Hafnium | ||||
---|---|---|---|---|
← Lutécium | Tantál → | ||||
| ||||
Egy egyszerű anyag megjelenése | ||||
hafnium minták | ||||
Az atom tulajdonságai | ||||
Név, szimbólum, szám | Hafnium / Hafnium (Hf), 72 | |||
Csoport , időszak , blokk |
4 (elavult 4), 6, d-elem |
|||
Atomtömeg ( moláris tömeg ) |
178.49. (2) [1] a. e.m. ( g / mol ) | |||
Elektronikus konfiguráció | [Xe] 6s 2 4f 14 5d 2 | |||
Atom sugara | 167 óra | |||
Kémiai tulajdonságok | ||||
kovalens sugár | 144 óra | |||
Ion sugara | (+4e) 78 óra | |||
Elektronegativitás | 1.3 (Pauling skála) | |||
Elektróda potenciál | 0 | |||
Oxidációs állapotok | 0, +2, +3, +4 | |||
Ionizációs energia (első elektron) |
575,2 (5,96) kJ / mol ( eV ) | |||
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai | ||||
Sűrűség ( n.a. ) | 13,31 [2] g/cm³ | |||
Olvadási hőmérséklet | 2506 K ( 2233 °C) [2] | |||
Forráshőmérséklet | 4876 K (4603 °C) [2] | |||
Oud. fúzió hője | 25,1 kJ/mol | |||
Oud. párolgási hő | 575 kJ/mol | |||
Moláris hőkapacitás | 25,7 [3] J/(K mol) | |||
Moláris térfogat | 13,6 cm³ / mol | |||
Egy egyszerű anyag kristályrácsa | ||||
Rácsszerkezet | Hatszögletű | |||
Rács paraméterei | a = 3,196 nm; c = 5,051 nm [4] | |||
c / arány _ | 1,580 | |||
Egyéb jellemzők | ||||
Hővezető | (300 K) 23,0 W/(m K) | |||
CAS szám | 7440-58-6 |
72 | Hafnium |
HF178,49 | |
4f 14 5d 2 6s 2 |
Hafnium ( vegyjele - Hf , lat. Hafnium ) - a 4. csoport kémiai eleme (az elavult besorolás szerint - a negyedik csoport, IVB oldalsó alcsoportja) a D. I. kémiai elemeinek periodikus rendszerének hatodik periódusában . Mengyelejev , 72-es rendszámmal . A cirkóniumhoz való kémiai hasonlósága miatt ez lett az utolsó felfedezett nem radioaktív elem (vagyis stabil izotópjai vannak), csak 1923-ban fedezték fel.
Az egyszerű anyag , a hafnium nehéz, tűzálló , ezüst -fehér átmenetifém .
Az elemet 1923 -ban fedezték fel .
A hafniumot a ritkaföldfémek között keresték , mivel a D. I. Mengyelejev -rendszer 6. periódusának felépítése nem volt tisztázva . 1911-ben a francia kémikus , Georges Urbain bejelentette egy új elem felfedezését, amelyet Celtiumnak nevezett el. Valójában itterbiumból , lutéciumból és kis mennyiségű hafniumból álló keveréket kapott. És csak miután Niels Bohr kvantummechanikai számítások alapján kimutatta, hogy az utolsó ritkaföldfém elem a 71-es számú elem, világossá vált, hogy a hafnium a cirkónium analógja .
A tulajdonságait és vegyértékét megjósló Bohr megállapításai alapján 1923 - ban Dirk Coster és de Hevesy György szisztematikusan elemezték a norvég és grönlandi cirkonokat röntgenspektroszkópiával . A cirkon forrásban lévő savoldatokkal történő kilúgozása utáni maradványok röntgenvonalainak egybeesése a Moseley-törvény szerint a 72. elemre kiszámított vonalakkal lehetővé tette a kutatók számára, hogy bejelenthessék az elem felfedezését, amelyet hafniumnak neveztek el a város, ahol a felfedezés történt ( lat. Hafnia Koppenhága latin neve ). A J. Urbain, N. Coster és D. Hevesy között ezután kezdődött vita az elsőbbségről hosszú ideig folytatódott. 1949- ben a "hafnium" elem nevét a Nemzetközi Bizottság jóváhagyta és mindenhol elfogadta.
