Hafnij

Hafnij je sijoča, srebrna, gnetljiva kovina, odporna proti koroziji, kemično podobna cirkoniju [4]- zaradi enakega števila valentnih elektronov, ki so v isti skupini, pa tudi zaradi relativističnih učinkov; pričakovani porast atomskega polmera pri prehodu s periode 5 na 6 skoraj natančno izniči lantanidno kontrakcijo-.. Hafnij se iz svoje alfa oblike, heksagonalne telesno centrirane rešetke, spreminja v svojo beta obliko, v telesno centrirano kubično mrežo pri 2388 K. [5] Cirkonijeve nečistoče močno vplivajo na fizične lastnosti kovinskih vzorcev hafnija, zlasti lastnosti, saj je ta dva elementa zaradi njunih podobnosti med najteže ločiti.

Hafnij, 72Hf
Hf-crystal bar.jpg
Hafnij
IzgovarjavaIPA: [háfnij]
Videzjekleno siv
Standardna atomska teža Ar, std(Hf)178,486(6)[1]
Hafnij v periodnem sistemu
Vodik Helij
Litij Berilij Bor (element) Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon
Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon
Kalij Kalcij Skandij Titan (element) Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton
Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon
Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal (element) Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon
Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran (element) Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson
Zr

Hf

Rf
lutecijhafnijtantal
Vrstno število (Z)72
Skupinaskupina 4
Periodaperioda 6
Blok  blok d
Razporeditev elektronov[Xe] 4f14 5d2 6s2
Razporeditev elektronov po lupini2, 8, 18, 32, 10, 2
Fizikalne lastnosti
Faza snovi pri STPtrdnina
Tališče2233 °C
Vrelišče4603 °C
Gostota (blizu s.t.)13,31 g/cm3
v tekočem stanju (pri TT)12 g/cm3
Talilna toplota27,2 kJ/mol
Izparilna toplota648 kJ/mol
Toplotna kapaciteta25,73 J/(mol·K)
Parni tlak
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pri T (°C) 2.416 2.681 3.004 3.406 3.921 4.603
Lastnosti atoma
Oksidacijska stanja−2, 0, +1, +2, +3, +4 (amfoterni oksid)
ElektronegativnostPaulingova lestvica: 1,3
Ionizacijske energije
  • 1.: 658,5 kJ/mol
  • 2.: 1440 kJ/mol
  • 3.: 2250 kJ/mol
Atomski polmerempirično: 159 pm
Kovalentni polmer175±10 pm
Barvne črte v spektralnem obsegu
Spektralne črte hafnija
Druge lastnosti
Pojavljanje v naraviprvobitno
Kristalna strukturaheksagonalna gosto zložena (hgz)
Hexagonal close packed kristalna struktura za hafnij
Hitrost zvoka tanka palica3010 m/s (pri 20 °C)
Temperaturni raztezek5,9 µm/(m·K) (pri 25 °C)
Toplotna prevodnost23,0 W/(m·K)
Električna upornost331 nΩ·m (pri 20 °C)
Magnetna ureditevparamagnetik[2]
Magnetna susceptibilnost+75,0·10−6 cm3/mol (at 298 K)[3]
Youngov modul78 GPa
Strižni modul30 GPa
Stisljivostni modul110 GPa
Poissonovo razmerje0,37
Mohsova trdota5,5
Trdota po Vickersu1520–2060 MPa
Trdota po Brinellu1450–2100 MPa
Številka CAS7440-58-6
Zgodovina
Poimenovanjepo Hafnia, latinsko ime za København, kjer so element odkrili
PredictionDmitrij Mendelejev (1869)
Odkritje in prva izolacijaDirk Coster in George de Hevesy (1922)
Najpomembnejši izotopi hafnija
Izo­top Pogos­tost Razpolovni čas (t1/2) Razpadni način Pro­dukt
172Hf sint. 1,87 let ε 172Lu
174Hf 0,16% 2×1015 let α 170Yb
176Hf 5,26% stabilen
177Hf 18,60% stabilen
178Hf 27,28% stabilen
178m2Hf sint. 31 let IT 178Hf
179Hf 13,62% stabilen
180Hf 35,08% stabilen
182Hf sint. 8,9×106 let β 182Ta
Kategorija Kategorija: Hafnij
prikaži · pogovor · uredi · zgodovina | reference

Opazna fizična razlika med tema kovinama je njuna gostota: cirkonij ima približno polovico gostote hafnija. Najpomembnejše jedrske lastnosti hafnija sta njegov visok presek za termalne nevtrone nevtronov in dejstvo, da jedra več različnih izotopov hafnija zlahka absorbirajo dva in več nevtronov.. [4] V nasprotju s tem je cirkonij praktično prozoren za toplotne nevtrone in se pogosto uporablja za kovinske sestavne dele jedrskih reaktorjev - zlasti za obloge njihovih jedrskih gorivnih palic .

