Hafnium

Sampel hafnio logam. Sumber: Gambar Hi-Res Elemen ofchemical [CC BY (https: // CreationCommons.Org/lisensi/oleh/3.0)]

Apa itu hafnio?

Dia hafnium Ini adalah logam transisi yang kimianya HF dan memiliki jumlah atom 72. Ini adalah elemen ketiga dari kelompok 4 dari tabel periodik, menjadi kongen di titanium dan sirk. Dengan yang terakhir ini berbagi banyak sifat kimia, terletak bersama dalam mineral kerak bumi.

Mencari hafnio mencari di mana zirkonium, karena itu adalah produk sampingan dari ekstrakinya. Nama logam ini berasal dari kata Latin 'hafnia', yang artinya adalah nama Kopenhagen, sebuah kota di mana ia ditemukan dalam mineral zirkon dan kontroversi berakhir sehubungan dengan sifat kimianya yang sebenarnya.

Logam ini mengambil perbedaan sebagai elemen terakhir yang paling stabil yang ditemukan di bumi ini; Artinya, penemuan lain telah membentuk serangkaian isotop ultrapesados, radioaktif dan/atau buatan.

Senyawa hafnio analog dengan titanium dan sirkonium, terutama bilangan oksidasi +4, seperti HFCL₄, Hfo₂, Hfi₄ dan hfbr₄. Beberapa dari mereka memimpin daftar bahan paling refraktori yang pernah dibuat, serta paduan resistensi termal yang besar dan juga bertindak sebagai penyerap neutron yang sangat baik.

Untuk alasan ini, hafnio memiliki banyak partisipasi dalam kimia nuklir, terutama untuk reaktor air tekanan.

Penemuan

Transisi logam atau tanah jarang

Penemuan hafnio dikelilingi oleh kontroversi, meskipun keberadaannya sudah diprediksi sejak 1869 berkat tabel periodik Mendeleev.

Masalahnya adalah diposisikan di bawah zirkonium, tetapi bertepatan pada periode yang sama dari unsur -unsur tanah jarang: lantanoides. Ahli kimia pada saat itu tidak tahu apakah itu adalah logam transisi atau logam dari tanah jarang.

99,9% hafnium bar. Sumber- Alchemist-HP (www.PSE-Mendelejew.dari), cc by-sa 2.0, via Wikimedia Commons

Kimiawan Prancis Georges Urbain, penemu Luthacio, logam tetangga Hafnio, mengatakan pada tahun 1911 ia telah menemukan Elemen 72, yang disebut Celtio dan menyatakan bahwa itu adalah logam dari tanah langka yang langka. Tetapi tiga tahun kemudian disimpulkan bahwa hasilnya salah, dan hanya mengisolasi campuran lantanoides.

Tidak sampai unsur -unsur diperintahkan oleh angka atom mereka, berkat karya Henry Moseley pada tahun 1914, yang lingkungannya antara lutat dan elemen 72 adalah bukti kelompok yang sama dengan titanium dan logam sirkal.

Dapat melayani Anda: flokulasi: reaksi, jenis, aplikasi, contoh

Deteksi di Kopenhagen

Pada tahun 1921, setelah studi struktur atom Niels Bohr dan prediksinya spektrum emisi x -ray untuk elemen 72, logam ini dihentikan dalam mineral tanah jarang; Dan sebaliknya, pencariannya di Circonium Mineral fokus, karena kedua elemen harus berbagi beberapa sifat kimia.

Ahli Kimia Denmark Dirk Coster dan ahli kimia Hongaria Georg von Hevesy pada tahun 1923 akhirnya mengakui spektrum yang diprediksi oleh Niels Bohr dalam sampel zirkon dari Norwegia dan Greenland. Setelah membuat penemuan di Kopenhagen, mereka memanggil elemen 72 dengan nama Latin kota ini: hafnia, yang kemudian berasal 'hafnio'.

Isolasi dan produksi

Namun, itu bukan tugas yang mudah. Meskipun pada tahun 1924 metode dirancang dengan rekristalisasi fraksional untuk mendapatkan hafnio tetrachloride, hfcl₄, Bahan Kimia Belanda Anton Eduard van Arkel dan Jan Hendrik de Boer yang menguranginya menjadi Hafnium Logam.