A 99%-os hafnium ára 2007-ben átlagosan 780 USD /kg volt (az infogeo.ru alapján ).
A világ hafniumkészlete hafnium - dioxid tekintetében valamivel meghaladja az 1 millió tonnát . Ezeknek az erőforrásoknak az elosztási szerkezete körülbelül a következő:
A hafnium nyersanyagbázisának túlnyomó többsége külföldön található[ hol? ] part menti tengeri helytartókból származó cirkon képviseli.
Hafnium tartalékok Oroszországban és a FÁK -ban független szakértők szerint[ mi? ] , nagyon nagyok[ Mennyit? ] és e tekintetben a hafniumipar fejlődésével Oroszország vitathatatlanul vezető szerepet tölthet be a világ hafniumpiacán. Ezzel kapcsolatban érdemes megemlíteni az ukrajnai igen jelentős hafniumforrásokat is . A fő hafniumtartalmú ásványok Oroszországban és a FÁK-ban a loparit , a cirkon , a baddeleit és a ritkafém alkálikus gránitok .
A hafnium atom teljes elektronikus konfigurációja: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 2 .
A hafnium egy fényes, ezüstös fehér fém, kemény és tűzálló. Finoman eloszlatott állapotban sötétszürke, majdnem fekete színű; matt [3] . Sűrűség normál körülmények között - 13,31 g / cm 3 [2] . Olvadáspontja 2506 K (2233 °C), forráspontja 4876 K (4603 °C) [2] .
A Hafniumnak két változata van. Szobahőmérsékleten a hafniumnak hatszögletű, szorosan záródó kristályrácsa van. 2016 K hőmérsékleten a hafnium allotróp átalakuláson megy keresztül - a hatszögletű rács testközpontú köbös rácsmá alakul.
A hafnium termikus neutronbefogási keresztmetszete nagy (115 barn természetes izotópkeverék esetén [5] ), míg kémiai megfelelőjének, a cirkóniumnak a befogási keresztmetszete 3 nagyságrenddel kisebb, körülbelül 0,2 barn . E tekintetben a reaktor fűtőelemeinek előállításához használt cirkóniumot alaposan meg kell tisztítani a hafniumtól.
A hafnium hőkapacitásának hőmérsékletfüggése (hasonlóan a germánium hőkapacitásához - Ge) rendellenes formát mutat - a hőkapacitási görbén 60-80 K hőmérsékleti tartományban csúcs figyelhető meg [6] , ami nem magyarázható bármely elmélettel, amely feltételezi az erők Hooke-törvényét, mivel az Einstein-függvények szuperpozíciója nem ad maximummal rendelkező görbét [7] . Ebben az esetben a hőkapacitás-görbe anomális alakját a kristályrács hőelnyelés vibrációs (Debye) és diffúziós (Boltzmann) komponenseinek szuperpozíciója határozza meg [8] .
A hafniumnak több mint 30 izotópja ismert, tömegszámuk 153-188 (a protonok száma 72, a neutronok száma 81-116 ), és 26 nukleáris izomer . 5 izotóp stabil és előfordul a természetben ( 176 Hf, 177 Hf, 178 Hf, 179 Hf, 180 Hf). A hatalmas felezési idő miatt (2×10 15 év felezési idő ) egy instabil izotóp, a 174 Hf fordul elő a természetben .
