De hafnium det är en övergångsmetall vars kemiska symbol är Hf och har ett atomnummer 72. Det är det tredje elementet i grupp 4 i det periodiska systemet, som är kongen av titan och zirkonium. Med den senare delar den många kemiska egenskaper, eftersom de är placerade tillsammans i mineraler i jordskorpan.
Att leta efter hafnium ser till var zirkoniumet är, eftersom det är en biprodukt av extraktionen. Namnet på denna metall kommer från det latinska ordet "hafnia", vars betydelse kommer att vara namnet på Köpenhamn, en stad där den upptäcktes i zirkonmineraler och kontroversen om dess verkliga kemiska natur upphörde..
Hafnium är en metall som går obemärkt förbi i det allmänna intellektet, faktiskt få har ens hört talas om det tidigare. Även bland vissa kemikalier är det ett ovanligt element, delvis på grund av dess höga produktionskostnad, och på grund av att zirkonium i de flesta applikationer kan ersätta det utan problem..
Denna metall utmärker sig som den sista av de mest stabila elementen som upptäcks här på jorden; det vill säga de andra upptäckterna har utgjort en serie ultratunga, radioaktiva element och / eller konstgjorda isotoper.
Hafniumföreningar är analoga med titan och zirkonium, med ett oxidationsantal på +4 dominerande i dem, såsom HfCl4, HfOtvå, HfI4 och HfBr4. Några av dem toppar listan över de mest eldfasta material som någonsin skapats, liksom legeringar med hög värmebeständighet och som också fungerar som utmärkta absorberare av neutroner..
Av denna anledning deltar hafnium mycket i kärnkemi, särskilt när det gäller tryckvattenreaktorer..
Artikelindex
Upptäckten av hafnium omgavs av kontroverser, trots att dess existens redan hade förutspåtts sedan 1869 tack vare Mendeleevs periodiska system..
Problemet var att det var placerat under zirkoniumet, men sammanföll i samma period av de sällsynta jordartsmetallerna: lantanoiderna. Kemister vid den tiden visste inte om det var en övergångsmetall eller en sällsynt jordartsmetall..
Den franska kemisten Georges Urbain, upptäckaren av lutetium, en närliggande metall av hafnium, hävdade 1911 att han hade upptäckt element 72, som han kallade celtium och förkunnade att det var en sällsynt jordartsmetall. Men tre år senare drogs slutsatsen att hans resultat var felaktiga och att han bara hade isolerat en blandning av lantanoider.
Det var inte förrän grundämnena beställdes med deras atomnummer, tack vare Henry Moseleys arbete 1914, att grannskapet mellan lutetium och element 72 sattes i bevis, vilket överensstämde med Mendeleevs förutsägelser när det senare elementet befann sig i samma grupp som metallerna titan och zirkonium.
År 1921, efter Niels Bohrs studier av atomstrukturen och hans förutsägelse av röntgenemissionsspektrum för element 72, stoppades sökandet efter denna metall i sällsynta jordartsmetaller; Istället fokuserade han sin sökning på zirkoniummineraler, eftersom båda elementen måste ha flera kemiska egenskaper..
Den danska kemisten Dirk Coster och den ungerska kemisten Georg von Hevesy 1923 lyckades äntligen känna igen det spektrum som Niels Bohr förutspådde i zirkonprover från Norge och Grönland. Efter att ha gjort upptäckten i Köpenhamn kallade de element 72 med det latinska namnet på denna stad: hafnia, från vilken det senare härstammar "hafnium".
Det var dock inte en lätt uppgift att separera hafniumatomerna från zirkoniumens, eftersom deras storlekar är lika och de reagerar på samma sätt. Även om en fraktionerad omkristallisationsmetod 1924 hade utformats för att erhålla hafniumtetraklorid, HfCl24, det var de holländska kemisterna Anton Eduard van Arkel och Jan Hendrik de Boer som reducerade det till metalliskt hafnium.
För att göra detta, HfCl4 genomgick minskning med metalliskt magnesium (Kroll-processen):
HfCl4 + 2 Mg (1100 ° C) → 2 MgCltvå + Hf
Å andra sidan, med utgångspunkt från hafniumtetraiodid, HfI4, Detta förångades för att genomgå termisk nedbrytning på ett glödande volframfilament, på vilket metalliskt hafnium avsattes för att producera en polykristallin utseende bar (kristallin stångprocess eller Arkel-De Boer-process)
HfI4 (1700 ° C) → Hf + 2 Itvå
Hafniumatomerna, Hf, grupperar sig vid omgivningstryck i en kristall med en kompakt hexagonal struktur, hcp, liksom metallerna titan och zirkonium. Denna hcp hafniumkristall blir dess α-fas, som förblir konstant upp till en temperatur av 2030 K, när den genomgår en övergång till β-fasen, med en kubisk struktur centrerad i kroppen, bcc.
Detta förstås om det anses att värmen "slappnar av" kristallen och därför försöker Hf-atomerna att positionera sig på ett sådant sätt att deras komprimering minskar. Dessa två faser är tillräckliga för att beakta hafnium polymorfism.