Untuk melakukan ini, HFCL₄ Ini mengalami pengurangan menggunakan magnesium logam (proses Kroll):

Hfcl₄ + 2 mg (1100 ° C) → 2 mgcl₂ + HF

Di sisi lain, mulai dari hafnio tetrayoduro, hfi₄, Ini diuapkan untuk menderita dekomposisi termal pada filamen tungsten pijar, di mana hafnium logam diendapkan untuk menyebabkan batang penampilan polikristalin (proses bar kristal atau proses arkel-boer):

Hfi₄ (1700 ° C) → HF + 2 I₂

Struktur hafnio

Lokasi hafnio di tabel periodik. Air mancur: !Asli: Ahoteseiervector: Sushant Savla, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Hafnio, atom hf, dikelompokkan ke dalam tekanan sekitar pada kristal struktur heksagonal yang ringkas, hCP, seperti halnya titanium dan logam zirkonium. Kristal HAFNIO HCP ini menjadi fase α, yang tetap konstan hingga suhu 2030 K, ketika menderita transisi ke fase β, dengan struktur kubik yang berpusat di tubuh, BCC.

Ini dipahami jika panas "melonggarkan" gelas itu dipertimbangkan dan, oleh karena itu, atom HF berusaha untuk memposisikan diri mereka sedemikian rupa sehingga pemadatan mereka berkurang. Kedua fase ini cukup untuk mempertimbangkan polimorfisme hafnium.

Ini juga menyajikan polimorfisme yang tergantung pada tekanan tinggi. Fase α dan β ada pada tekanan 1 atm; Sedangkan fase Ω, heksagonal tetapi bahkan lebih padat daripada HCP biasa, muncul ketika tekanan melebihi 40 GPa. Menariknya, ketika tekanan terus meningkat, fase β muncul kembali, yang paling padat.

Dapat melayani Anda: asam seleenhydric (h2se): apa itu, struktur, sifat, penggunaan

Properti Hafnio

Penampilan fisik

Padatan putih perak, yang menunjukkan nada gelap jika memiliki lapisan oksida dan nitrida.

Masa molar

178.49 g/mol

Titik lebur

2233 ºC

Titik didih

4603 ºC

Kepadatan

Pada suhu kamar: 13,31 g/cm³, menjadi dua kali lebih padat dari sirkum

Tepat di titik leleh: 12 g/cm³

Panas fusi

27,2 kJ/mol

Panas penguapan

648 kJ/mol

Elektronegativitas

1.3 Pada Skala Pauling

Energi ionisasi

Pertama: 658,5 kJ/mol (hf⁺ gas)

Kedua: 1440 kJ/mol (hf²⁺ gas)

Ketiga: 2250 kJ/mol (hf³⁺ gas)

Konduktivitas termal

23.0 w/(m · k)

Resistivitas listrik

331 nΩ · m

Kekerasan Mohs

5.5

Reaktivitas

Kecuali jika logamnya adalah PULA dan terbakar, tembakan percikan pada suhu 2000 ºC, ia tidak memiliki kerentanan untuk mengoksidasi atau berlari, karena lapisan tipis oksida melindunginya. Dalam hal ini, ini adalah salah satu logam paling stabil. Faktanya, asam atau basa kuat dapat melarutkannya; Dengan pengecualian asam fluorhororat, dan halogen yang mampu mengoksidasi itu.

Konfigurasi elektronik

Konfigurasi elektronik hafnio

Atom Hafnio memiliki konfigurasi elektronik berikut:

[Xe] 4f¹⁴ 5 d² 6s²

Ini bertepatan dengan fakta milik kelompok 4 dari tabel periodik, bersama dengan titanium dan sirkonium, karena memiliki empat elektron valencia di orbital 5d dan 6s. Perhatikan bahwa hafnio tidak bisa menjadi lantanoide, karena ia memiliki orbital 4F sepenuhnya penuh.

