72 элемент таблицы менделеева: Гафний – 72 элемент таблицы Менделеева

Содержание

Гафний – 72 элемент таблицы Менделеева

Гафний — тяжёлый тугоплавкий серебристо-белый металл, 72 элемент периодической системы.

Д. И. Менделеев предвидел будущее открытие элемента с порядковым номером 72. Но описать его свойства с той же обстоятельностью, как свойства тоже еще не открытых скандия, германия и галлия, Менделеев не мог. Стройность периодической системы необъяснимо нарушали лантан и следующие за ним элементы. Позже Богуслав Браунер, выдающийся чешский химик, друг и сподвижник Менделеева, предложил выделить 14 лантаноидов в самостоятельный ряд, а в основном «тексте» таблицы поместить их все в клетку лантана. В 1907 г. был открыт самый тяжелый лантаноид – лютеций. Впрочем, уверенности в том, что лютеций – последний и самый тяжелый из редкоземельных элементов, у большинства химиков не было.

Систематические поиски элемента №72 начались лишь в XX в.

В 1911 г. Жорж Урбен сообщил об открытии нового элемента в рудах редких земель. В честь некогда населявших территорию Франции древних племен кельтов он назвал новый элемент кельтием.

В 1922 г. Довилье, тоже француз, исследуя смесь редких земель, применил усовершенствованные методы рентгенографического анализа. Заметив в спектре две новые линии, Довилье решил, что эти линии принадлежат элементу с порядковым номером 72, и кельтий признали пятнадцатым лантаноидом.

Но радость открытия была недолгой.

К этому времени электронная модель атома была разработана уже настолько, что на ее основе Нильс Бор смог объяснить периодичность строения атомов, объяснить особенности и порядок размещения элементов в периодической системе. На основании своих расчетов Бор заключил, что последним редкоземельным элементом должен быть элемент №71 – лютеций, а элемент №72, по его мнению, должен быть аналогом циркония.

Экспериментально проверить выводы Бора взялись сотрудники Института теоретической физики в Копенгагене Костер и Хевеши. С этой целью они исследовали несколько образцов циркониевых минералов. Остатки, полученные после выщелачивания кипящими кислотами норвежских и гренландских цирконов, были подвергнуты рентгено-спектральному анализу. Линии рентгенограммы совпали с характерными линиями, вычисленными для элемента №72 по закону Мозли, На основании этого Костер и Хевеши в 1923 г. объявили об открытии элемента №72 и назвали его гафнием в честь города, где было сделано это открытие (Hafnia – латинское название Копенгагена). В той же статье они отметили, что вещество, полученное Урбеном и Довилье, не могло быть элементом с порядковым номером 72, так как указанная ими длина волн линий рентгеновского спектра отличалась от теоретических значений намного больше, чем это допустимо для экспериментальной ошибки. А вскоре сотрудники того же института Вернер и Хансен показали, что спектральные линии, обнаруженные Урбеном, соответствовали линиям не гафния, а лютеция; в спектре же образцов, содержащих 90% гафния, не встречалось ни одной спектральной линии Урбена.

В 1924 г. в отчете Комиссии по атомным весам было однозначно указано, что элемент с порядковым номером 72 должен быть назван гафнием, как это предложили Костер и Хевеши. С тех пор названию «гафний» отдали предпочтение все ученые мира, кроме ученых Франции, которые до 1949 г. употребляли название «кельтий».

ГАФНИЙ — ВСЕ О РЕДКОМ МЕТАЛЛЕ

   Д.И. Менделеев еще в 1870 году предсказал существования Гафния или 72 элементы химической таблицы. Однако поиск был направлен в сторону редкоземельных металлов. Только в 1921 году Бор представил теорию, где предполагалось, что 72 элемент должен быть подобен по своей структуре цирконию.

   Ученые из Венгрии и Голландии: Д. Хевеши и Д. Костер были заняты изучением минералов циркония рентгеноспектральным методом. В ходе исследований они обнаружили Гафний, назвав металл в честь города, где произошло открытие, Копенгаген (лат. Hafnium). Только в 1949 году Hf был утвержден, как элемент периодической таблицы Менделеева и данное название было принято всеми.

