Таблица Менделеева
Пятница, 25.09.2020, 12:39
Меню сайта

Категории раздела
Щелочные металлы [6]
Щелочноземельные металлы [6]
Переходные металлы [38]
Легкие металлы [11]
Полуметаллы [7]
Галогены [6]
Инертные газы [7]
Неметаллы [7]
Актиноиды [15]
Лантаноиды [15]

Вход на сайт

Поиск
Случайные элементы:
ГЕЛИЙ (лат. Helium)
УРАН (лат. Uranium)
ТИТАН (лат. Titanium)
Нихоний (лат. Nihonium)
ЭРБИЙ (лат. Erbium)

Статистика

Новости, новости Беларуси, последние новости, новости мира на Uvaga.By
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Главная » Статьи » Элементы » Переходные металлы

ГАФНИЙ (лат. Hafnium)

ГАФНИЙ (лат. Hafnium)

 

Общие сведения

Химический элемент таблицы Менделеева, металл.
Символ элемента: Hf.
Атомный номер: 72.
Положение в таблице: 6-й период, группа - IVB(4).
Относительная атомная масса: 178,49.
Степени окисления (жирным шрифтом выделена наиболее характерная): +4,+3 и +2.
валентности (жирным шрифтом выделена наиболее характерная): IV,III,II.
Электроотрицательность: 1,6.
Электронная конфигурация: [Xe]5 s 2p 6 d2 6 s2.
Природный гафний состоит из шести изотопов с массовыми числами 174 (0,18%), 176 (5,20%), 177 (18,50%), 178 (27,14%), 179 (13,75%) и 180 (35,23%).

 

Строение атома

Число электронов: 72.
Число протонов: 72.
Радиус атома 0,159 нм, радиус иона Hf4+ 0,082 нм. Энергии последовательной ионизации атома 7,5, 15,0, 23,3, 33,3 эВ.

 

История открытия

Существование гафния было предсказано Д. И. Менделеевым в 1870. Открыт гафний был в 1923 датчанином Д. Костером и венгром Д. Хевеши в Копенгагене (отсюда и название: от латинского Hafnia — Копенгаген) при изучении цирконийсодержащего образца методом рентгеновской спектроскопии. Металлический гафний приготовлен впервые Хевеши в 1926 восстановлением гафната калия K 2 HfO 3 натрием:
K 2 HfO 3 + 4Na = Hf + K 2O + 2Na 2 O

Нахождение в природе

Содержание гафния в земной коре (3-4)·10–4 % по массе. Относится к рассеянным элементам. Собственных минералов не образует, встречается в виде примеси к минералам циркония.

Получение

Получают попутно с цирконием. Отделить гафний от всегда сопутствующего ему в природе элемента-аналога циркония очень трудно из-за близости их химического поведения, что объясняется близостью ионных радиусов Hf4+ и Zr4+ . Разделение проводят с помощью ионного обмена и экстракцией растворителями.
После отделения методом экстракции и дробной кристаллизации получают комплексный фторид K 2 [HfF 6 ]. Далее проводят магний-, кальций- или натрийтермию в атмосфере Ar или He:
K 2 [HfF 6 ] + 4Na = 4NaF + 2KF + Hf
Гафний получают также восстановлением HfO 2 кальцием при 1300°C:
HfO 2+ 2Ca = Hf + 2CaO
Глубокую очистку получаемого таким образом гафния проводят в химическом реакторе при 600 °C:
Hf + 2I 2= HfI 4 ,
В горячей зоне реактора на тонкой вольфрамовой проволоке, нагреваемой электрическим током до 1300-1750°C, HfI 4 разлагается на Hf и I 2 . Пары иода снова реагируют с исходным гафнием. Очищенный гафний переплавляют в дуговых и электроннолучевых печах.

Физические и химические свойства

Компактный гафний — серебристо-белый блестящий металл. Порошкообразный — темно-серый, матовый.
Ниже 1740°C устойчив гексагональныйa -Hf со структурой магния ( a = 0,31883 нм,c = 0,50422 нм). Плотность 13,350 кг/дм3 . Выше 1740°C устойчив b -Hf с кубической объемно-центрированной решеткой типа a -Fe ( а = 0,3615 нм). Гафний тугоплавок, температура плавления 2230°C, кипения 4620°C.
Механические свойства гафния зависят от его чистоты и способа обработки. Примеси кислорода, азота, углерода, водорода придают гафнию хрупкость, облучение нейтронами увеличивает его твердость; отжиг восстанавливает первоначальные свойства.
По химическим свойствам гафний подобен цирконию. При нормальных условиях устойчив к коррозии из-за образования оксидной пленки HfO 2 . При нагревании химическая активность гафния возрастает. При температурах выше 700°C он реагирует с кислородом воздуха:
Hf + O 2= HfO 2
С азотом при 700-800°C образуется нитрид гафния HfN
2Hf + N 2= 2HfN
Тетрагалогениды гафния (HfCl 4 , HfBr 4и HfI 4 ) образуются из простых веществ при 200-400°C.
При 350-400°C металлический гафний поглощает водород с образованием гидрида HfH 2 , выше 400°C гидрид отдает водород.
Гафний взаимодействует с кислотами, только если создаются условия окисления и образования анионных комплексов Hf(IV). Мелко раздробленный гафний растворяется в плавиковой кислоте:
Hf + 6HF = H 2 [HfF 6 ] + 2H 2
В смеси азотной и плавиковой кислот и в царской водке идут реакции:
3Hf + 4HNO 3 + 18HF = 3H 2 [HfF6 ] + 4NO + 8H2 O,
3Hf + 4HNO 3 + 18HCl = 3H 2 [HfCl6 ] + 4NO + 8H2 O
С концентрированной серной кислотой гафний взаимодействует только при кипячении:
Hf + 5H 2 SO 4 = H2 [Hf(SO 4 )3 ] + 2SO 2 + 4H2 O
Гафний устойчив к растворам щелочей.
При окислении гафния последовательно возникает несколько нестехиометрических оксидов, высшим из которых является HfO 2 . Он существует в трех модификациях с температурами переходов 1650°C и 2500°C. Плавится HfO 2 при температуре 2780°C.
Диоксид HfO 2 не растворяется в воде, концентрированных соляной и азотной кислотах, но взаимодействует с концентрированной плавиковой и серной кислотами. С расплавленными щелочами HfO 2 реагирует с образованием солей — гафнатов:
HfO 2+ 2NaOH = Na 2 HfO 3 + H 2 O
При подкислении растворов гафнатов выделяется гидратированный гелеобразный оксид HfO 2 ·xH2O (гидроксид гафния):
Na 2 HfO 3 + HCl = NaCl + HfO2·xH2O,
При нагревании HfO 2 ·xH2O теряет воду:
HfO 2 ·xH2O = HfO(OH) 2 = HfO 2 + H2O
Безводный хлорид гафния HfCl 4получают нагреванием смеси оксида HfO 2 и C:
HfO 2 + C + 2Cl 2 = HfCl4 + 2CO.
В водных растворах соли гафния существуют в виде сложных ассоциатов, из которых можно выделить кристаллогидраты:
Hf(OH) 2 Cl 2 ·7H2 O и Hf(OH) 2 (NO 3 )2 ·H 2 O.
При нагревании с сильными восстановителями тетрагалогениды гафния переходят в три- и дигалогениды (HfCl 3и HfCl 2 ). Получен также HfCl.

Применение

Основная часть производимого гафния в виде HfO 2 применяется для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов и защитных экранов. Применяется в качестве материала для катодных трубок и электродов в выпрямителях и газоразрядных трубках высокого давления. Жаропрочные сплавы гафния с танталом, молибденом и вольфрамом используются для изготовления камер сгорания реактивных двигателей.
 
Категория: Переходные металлы | Добавил: ischavliuga (24.10.2017)
Просмотров: 719 | Рейтинг: 0.0/0

Посмотрите также:

ГЕЛИЙ (лат. Helium)
УРАН (лат. Uranium)
ТИТАН (лат. Titanium)
Нихоний (лат. Nihonium)
ЭРБИЙ (лат. Erbium)

Последние новости:

Древнейшие кристаллы помогли узнать истинный возраст магнитного поля Земли
Очередная проверка emdrive
На Земле гораздо больше рек и озер, чем думали ученые
Ученые выяснили, сколько нужно людей для полета к планете Проксима b
Биологи выделили клетку, из которой можно восстановить всё тело

Мы в телеграмм

Всего комментариев: 0
avatar
(С)Обратная связь © 2020 Каталог сайтов Всего.RU Каталог сайтов OpenLinks.RU Бесплатный каталог AddsSites, регистрация сайтов.