Hafnium | ||||
---|---|---|---|---|
← Lutetium | Tantal → | ||||
| ||||
Udseende af et simpelt stof | ||||
hafnium prøver | ||||
Atom egenskaber | ||||
Navn, symbol, nummer | Hafnium / Hafnium (Hf), 72 | |||
Gruppe , punktum , blok |
4 (forældet 4), 6, d-element |
|||
Atommasse ( molær masse ) |
178.49(2) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronisk konfiguration | [Xe] 6s 2 4f 14 5d 2 | |||
Atomradius | 167 kl | |||
Kemiske egenskaber | ||||
kovalent radius | 144 kl | |||
Ion radius | (+4e) 78 kl | |||
Elektronegativitet | 1.3 (Pauling-skala) | |||
Elektrodepotentiale | 0 | |||
Oxidationstilstande | 0, +2, +3, +4 | |||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
575,2 (5,96) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | ||||
Tæthed ( i.a. ) | 13,31 [2] g/cm³ | |||
Smeltetemperatur | 2506K ( 2233 °C) [2] | |||
Kogetemperatur | 4876 K (4603 °C) [2] | |||
Oud. fusionsvarme | 25,1 kJ/mol | |||
Oud. fordampningsvarme | 575 kJ/mol | |||
Molær varmekapacitet | 25,7 [3] J/(K mol) | |||
Molært volumen | 13,6 cm³ / mol | |||
Krystalgitteret af et simpelt stof | ||||
Gitterstruktur | Sekskantet | |||
Gitterparametre | a = 3,196 nm; c = 5,051 nm [4] | |||
c / a -forhold | 1.580 | |||
Andre egenskaber | ||||
Varmeledningsevne | (300 K) 23,0 W/(m K) | |||
CAS nummer | 7440-58-6 |
72 | Hafnium |
hf178,49 | |
4f 14 5d 2 6s 2 |
Hafnium ( kemisk symbol - Hf , fra lat. Hafnium ) - et kemisk grundstof af den 4. gruppe (ifølge den forældede klassifikation - en sideundergruppe af den fjerde gruppe, IVB) i den sjette periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 72. Fra - på grund af dets kemiske lighed med zirconium , blev det det sidste opdagede ikke-radioaktive element (det vil sige at have stabile isotoper), det blev først opdaget i 1923.
Det simple stof hafnium er et tungt, ildfast , sølv- hvidt overgangsmetal .
Grundstoffet blev opdaget i 1923 .
Hafnium blev søgt blandt de sjældne jordarters grundstoffer , da strukturen af den 6. periode af D. I. Mendeleev -systemet ikke blev klarlagt . I 1911 annoncerede den franske kemiker Georges Urbain opdagelsen af et nyt grundstof, som han kaldte Celtium. I virkeligheden opnåede han en blanding bestående af ytterbium , lutetium og en lille mængde hafnium. Og først efter at Niels Bohr , baseret på kvantemekaniske beregninger, viste, at det sidste sjældne jordarters grundstof er grundstof nummer 71, blev det klart, at hafnium er en analog af zirconium .
Baseret på resultaterne af Bohr, som forudsagde dets egenskaber og valens , analyserede Dirk Coster og György de Hevesy i 1923 systematisk norske og grønlandske zirkoner ved røntgenspektroskopi . Sammenfaldet af røntgenlinjerne af resterne efter udvaskning af zirkon med kogende syreopløsninger med dem, der er beregnet i henhold til Moseley-loven for det 72. grundstof, gjorde det muligt for forskerne at annoncere opdagelsen af grundstoffet, som de kaldte hafnium til ære for by, hvor fundet blev gjort ( lat. Hafnia er det latinske navn for København ). Striden om prioritet mellem J. Urbain, N. Coster og D. Hevesy, som begyndte derefter, fortsatte i lang tid. I 1949 blev navnet på grundstoffet "hafnium" godkendt af den internationale kommission og accepteret overalt.
Priserne for hafnium 99% i 2007 var i gennemsnit 780 USD pr. kilogram (baseret på infogeo.ru ).
Verdensressourcer af hafnium i form af hafniumdioxid overstiger lidt 1 million tons . Fordelingsstrukturen af disse ressourcer er omtrent som følger:
Langt størstedelen af råvaren base af hafnium i udlandet[ hvor? ] er repræsenteret af zirkon fra kystnære marine placers.
Hafnium-reserver i Rusland og SNG , ifølge uafhængige eksperter[ hvad? ] , er meget store[ Hvor meget? ] og i denne henseende er Rusland med udviklingen af hafniumindustrien i stand til at blive den ubestridte leder på verdensmarkedet for hafnium. Det er også værd at nævne i denne forbindelse de meget betydelige ressourcer af hafnium i Ukraine . De vigtigste hafniumholdige mineraler i Rusland og CIS er repræsenteret af loparit , zircon , baddeleyit og sjældne metal alkaliske granitter .
Den komplette elektroniske konfiguration af hafniumatomet er: 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 .
Hafnium er et skinnende, sølvhvidt metal, hårdt og ildfast. I en fint spredt tilstand har den en mørkegrå, næsten sort farve; mat [3] . Massefylde under normale forhold - 13,31 g/cm 3 [2] . Smeltepunktet er 2506 K (2233 °C), det koger ved 4876 K (4603 °C) [2] .
Hafnium har to modifikationer. Ved stuetemperatur har hafnium et sekskantet tætpakket krystalgitter. Ved en temperatur lig med 2016 K gennemgår hafnium en allotrop transformation - det sekskantede gitter omdannes til et kropscentreret kubisk gitter.
