Hafnium är en glänsande, silvergrå övergångsmetall. Upptäckt 1923 var det nästa till sista elementet med stabila kärnor som skulle läggas till det periodiska bordet (den sista var rhenium 1925). Hafnium är uppkallat efter det latinska ordet för Köpenhamn: Hafnia. Elementet har några mycket viktiga kommersiella tillämpningar, inklusive dess användning inom kärnkraftsindustrin, elektronisk utrustning, keramik, glödlampor och vid tillverkning av superlegeringar.,
Hafnium finns sällan fritt i naturen, och finns istället i de flesta zirkoniummineraler i en koncentration på upp till 5 procent. Faktum är att hafnium är så kemiskt lik zirkonium att separera de två elementen är extremt svårt. De flesta kommersiella hafnium produceras som en biprodukt av zirkoniumraffinering.
Hafnium är det 45: e mest rikliga elementet på jorden, bestående av cirka 3,3 delar per miljon (ppm) av jordskorpan i vikt, enligt Chemicool. Hafnium är ganska resistent mot korrosion på grund av bildandet av en oxidfilm på exponerade ytor., Faktum är att det inte påverkas av vatten, luft och alla alkalier och syror förutom vätefluorid.
hafnium carbide (HfC) har den högsta smältpunkten för någon känd tvåelementförening vid nästan 7,034 grader Fahrenheit (3,890 grader Celsius), enligt Jefferson Lab. Föreningen hafnium nitrid (HfN) har också en hög smältpunkt, runt 5,981 grader F (3,305 grader C). Bland föreningar av tre element har den blandade karbiden av volfram och hafnium den enda högsta smältpunkten för någon känd förening vid 7,457 grader F (4,125 grader C), enligt Kemivärlden., Några andra hafniumföreningar inkluderar hafniumfluorid (HfF4) hafniumklorid (HfCl4) och hafniumoxid (HfO2).
bara fakta
- atomnummer (antal protoner i kärnan): 72
- Atomsymbol (på elementets periodiska tabell): Hf
- atomvikt (atomens genomsnittliga massa): 178.49
- densitet: 13.,3 gram per kubikcentimeter
- fas vid rumstemperatur: fast
- Smältpunkt: 4,051 grader Fahrenheit (2,233 grader Celsius)
- kokpunkt: 8,317 grader F (4,603 grader c)
- antal isotoper (atomer av samma element med ett annat antal neutroner): 32 vars halveringstider är kända med massnummer 154 till 185
- vanligaste isotoper: Hf-174, Hf-176, Hf-176,-177, HF-178, HF-179 och Hf-180.,
upptäckt
hafniums närvaro hade förutspått årtionden före upptäckten, enligt kemivärlden. Elementet visade sig vara ganska svårfångat, eftersom det var nästan omöjligt att skilja det kemiskt från det mycket vanligare zirkonium.,
Hafnium var fortfarande okänt när rysk kemist och uppfinnare Dimitri Mendeleev utvecklade den periodiska lagen-en förmodern version av det periodiska systemet av element — 1869. I sitt arbete förutspådde Mendeleev korrekt att det skulle finnas ett element vars egenskaper liknade men tyngre än zirkonium och Titan.
1911 trodde fransk kemist Georges Urbain, som redan hade upptäckt det sällsynta jordelementet lutetium, att han äntligen hade upptäckt saknat element 72 — som han fortsatte att namnge celtium, enligt Chemicool., Men några år senare visade sig hans upptäckt vara en kombination av redan upptäckta lanthanider (de 15 metalliska elementen med atomnummer 57 till 71 i periodiska systemet).
det var fortfarande oklart om saknad element 72 skulle vara en övergångsmetall eller en sällsynt jordmetall eftersom den föll vid gränsen mellan dessa två typer av element i tabellen. Kemisterna som trodde att det skulle vara ett sällsynt jordelement genomförde många fruktlösa sökningar bland mineraler som innehåller sällsynta jordartsmetaller, enligt Kemivärlden.,
nya bevis som härrör från både kemi-och fysikområdet stödde dock tanken att element 72 skulle vara ett övergångselement. Till exempel visste forskare att element 72 föll under titan och zirkonium i det periodiska bordet och båda dessa var kända övergångselement. Dessutom förutspådde den danska fysikern Niels Bohr, en av grundarna till kvantteori, att element 72 skulle vara en övergångsmetall baserad på hans elektroniska konfiguration för elementet, enligt Kemivärlden.,
1921 uppmuntrade Bohr Ungersk kemist Georg von Hevesy och nederländsk fysiker Dirk Costerto — två unga forskare i hans institut vid den tiden — att söka efter element 72 i zirkoniummalm. Baserat på hans kvantteori om atomstruktur visste Bohr att den nya metallen skulle ha en liknande kemisk struktur som zirkonium, så det fanns en stark chans att de två elementen skulle hittas i samma malm, enligt Chemicool.