På samma sätt presenterar den en polymorfism som beror på höga tryck. A- och p-faserna finns vid ett tryck av 1 atm; medan ω-fasen, sexkantig men ännu mer komprimerad än vanlig hcp, uppträder när tryck överstiger 40 GPa. Intressant är att när trycket fortsätter att öka kommer den mindre täta β-fasen att dyka upp igen.
Silvervitt fast ämne som visar mörka toner om det har ett oxid- och nitridlager.
178,49 g / mol
2233 ºC
4603 ºC
Vid rumstemperatur: 13,31 g / cm3, är dubbelt så tät som zirkonium
Precis vid smältpunkten: 12 g / cm3
27,2 kJ / mol
648 kJ / mol
1.3 på Pauling-skalan
Först: 658,5 kJ / mol (Hf+ gasformig)
Andra: 1440 kJ / mol (Hftvå+ gasformig)
Tredje: 2250 kJ / mol (Hf3+ gasformig)
23,0 W / (mK)
331 nΩ m
5.5
Om inte metallen är polerad och brinner och avger gnistor vid en temperatur på 2000 ° C, har den ingen känslighet för rost eller korrosion, eftersom ett tunt lager av dess oxid skyddar den. I den meningen är det en av de mest stabila metallerna. Faktum är att varken starka syror eller starka baser kan lösa upp det; förutom fluorvätesyra och halogener som kan oxidera den.
Hafniumatomen har följande elektroniska konfiguration:
[Xe] 4f14 5 dtvå 6stvå
Detta sammanfaller med att det tillhör grupp 4 i det periodiska systemet, tillsammans med titan och zirkonium, eftersom det har fyra valenselektroner i 5d- och 6s-orbitalerna. Observera också att hafnium inte kan vara en lanthanoid, eftersom den har sina 4f-orbitaler helt fyllda.
Samma elektronkonfiguration avslöjar hur många elektroner en hafniumatom teoretiskt sett kan förlora som en del av en förening. Förutsatt att den tappar sina fyra valenselektroner, skulle det vara en fyrvärderad katjon Hf4+ (i analogi med Ti4+ och Zr4+), och skulle därför ha ett oxidationsnummer på +4.
Detta är faktiskt det mest stabila och vanliga av dess oxidationsnummer. Andra mindre relevanta är: -2 (Hftvå-), +1 (Hf+), +2 (Hftvå+) och +3 (Hf3+).
Hafnium förekommer på jorden som fem stabila isotoper och en radioaktiv med mycket lång livslängd:
-174Hf (0,16%, med en halveringstid på 2 10femton år, så det anses praktiskt taget stabilt)
-176Hf (5,26%)
-177Hf (18,60%)
-178Hf (27,28%)
-179Hf (13,62%)
-180Hf (35,08%)
Observera att det inte finns någon isotop som sticker ut i överflöd, och detta återspeglas i den genomsnittliga atommassan av hafnium, 178,49 amu.
Av alla radioaktiva isotoper av hafnium, som tillsammans med de naturliga sammanlagt uppgår till totalt 34, är 178m2Hf är den mest kontroversiella eftersom den i sitt radioaktiva sönderfall släpper ut gammastrålning, så dessa atomer kan användas som ett krigsvapen.
Hafnium är en metall som är resistent mot fuktighet och höga temperaturer, samt är en utmärkt neutronabsorberare. Av denna anledning används den i tryckvattenreaktorer såväl som vid tillverkning av kontrollstavar för kärnreaktorer, vars beläggningar är gjorda av ultrarent zirkonium, eftersom detta måste kunna överföra neutroner genom det..
Hafniumatomer kan integrera andra metallkristaller för att ge upphov till olika legeringar. Dessa kännetecknas av att de är tuffa och värmebeständiga, varför de är avsedda för rymdtillämpningar, till exempel vid konstruktion av motormunstycken för raketer..
Å andra sidan har vissa legeringar och fasta hafniumföreningar speciella egenskaper; såsom karbider och nitrider, HfC respektive HfN, som är mycket eldfasta material. Tantalkarbid och hafnium, Ta4HfC5, Med en smältpunkt på 4215 ° C är det ett av de mest eldfasta materialen någonsin känt..
Hafniummetallocener används som organiska katalysatorer för syntes av polymerer såsom polyeten och polystyren.
Det är hittills okänt vilken inverkan Hf-joner kan ha på vår kropp4+. Å andra sidan, eftersom de finns i naturen i zirkoniummineraler, tros det inte att de förändrar ekosystemet genom att släppa ut sina salter i miljön..
Det rekommenderas dock att hantera hafniumföreningar med försiktighet, som om de vore giftiga, även om det inte finns några medicinska studier som bevisar att de är skadliga för hälsan.
Den verkliga faran med hafnium ligger i de finmalda partiklarna i dess fasta ämne, som knappt kan brinna när de kommer i kontakt med syre i luften..
Detta förklarar varför när det poleras, en åtgärd som skrapar ytan och släpper ut partiklar av ren metall, brinner gnistor med en temperatur på 2000 ºC; hafnium har pyroforicitet, den enda egenskapen som medför brand eller allvarliga brännskador.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.