   По приблизительным оценкам зарубежных источников залежи Гафния на планете составляют около 600 тыс. тонн. Добывают его в основном из руд, содержащих цирконий, где процент Hf довольно низок, всего 1-2 %.

Однако некоторые минералы циркония содержат до 4% металла с 72 порядковым номером.

   Также минерал скандия, Тортвейтит, содержит несколько процентов Hf, тогда как циркония значительно меньше. Это учитывается при переработке минерала на скандий и извлечения гафния из него.

   Если посмотреть на фото гафния, его различные модификации, то можно убедиться в его многообразии. С цирконием он выглядит, как полупрозрачный золотисто-серебряный камень. Силицид гафния – порошок почти черного цвета, даже без намека на блеск, диоксид гафния напоминает кашу саго (это белые крупинки правильной круглой формы). Наиболее известное место, где достоверно использовался гафний, называют лунный модуль Аполлон (его сопло изготовлено из карбида гафния).

   В чистом виде Hf эстетически приятный на вид металл, ковкий, плавкий. Покрывается окислительной пленкой, за счет чего долгое время хранится на открытом воздухе без видимых изменений.

   Применение гафния обуславливается его физическими и химическими свойствами

   Наиболее важными считаются такие параметры:

  • гафний обладает гексагональной решеткой;
  • имеет плотность чистого вещества при t 20 °С равна 13,09 г/см3;
  • плавится и кипит при таких температурах: 2222 °С, 4600 °С, соответственно;
  • поглощает тепловые нейтроны;
  • интересен высокой эмиссионной способностью.

   Как уже отмечалось, Hafnium очень схож своими химическими свойствами с цирконием. Подобны и их соединения. Однако ощутимая разница в поперечных сечениях захвата нейтронов (в тысячи раз) делает их принципиально отличными элементами с точки зрения атомной и ядерной физики. Hafnium хорошо подходит для изготовления регуляторов стержней реакторов, а также защитных экранов от потока нейтронов.

   Такие радиально противоположные свойства уже более полувека заставляют ученых работать над проблематикой экономически выгодных методов получения чистых материалов: Hf и Zr.

   Конкретные места применения сплавов и соединений

   Кроме атомной промышленности, гафний востребован в металлургии, как легирующее вещество. Будучи тугоплавким металлом, он делает сплавы с кобальтом, никелем, титаном более прочными.

   Благодаря этому HfCo нашли свое применение в турбостроении, а также нескольких видах промышленности: пищевой, нефтяной, химической.

  HfNi добавление даже малой доли гафния в сплавы никеля положительно влияют на процессы сварки, швы получаются равномерными, незаметными и прочными, как и весь сплав. Дополнительно к этому повышается антикоррозийная способность материала.

   Износостойкие нитридные покрытия, используемые на лопастях газовых турбин методом катодно-ионной бомбардировки, легируют, применяя катоды из циркония с гафнием (ЦГ20). Это в 3-4 раза увеличивает эксплуатационную пригодность.

  HfТi легированный титан активно используется в судостроительстве, где активно применяется для деталей двигателей.

  Сверхмощные постоянные магниты, например, тербия и самария не обходятся без присутствия Hf в своих составах.

  Также славятся своей тугоплавкостью карбид гафния (20), считающийся аналогом карбида тантала (80).

   Гафний значительно улучшает свойства алюминия. Всего 1% легирующего металла и можно говорить о прочном сплаве, повышенном пределе прочности при механических деформациях: сдвиг и кручение.

Улучшается вибростойкость.

   Благодаря высокой диэлектрической проницаемости Hf, может стать элементом следующего поколения, его оксиды должны заменить SiO в микроэлектронике. Интересный факт: Intel Penryn использует HfО в 45- нмпроцессорах.

   Кроме того, высокий показатель преломления оксида гафния способствует тому, чтобы использовать его при изготовлении приборов ночного виденья (это специальные марки стекол).