Von Hevesy och Coster tog Bohrs råd och fortsatte att studera zirkoniummalm med röntgenspektroskopi., De använde Bohrs teori om hur elektroner fyller skal och subshells inom atomer för att förutsäga skillnaderna mellan de två elementens röntgenspektra, enligt kemiska och tekniska nyheter. Denna metod ledde slutligen till upptäckten av hafnium 1923. Upptäckten var en av de enda sex återstående luckorna i periodiska systemet. De namngav det nya elementet efter Bohrs hemstad Köpenhamn (hafniain Latin).,
använder
Hafnium är anmärkningsvärt korrosionsbeständig och en utmärkt absorber av neutroner, vilket gör att dess användning i atomubåtar och kärnreaktor styrstavar, en kritisk teknik som används för att upprätthålla fission reaktioner. Styrstavar håller fissionskedjereaktionen aktiv men förhindrar också att den accelererar bortom kontroll.
Hafnium används i elektronisk utrustning såsom katoder och kondensatorer, samt i keramik, fotografi blixtlampor och glödlampor glödlampor., Den används i vakuumrör som getter, ett ämne som kombinerar med och tar bort spårgaser från rören, enligt Jefferson Lab. Hafnium är vanligen legerat med andra metaller som titan, järn, niob och tantal. Till exempel används värmebeständiga hafnium-nobiumlegeringar i flyg-och rymdraketmotorer, såsom rymdraketmotorer.
föreningen hafniumkarbid har den högsta smältpunkten för någon förening som består av bara två element, så att den kan användas för att linja högtemperaturugnar och ugnar, enligt Chemicool.
Vem visste?,
- Hafnium är pyrofor (antänds spontant) i pulverform.
- engelsk kemist Henry Moseley var vetenskapsmannen som insåg att Georges Urbains element ”celtium” inte var det sanna elementet som ligger under zirkonium. Tyvärr avbröt jag Den här unga forskarens viktiga forskning. Moseley tog plikttroget värvning i den brittiska arméns Kungliga ingenjörer och dödades av en prickskytt 1915. Hans död ledde England att upprätta en ny politik som förbjuder framstående forskare att delta i strid.,
- 1925, holländska kemister Anton Eduard van Arkel och Jan Hendrik de Boer kom upp med en metod för att producera hög renhet hafnium. För att göra detta sönderdelades forskarna hafnium tetrajodid på en varm volframtråd som resulterar i en kristallstång av rent hafnium, enligt Chemicool. Denna metod kallas crystal bar process.
- hafniums nukleära isomer har länge debatterats som ett potentiellt vapen. I hafnium-kontroversen diskuterar forskare om elementet kan utlösa en snabb frisättning av energi.,
- även om zirkonium är kemiskt mycket lik hafnium, är det till skillnad från hafnium eftersom det är mycket dåligt att absorbera neutroner. Därför används zirkonium i det yttre lagret av bränslestavar där det är viktigt att neutroner kan resa lätt.
Dating jordens lager med hafnium
i en nyligen genomförd studie, ett internationellt team av forskare kunde bekräfta att jordens första skorpa bildas runt 4,5 miljarder år sedan, tack vare deras kemiska analys av hafnium i en sällsynt meteorit., Forskarna tror att meteoriten härstammar från asteroiden Vesta, efter en stor inverkan som skickade stenfragment till Jorden, enligt studiens pressmeddelande i Science Daily. Enligt forskarna är meteoriter bitar av de ursprungliga materialen som bildade alla planeter. För studien mätte de förhållandet mellan isotoperna hafnium-176 och hafnium-177 i meteoriten. Detta gav dem en utgångspunkt för jordens sammansättning. De jämförde resultaten med de äldsta stenarna på jorden, vilket i huvudsak bekräftade att en skorpa redan hade bildats på jordens yta runt 4.,5 miljarder år sedan. Deras resultat publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).