NajdiščaUredi

Kristal cirkona (2 × 2 cm) iz Tocantins, Brazilija

Za hafnij se ceni, da po masi predstavlja približno 5,8 dnm zgornje zemeljske skorje. Na Zemlji ne obstaja kot prosti element, najdemo pa ga v trdni raztopini s cirkonijem v naravnih cirkonijevih spojinah, kot je cirkon, ZrSiO4, ki ima običajno približno 1–4% Zr, nadomeščenega s Hf. Redko se razmerje Hf / Zr med kristalizacijo poveča v izostrukturni (Hf,Zr)SiO4, z atomskim Hf > Zr. [6] Zastarelo ime za vrsto cirkona z neobičajno visoko vsebnost Hf je alvit . [7]

Glavni vir rude cirkona (in s tem hafnija) so nahajališča težkih mineralnih peskov, pegmatiti, zlasti v Braziliji in Malaviju, in vdori karbonatitov, zlasti polimetalno nahajališče Crown v Mount Weldu v Zahodni Avstraliji. Možni vir hafnija so trahitni tufi, ki vsebujejo redke Zr in Hf silikate eudialit ali armstrongit. Najti jih je v Dubbu v Novem Južnem Walesu v Avstraliji. [8]

Zaloge hafnija po ocenah enega vira zadoščajo za manj kot 10 let, če se svetovno prebivalstvo poveča in povpraševanje naraste. [9]

ProizvodnjaUredi

 
Staljena konica potrošne elektrode za hafnij, ki se uporablja v peči za taljenje z elektronskim žarkom, kocka velikosti 1 cm in oksidiran ingot hafnija, pretopljen v elektronskem žarku (od leve proti desni)

V rudnikih težkih mineralnih peskov sta rudi titana ilmenit in rutil vir za večino pridobljenega cirkonija in s tem tudi večino hafnija. [10]

Cirkonij je dobra kovinska obloga za jedrske gorivne palice z zaželenimi lastnostmi zelo majhnega preseka zajema nevtronov in dobro kemijsko stabilnostjo pri visokih temperaturah. Zaradi lastnosti hafnija, da absorbira nevtrone, pa bi zaradi nečistoč hafnija cirkonij bil lahko neuporaben v jedrskih reaktorjih. Tako je za uporabo v jedrski energiji potrebno skoraj popolnoma ločiti hafnij od cirkonija. Proizvodnja cirkonija brez hafnija je glavni vir hafnija. [4]

SkliciUredi

  1. Meija, Juris; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. Lide, D. R., ur. (2005). "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th izd.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  3. Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  4. 4,0 4,1 4,2 Schemel, J. H. (1977). ASTM Manual on Zirconium and Hafnium. ASTM International. str. 1–5. ISBN 978-0-8031-0505-8.
  5. O'Hara, Andrew; Demkov, Alexander (2014). "Oxygen and nitrogen diffusion in alpha-hafnium from first principles". Applied Physics Letters. 104 (21): 211909. Bibcode:2014ApPhL.104u1909O. doi:10.1063/1.4880657.
  6. Deer, William Alexander; Howie, R.A.; Zussmann, J. (1982). The Rock-Forming Minerals, volume 1A: Orthosilicates. Longman Group Limited. str. 418–442. ISBN 978-0-582-46526-8.
  7. Lee, O. Ivan (1928). "The Mineralogy of Hafnium". Chemical Reviews. 5: 17–37. doi:10.1021/cr60017a002.
  8. "Dubbo Zirconia Project Fact Sheet" (PDF). Alkane Resources Limited. June 2007. Arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 2008-02-28. Pridobljeno dne 2008-09-10.
  9. "New Scientist diagram How Long Will It Last". Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 2012-01-19.
  10. Gambogi, Joseph. "Yearbook 2008: Zirconium and Hafnium" (PDF). United States Geological Survey. Pridobljeno dne 2008-10-27.

Zunanje povezaveUredi