   Большое будущее ждет HfSi, который также обладает высокой диэлектрической проницаемостью (специальная керамика). Также в микроэлектронике требуются резистивные пленки с заданными параметрами: сплавы Hf и скандия – отличный материал для их производства.

   Еще одна область, где активно применяется Hf – это производство многослойных рентгеновских зеркал. При их изготовлении силицид гафния не принимает прямого вхождения. Однако общий вид формулы HfB2 + SiC + Si говорит об активном участии бромида и кремния в создании прочных стекол. Подобная методика используется для выполнения высокопрочных пленок напылением или нанесением специальной кисточкой. Иногда данную методику так и называют поверхностное легирование.

   Гафний на рынке вторичного сырья

   Столь многогранные формы использования Hf порождают не малый интерес к металлу на рынке вторичного сырья. Объявления «куплю гафний в любом виде» сопровождают почти каждый пункт, принимающий лом радиоэлектроники и не только. Цена Hf достаточно высока на рынке металлов.

   Крупные промышленные корпорации также заинтересованы в приобретении металла, поскольку мировая годовая добыча гафния, чаще всего пропорциональна получению циркония и это очень низкие показатели.

   Между тем даже на экранах мониторов, телевизоров, среди лома радиодеталей есть доля гафния, который принимают даже в таком виде (хотя сдавать приходится на лом бытовой предмет, иногда даже оплачивая утилизацию).

   Силицид гафния довольно распространенный материал, который также востребован на рынке вторичного сырья.

   Готовы потребители покупать йодидный Hafnium, не упоминавшийся до этого. Это специальные прутки необходимые для проведения исследований. Этот материал описан ГОСТ 22517-77. Там можно найти подробное описание тому, как проверяют качество гафния. Впрочем, с 1977 года часть появилось много более совершенных методов.

 

ГАФНИЙ (лат. Hafnium) – Переходные металлы – Элементы – Каталог статей

 

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.

 

=3>

Таблица Менделеева online – Hf

Относительная электроотрицательность (по Полингу): 1,23
Температура плавления: 2227°C
Температура кипения: 4602°C
Теплопроводность: 22
Плотность: 13,2 г/см3
Открыт: Д. Костер, Г. Хевеши
Цвет в твёрдом состоянии: Серо-стальной
Тип: Переходный металл
Орбитали: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d25f06s2
Электронная формула: Hf – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 4f14 5d2 6s2
Hf – [Xe] 4f14 5d2 6s2
Валентность: +4
Степени окисления: 0,+IV
Сверхпроводящее состояние при температуре: 0 К
Потенциалы ионизации: 7,0 В
14,925 В
23,32 В
Электропроводность в тв. фазе: 2,44*106 при 300K
Ковалентный радиус: 1,44 Å
Атомный объем: 13,6 см3/моль
Атомный радиус: 2,16 Å
Теплота распада: 24,06 Кдж/моль
Теплота парообразования: 575 Кдж/моль
Кристаллическая структура: Гексагональная. Радиус описанной вокруг основания окружности не равен высоте фигуры. Боковая сторона перпендикулярна основанию

ПромМетиз +7 (812) 385-76-07 Гафний

Общая информация.

Гафний относится к категории тяжёлых и тугоплавких металлов. Он имеет серебристо белый цвет и гексагональную структуру молекулярной решетки. Если рассматривать гафний, как элемент таблицы Менделеева, то его свойства характерны для занимаемой группы. Атомная масса составляет 178,49 грамм на моль, а номер – 72.

История открытия.

На протяжении весьма длительного времени о существовании гафния не было известно. Работа Менделеева над своей таблицей определила некоторые показатели данного металла. Это несколько облегчило задачу исследователям. В конце 19, начале 20 века несколько раз объявлялось об открытии элемента с подходящими свойствами. Несмотря на это, данные металлы оказывались смесями циркония и других веществ. Только в 1923 году произошло открытие гафния и его выделение в относительно чистом виде. Этому предшествовала довольно продолжительная упорная работа исследователей Дирка Костера и Дьёрдья де Хевеши. Элемент был сразу назван гафнием, но споры об это велись вплоть до официального утверждения в 1949 году.