Hafnium har et højt termisk neutronindfangningstværsnit ( 115 barn for en naturlig blanding af isotoper [5] ), mens dets kemiske modstykke, zirkonium, har et indfangningstværsnit , der er 3 størrelsesordener lavere, omkring 0,2 barn . I denne henseende skal zirconium, der bruges til at skabe reaktorbrændselselementer , renses grundigt fra hafnium.
Temperaturafhængigheden af varmekapaciteten af hafnium (svarende til varmekapaciteten af germanium - Ge) har en unormal form - der observeres en top på varmekapacitetskurven i temperaturområdet 60-80 K [6] , hvilket ikke kan forklaret af enhver teori, der antager Hookeanske lov om kræfter, da ingen superposition af Einstein-funktioner ikke giver en kurve med et maksimum [7] . I dette tilfælde er den unormale form af varmekapacitetskurven bestemt af overlejringen af vibrationskomponenterne (Debye) og diffusionskomponenterne (Boltzmann) af varmeabsorptionen af krystalgitteret [8] .
Der kendes mere end 30 isotoper af hafnium med massetal fra 153 til 188 (antallet af protoner er 72, neutroner fra 81 til 116) og 26 nukleare isomerer . 5 isotoper er stabile og forekommer naturligt ( 176 Hf, 177 Hf, 178 Hf, 179 Hf, 180 Hf). På grund af den enorme halveringstid ( halveringstid på 2×10 15 år) , forekommer én ustabil isotop, 174 Hf , i naturen.
Hafniumisomeren 178m2 Hf er kendt. Han kom til offentlighedens opmærksomhed i forbindelse med forskning foretaget af forsvarets forskningsagentur DARPA om det tvungne henfald af en isomer med frigivelse af betydelige energier [9] [10] . Hypoteser begyndte at blive udtrykt om muligheden for at bygge en hafniumbombe. Ikke desto mindre bliver der i det videnskabelige samfund sat spørgsmålstegn ved både muligheden for et kontrolleret eksplosivt henfald på 178m2 Hf og muligheden for at opnå en isomer i mængder, der er nødvendige for at skabe et våben.
Hafnium er ligesom tantal et ret inert materiale på grund af dannelsen af en tynd passiv oxidfilm på overfladen . Generelt er den kemiske modstand af hafnium meget større end dens modstykke, zirconium .
Det bedste opløsningsmiddel til hafnium er flussyre (HF) eller en blanding af flussyre og salpetersyre og aqua regia .
Ved høje temperaturer (over 1000 K ) oxideres hafnium i luften og brænder ud i oxygen . Reagerer med halogener. Ligner glas i modstandsdygtighed over for syrer . Ligesom zirconium har det hydrofobe egenskaber (ikke fugtet af vand).
Det gennemsnitlige indhold af hafnium i jordskorpen er omkring 4 g/t. På grund af fraværet af dets egne mineraler i hafnium og dets konstante tilknytning til zirconium, opnås det ved forarbejdning af zirconiummalme, hvor det er indeholdt i en mængde på 2,5 vægt% zirconium ( zircon indeholder 4% HfO 2 , baddeleyit - 4 -6 % HfO2 ) . I verden udvindes der i gennemsnit omkring 70 tons hafnium om året, og mængden af dens produktion er proportional med mængden af zirconiumproduktion. Et interessant træk ved scandiummineralet er tortveitit : det indeholder meget mere hafnium end zirconium, og denne omstændighed er meget vigtig, når tortveitit bearbejdes til scandium og koncentreres hafnium fra det.
De vigtigste anvendelsesområder for metallisk hafnium er fremstilling af legeringer til rumfartsteknologi, atomindustrien og specialoptik.
Hafnium spiller ingen biologisk rolle i kroppen .
![]() |
|
---|---|
I bibliografiske kataloger |
|
_ | Hafniumforbindelser|
---|---|
Hafnium(II)bromid ( HfBr2 ) Hafnium(III)bromid (HfBr 3 ) Hafnium(IV)bromid (HfBr 4 ) Hafniumdiborid (HfB 2 ) Hafniumdihydroxid (HfO(OH) 2 ) Hafnium(IV)hydroxid (Hf(OH) 4 ) Hafniumhydrogenphosphat (Hf(HPO 4 ) 2 ) Hafnium(III)iodid (HfI 3 ) Hafnium(IV)iodid (HfI 4 ) Hafniumcarbid (HfC) Tantal hafniumcarbid (Ta 4 HfC 5 ) Hafnium(III)nitrid (HfN) Hafniumcarbonitrid (HfC 0,5 N 0,35 ) Hafnium(IV)oxid (HfO 2 ) Hafniumoxiddibromid (HfOBr 2 ) Hafniumoxiddichlorid (HfOCl 2 ) Hafnium(IV)silicat ( HfSiO4 ) Hafnium(IV)sulfat (Hf(SO 4 ) 2 ) Hafnium(IV)sulfid (HfS 2 ) Trisulfatohafnsyre (H 2 [Hf (SO 4 ) 3 ]) Hafnium(IV)phosphat (Hf 3 (PO 4 ) 4 ) Hafnium(IV)fluorid (HfF 4 ) Hafnium(I)chlorid (HfCl) Hafnium(III)chlorid (HfCl 3 ) Hafnium(IV)chlorid (HfCl 4 ) |
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Elektrokemisk aktivitet serie af metaller | |
---|---|
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 , |