Angka oksidasi

Konfigurasi elektronik yang sama mengungkapkan berapa banyak elektron yang mampu kehilangan atom hafnio saat menjadi bagian dari senyawa. Dengan asumsi bahwa ia kehilangan empat elektron Valencia, ia akan menjadi kation tetravalen HF⁴⁺ (Dalam analogi dengan Anda⁴⁺ dan zr⁴⁺), Dan karenanya akan memiliki jumlah oksidasi +4.

Ini sebenarnya adalah bilangan oksidasi yang paling stabil dan umum. Lainnya yang kurang relevan adalah: -2 (HF^2-), +1 (hf⁺), +2 (hf²⁺) dan +3 (hf³⁺).

Isotop

Hafnio disajikan di bumi sebagai lima isotop stabil dan radioaktif dengan waktu hidup yang sangat besar:

-¹⁷⁴HF (0,16%, dengan setengah -kehidupan 2 · 10^limabelas bertahun -tahun, jadi itu dianggap stabil)

-¹⁷⁶HF (5,26%)

-¹⁷⁷HF (18,60%)

Dapat melayani Anda: basis lemah

-¹⁷⁸HF (27,28%)

-¹⁷⁹HF (13,62%)

-¹⁸⁰HF (35,08%)

Perhatikan bahwa tidak ada isotop sedemikian rupa sehingga menonjol dalam kelimpahan, dan ini tercermin dalam massa atom rata -rata hafnio, 178.49 Uma.

Dari semua isotop radioaktif hafnio, yang bersama -sama dengan total penduduk asli total 34, ^178m2HF adalah yang paling kontroversial karena dalam peluruhan radioaktifnya melepaskan radiasi gamma, sehingga atom -atom ini dapat digunakan sebagai senjata perang.

Penggunaan/Aplikasi

Hafnio ditutupi dengan lapisan oksida tipis. Sumber: Alchemist-HP (Talk) (www.PSE-Mendelejew.De), fal, via Wikimedia Commons

Reaksi nuklir

Hafnio adalah logam yang tahan kelembaban dan suhu tinggi, selain menjadi penyerap neutron yang sangat baik. Untuk alasan ini, ini digunakan dalam reaktor air bertekanan, serta dalam pembuatan batang pengendali untuk reaktor nuklir, yang lapisannya terbuat dari sirku ultrapuro.

Paduan

Atom hafnio dapat mengintegrasikan kristal logam lainnya untuk menimbulkan paduan yang berbeda. Ini ditandai dengan menjadi ulet dan tahan termal, sehingga ditakdirkan untuk aplikasi spasial, seperti dalam konstruksi nozel motor untuk roket.

Di sisi lain, beberapa paduan dan senyawa padat Hafnio memiliki sifat khusus; seperti karbida dan nituro, HFC dan HFN mereka, masing -masing, yang merupakan bahan yang sangat refraktori. Tantalo dan hafnio carbide, ta₄Hfc₅, Dengan titik fusi 4215 ºC, ini adalah salah satu bahan paling tahan api yang pernah diketahui.

Katalisis

Metalosena Hafnio digunakan sebagai katalis organik untuk sintesis polimelen seperti polietilen dan polistirene.

Risiko

Tidak diketahui sampai saat ini apa dampak ion HF dalam tubuh kita⁴⁺. Di sisi lain, karena mereka ditemukan di alam dalam mineral zirkonium, tidak diyakini bahwa mereka dapat mengubah ekosistem membebaskan garam mereka ke lingkungan.

Sekarang, disarankan untuk memanipulasi senyawa hafnio dengan hati -hati, seolah -olah mereka beracun, bahkan jika tidak ada studi medis yang membuktikan bahwa mereka berbahaya bagi kesehatan.

Bahaya nyata hafnio terletak pada partikel -partikel padatannya yang halus, yang dapat terbakar tepat ketika mereka bersentuhan dengan oksigen udara.

Ini menjelaskan mengapa ketika dipoles, tindakan yang menggores permukaannya dan mengeluarkan partikel logam murni, percikan api dibakar dilepaskan dengan suhu 2000 ºC; yaitu, hafnio menyajikan piroporisitas, satu -satunya properti yang memerlukan risiko api atau luka bakar yang serius.