Содержание в природе и способы получения.

Если рассматривать общую концентрацию гафния в земной коре, то она довольно незначительна. Так, средний показатель концентрации элемента составляет всего четыре грамма на одну тонну. Металл не имеет собственных руд и обладает значительной схожестью с цирконием, что определяет способ его получения. Гафний выделяют из циркониевых руд, где он составляет одну сороковую часть от массы данного металла. Общая мировая выработка гафния составляет 70 тонн, что делает его довольно дорогим металлом.

Если рассматривать самые крупные месторождения, то в тройке лидеров находятся следующие страны: Австралия, ЮАР, США. Они обладают большей часть доступного к разработке гафния, присутствующего на планете. Стоит отметить весьма большие запасы на территории РФ, но они не разведаны окончательно.

Физические и химические свойства.

Гафний имеет высокий показатель сечения захвата таких частиц, как тепловые нейтроны. Масса металла, объём которого составляет 1 кубометр – 13,31 тонны. Переход в жидкое состояние начинается от 2503 градусов по Кельвину. Испарение происходит при достижении температурой значения в 5470 К.

Химические свойства не отличаются разнообразием и гафний можно считать металлом с большой инертностью. Именно в этом и заключается одно из главных отличий от циркония, который гораздо легче вступает во взаимодействия. Если требуется растворить гафний, используют фтороводородную кислоту или царскую водку. Процессы окисления возможны только в случае увеличения температуры свыше 750 градусов по Цельсию. В обычных условиях, гафний инертен по отношению к стеклу и воде.

Применение.

Наиболее часто гафний можно встретить в современном мире в виде сплавов. Они применяются в аэрокосмической сфере, а также атомной промышленности и некоторых других областях. Причина подобного направления использования заключается в оптимальности свойств гафния, что позволяет ему выполнять поставленные задачи при наличии большого количества специфических требований.

Оксид гафния нашёл широкое применение в оптике. Он обладает значительными показателями коэффициента преломления, а также стойкостью к высокотемпературным воздействиям. За счёт низких значений работы выхода электронов. Распространено использование в качестве компонентов для изготовления катодов.

Гафний используется в большом количестве сфер и имеет большие перспективы. Наиболее интересным вариантом является создание принципиально новых источников электропитания.

Новый элемент таблицы Менделеева назвали в честь российских ученых :: Общество :: РБК

На торжественной церемонии в Центральном доме ученых РАН присвоили названия двум сравнительно недавно открытым элементам таблицы Менделеева.

Фото: ИТАР-ТАСС

“Элемент с номером 114 теперь называется “флеровий” – в честь Лаборатории ядерных реакций имени Флерова. Элемент с номером 116 называется “ливерморий” – в честь Ливерморской национальной лаборатории”, – сообщил президент Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) Тацуми Кацуюки.

Эти названия были утверждены IUPAC еще в июне 2012г. За новыми элементами закреплены обозначения Fl и Lv.

Флеровий и ливерморий являются сверхтяжелыми аналогами инертных газов. Установить их точные химические свойства пока не представляется возможным – они могут единовременно существовать всего долю секунды.

Элементы были открыты в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне с разницей в четыре года. В 2000г. был синтезирован флеровий путем бомбардировки плутония-242 ядрами кальция-48. В 2004г. в результате реакции кальция-48 и кюрия-245 был открыт ливерморий. Эксперименты проводились при участии американских коллег из лаборатории имени Лоуренса.

Изначально один из элементов планировалось назвать “московием” в связи с тем, что они были открыты недалеко от столицы.