A 178m2 Hf hafnium izomer ismert. A DARPA védelmi kutatási ügynökség egy izomer jelentős energiák felszabadulásával járó kényszerű bomlásával kapcsolatos kutatásai kapcsán került a nyilvánosság elé [9] [10] . Hipotéziseket kezdtek megfogalmazni a hafniumbomba építésének lehetőségéről. Mindazonáltal a tudományos közösségben megkérdőjelezik mind a 178m2 Hf szabályozott robbanásveszélyes bomlás lehetőségét, mind pedig annak lehetőségét, hogy a fegyver létrehozásához szükséges mennyiségben izomereket nyerjenek.
A hafnium a tantálhoz hasonlóan meglehetősen inert anyag, mivel a felületén vékony passzív oxidfilm képződik . Általánosságban elmondható, hogy a hafnium kémiai ellenálló képessége sokkal nagyobb, mint megfelelőjének, a cirkóniumnak .
A hafnium legjobb oldószere a hidrogén-fluorsav (HF) vagy a hidrogén-fluorid és a salétromsav keveréke , valamint az aqua regia .
Magas hőmérsékleten (1000 K felett) a hafnium a levegőben oxidálódik, oxigénben pedig kiég . Reagál halogénekkel. Savakkal szembeni ellenállása hasonló az üveghez . Csakúgy, mint a cirkónium, hidrofób tulajdonságokkal rendelkezik (víz nem nedvesíti).
A földkéreg átlagos hafniumtartalma körülbelül 4 g/t. A hafniumban lévő saját ásványi anyagok hiánya és a cirkóniummal való állandó asszociációja miatt cirkóniumércek feldolgozásával nyerik, ahol 2,5 tömeg% cirkóniumot tartalmaz (a cirkon 4% HfO 2 -ot tartalmaz , baddeleyit - 4 -6% HfO 2 ). A világon évente átlagosan mintegy 70 tonna hafniumot bányásznak ki, termelési volumene arányos a cirkóniumtermelés mennyiségével. A szkandium ásvány érdekes tulajdonsága a tortveitit : sokkal több hafniumot tartalmaz, mint cirkóniumot, és ez a körülmény nagyon fontos, amikor a tortveititet skandiummá dolgozzák fel és hafniumot sűrítenek be belőle.
A fémhafnium fő felhasználási területei a repüléstechnika, a nukleáris ipar és a speciális optika ötvözetek gyártása.
A hafniumnak nincs biológiai szerepe a szervezetben .
Szótárak és enciklopédiák |
|
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
|
Hafnium vegyületek | |
---|---|
Hafnium(II)-bromid (HfBr 2 ) Hafnium(III)-bromid (HfBr 3 ) Hafnium(IV)-bromid (HfBr 4 ) Hafnium-diborid (HfB 2 ) Hafnium-dihidroxid (HfO(OH) 2 ) Hafnium(IV)-hidroxid (Hf(OH) 4 ) Hafnium-hidrogén-foszfát (Hf(HPO 4 ) 2 ) Hafnium(III)-jodid (HfI 3 ) Hafnium(IV)-jodid (HfI 4 ) Hafnium-karbid (HfC) Tantál-hafnium-karbid (Ta 4 HfC 5 ) Hafnium(III) -nitrid (HfN) Hafnium -karbonitrid (HfC 0,5 N 0,35 ) Hafnium(IV)-oxid (HfO 2 ) Hafnium-oxid-dibromid (HfOBr 2 ) Hafnium-oxid-diklorid (HfOCl 2 ) Hafnium(IV)-szilikát ( HfSiO4 ) Hafnium(IV)-szulfát (Hf(SO 4 ) 2 ) Hafnium(IV)-szulfid (HfS 2 ) Triszulfatohafnsav (H 2 [Hf (SO 4 ) 3 ]) Hafnium(IV)-foszfát (Hf 3 (PO 4 ) 4 ) Hafnium(IV)-fluorid (HfF 4 ) Hafnium(I)-klorid (HfCl) Hafnium(III)-klorid (HfCl 3 ) Hafnium(IV)-klorid (HfCl 4 ) |
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fémek elektrokémiai tevékenységsorai | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |