 roku. Odkrycie to było jedną z sześciu zachowanych wówczas luk w układzie okresowym. Nazwali nowy element po rodzinnym mieście Bohra Kopenhagi(łac. Hafniain).,
zastosowania
Hafn jest wyjątkowo odporny na korozję i doskonały pochłaniacz neutronów, umożliwiając jego zastosowanie w atomowych okrętach podwodnych i prętach kontrolnych reaktora jądrowego, krytycznej technologii stosowanej do utrzymania reakcji rozszczepienia. Pręty kontrolne utrzymują aktywną reakcję łańcuchową rozszczepienia, ale także zapobiegają jej przyspieszaniu poza kontrolą.
Hafn jest stosowany w sprzęcie elektronicznym, takim jak katody i kondensatory, a także w ceramice, żarówkach fotograficznych i żarówkach żarówek., Jest on stosowany w lampach próżniowych jako getter, substancja, która łączy się z i usuwa gazy śladowe z rur, zgodnie z Jefferson Lab. Hafn jest zwykle stopowany z innymi metalami, takimi jak Tytan, żelazo, niob i Tantal. Na przykład odporne na ciepło stopy hafnu-nobium są stosowane w zastosowaniach lotniczych,takich jak silniki rakietowe.
związek węglika hafnu ma najwyższą temperaturę topnienia spośród wszystkich związków składających się tylko z dwóch pierwiastków, dzięki czemu może być stosowany do linii pieców wysokotemperaturowych i pieców, zgodnie z Chemicool.
kto by pomyślał?,
- Hafn jest piroforyczny (zapala się spontanicznie) w postaci proszku.
- angielski chemik Henry Moseley był naukowcem, który zdał sobie sprawę, że element Georges Urbain „celtium” nie jest prawdziwym pierwiastkiem znajdującym się pod cyrkonem. Niestety, I wojna światowa przerwała ważne badania tego młodego naukowca. Moseley posłusznie zaciągnął się do Royal Engineers of the British Army i został zabity przez snajpera w 1915 roku. Jego śmierć skłoniła Anglię do ustanowienia nowej polityki zakazującej wybitnym naukowcom angażowania się w walkę.,
- w 1925 roku holenderscy chemicy Anton Eduard van Arkel i Jan Hendrik de Boer opracowali metodę wytwarzania hafnu o wysokiej czystości. Aby to zrobić, naukowcy rozkładali tetraiodek hafnu na gorącym drucie wolframowym, w wyniku czego powstał krystaliczny Pasek czystego hafnu, zgodnie z Chemicool. Metoda ta nazywa się procesem crystal bar.
- izomer jądrowy hafnu był od dawna dyskutowany jako potencjalna Broń. W kontrowersji hafnu naukowcy debatują, czy pierwiastek jest w stanie wywołać szybkie uwalnianie energii.,
- chociaż cyrkon jest chemicznie bardzo podobny do hafnu, w przeciwieństwie do hafnu jest bardzo słaby w absorbowaniu neutronów. Dlatego cyrkon jest stosowany w zewnętrznej warstwie prętów paliwowych, gdzie ważne jest, aby neutrony mogły łatwo podróżować.
Datowanie warstw ziemi za pomocą hafnu
w ostatnich badaniach międzynarodowy zespół naukowców był w stanie potwierdzić, że pierwsza skorupa ziemska uformowała się około 4,5 miliarda lat temu, dzięki ich analizie chemicznej hafnu w rzadkim meteorycie., Naukowcy uważają, że meteoryt pochodzi z asteroidy Westa, po dużym uderzeniu, które wysłało fragmenty skał na ziemię, zgodnie z komunikatem prasowym badania w Science Daily. Według badaczy meteoryty są kawałkami oryginalnych materiałów, które uformowały wszystkie planety. Do badań zmierzono stosunek izotopów hafnu – 176 i hafnu-177 w meteorycie. To dało im punkt wyjścia dla składu ziemi. Porównali wyniki z najstarszymi skałami na Ziemi, zasadniczo potwierdzając, że skorupa uformowała się już na powierzchni Ziemi około 4.,5 miliardów lat temu. Ich wyniki są publikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).