РХО

Подробности

Опубликовано: 01 Сентябрь 2021

Просмотров: 351

Представляем Вашему вниманию проект Информационного бюллетеня РХО, который по нашему замыслу и опыту других обществ, должен стать не только средством информации о научных достижениях, но и коммуникации членов общества, площадкой для дискуссии, формулирования новых идей и предложений по осмыслению роли нашего общества в современных условиях и поиска решений для повышения качества нашей совместной работы на благо общества. Мы благодарим за инициативу и подготовку Информационного бюллетеня РХО наших коллег – доктора биологических наук Фахруллина Равиля Фаридовича (КГУ), члена-корреспондента РАН Иванова Владимира Константиновича (ИОНХ РАН) и члена-корреспондента РАН Горбунову Юлию Германовну (ИОНХ РАН) и будем рады Вашим идеям и предложениям по участию в развитии бюллетеня и деятельности общества в целом.

Подробнее…
Подробности

Опубликовано: 26 Июль 2021

Просмотров: 1004

5-10 июля 2021 года в Эльбрусском учебно-научном комплексе Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова состоялась XVII Международная научно-практическая конференция «Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения».

Подробнее…
Подробности

Опубликовано: 30 Май 2021

Просмотров: 696

Дорогие коллеги!

Российское химическое общество им. Д.И. Менделеева поздравляет всех работников, ветеранов, студентов с профессиональным праздником Днем Химика!

Подробнее…

Страница 1 из 5

фактов о гафнии | Живая наука

Гафний – блестящий серебристо-серый переходный металл. Обнаруженный в 1923 году, это был предпоследний элемент со стабильными ядрами, который был добавлен в таблицу Менделеева (последним был рений в 1925 году). Гафний назван в честь латинского слова Копенгаген: Hafnia . Этот элемент имеет несколько очень важных коммерческих применений, в том числе его использование в атомной энергетике, электронном оборудовании, керамике, электрических лампочках и в производстве суперсплавов.

Гафний редко встречается в природе в свободном виде, вместо этого он присутствует в большинстве минералов циркония в концентрации до 5 процентов. Фактически, гафний настолько химически похож на цирконий, что разделить два элемента чрезвычайно сложно. Большая часть товарного гафния производится как побочный продукт при рафинировании циркония.

Гафний – 45-й по величине элемент на Земле, составляющий около 3,3 частей на миллион (ppm) земной коры по весу, согласно Chemicool. Гафний довольно устойчив к коррозии из-за образования оксидной пленки на открытых поверхностях.Фактически, он не подвержен действию воды, воздуха и всех щелочей и кислот, кроме фтороводорода.

Карбид гафния (HfC) имеет самую высокую температуру плавления из всех известных двухэлементных соединений, составляющую около 7 034 градуса по Фаренгейту (3890 градусов по Цельсию), согласно Jefferson Lab. Составной нитрид гафния (HfN) также имеет высокую температуру плавления, около 5 981 ° F (3305 ° C). Согласно Chemistry World, среди соединений трех элементов смешанный карбид вольфрама и гафния имеет самую высокую температуру плавления среди всех известных соединений – 7 457 градусов по Фаренгейту (4 125 градусов по Цельсию).Некоторые другие соединения гафния включают фторид гафния (HfF 4 ), хлорид гафния (HfCl 4 ) и оксид гафния (HfO 2 ).

Только факты

  • Атомный номер (количество протонов в ядре): 72
  • Символ атома (в периодической таблице элементов): Hf
  • Атомный вес (средняя масса атома): 178,49
  • Плотность: 13,3 грамма на кубический сантиметр
  • Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
  • Точка плавления: 4 051 градус Фаренгейта (2233 градуса Цельсия)
  • Точка кипения: 8 317 градусов F (4 603 градуса C)
  • Количество изотопов (атомов один и тот же элемент с другим числом нейтронов): 32, период полураспада которых известен с массовыми числами от 154 до 185
  • Наиболее распространенные изотопы: Hf-174, Hf-176, Hf-177, Hf-178, Hf-179 и Hf -180.

(Изображение предоставлено Андреем Маринкасом Shutterstock)

Discovery

По данным Chemistry World, присутствие гафния было предсказано за десятилетия до его открытия. Этот элемент оказался довольно неуловимым, так как было практически невозможно отличить его химически от гораздо более распространенного циркония.

Гафний был еще неизвестен, когда русский химик и изобретатель Дмитрий Менделеев разработал Периодический закон – предсовременную версию периодической таблицы элементов – в 1869 году.Однако в своей работе Менделеев правильно предсказал, что будет элемент, свойства которого аналогичны, но тяжелее, чем цирконий и титан.

В 1911 году французский химик Жорж Урбен, который уже открыл редкоземельный элемент лютеций, считал, что наконец обнаружил недостающий элемент 72, который, согласно Chemicool, он назвал целцием. Однако несколько лет спустя его открытие оказалось комбинацией уже открытых лантаноидов (15 металлических элементов с атомными номерами от 57 до 71 в периодической таблице).

По-прежнему было неясно, будет ли отсутствующий элемент 72 переходным или редкоземельным металлом, поскольку он попал на границу между этими двумя типами элементов в таблице. По данным Chemistry World, химики, которые считали, что это редкоземельный элемент, провели много бесплодных поисков среди минералов, содержащих редкоземельные элементы.

Однако новые данные, полученные как из области химии, так и из физики, подтвердили идею о том, что элемент 72 будет переходным элементом.Например, ученые знали, что элемент 72 находится ниже титана и циркония в периодической таблице, и оба они были известными переходными элементами. Кроме того, датский физик Нильс Бор, один из основателей квантовой теории, предсказал, что элемент 72 будет переходным металлом на основе его электронной конфигурации элемента, согласно Chemistry World.

В 1921 году Бор призвал венгерского химика Георга фон Хевеши и голландского физика Дирка Костерто – двух молодых исследователей в его институте в то время – искать элемент 72 в циркониевой руде.Основываясь на своей квантовой теории атомной структуры, Бор знал, что новый металл будет иметь химическую структуру, аналогичную цирконию, поэтому, согласно Chemicool, была большая вероятность того, что эти два элемента будут найдены в одних и тех же рудах.

Фон Хевеши и Костер последовали совету Бора и приступили к изучению циркониевой руды с помощью рентгеновской спектроскопии. По данным Chemical and Engineering News, они использовали теорию Бора о том, как электроны заполняют оболочки и подоболочки внутри атомов, чтобы предсказать различия между рентгеновскими спектрами двух элементов.Этот метод в конечном итоге привел к открытию гафния в 1923 году. Это открытие было одним из шести оставшихся пробелов в периодической таблице Менделеева. Они назвали новый элемент в честь родного города Бора Копенгагена ( Hafnia на латыни).

Использует

Гафний чрезвычайно устойчив к коррозии и отлично поглощает нейтроны, что позволяет использовать его в атомных подводных лодках и стержнях управления ядерными реакторами – важной технологии, используемой для поддержания реакций деления. Управляющие стержни поддерживают активную цепную реакцию деления, но также предотвращают ее неконтролируемое ускорение.

Гафний используется в электронном оборудовании, таком как катоды и конденсаторы, а также в керамике, фотовспышках и нити накаливания ламп. По данным лаборатории Джефферсона, он используется в вакуумных трубках в качестве газопоглотителя – вещества, которое соединяется с газами и удаляет из них следовые газы. Гафний обычно сплавлен с другими металлами, такими как титан, железо, ниобий и тантал. Например, жаропрочные гафний-нобиевые сплавы используются в аэрокосмической отрасли, например, в космических ракетных двигателях.

Составной карбид гафния имеет самую высокую температуру плавления среди всех соединений, состоящих всего из двух элементов, что позволяет использовать его для изготовления высокотемпературных печей и обжиговых печей, согласно Chemicool.

Кто знал?

  • Гафний пирофорен (самовоспламеняется) в виде порошка.
  • Английский химик Генри Мозли был ученым, который понял, что элемент Жоржа Урбена «кельций» не является истинным элементом, находящимся под цирконием. К сожалению, Первая мировая война прервала важные исследования этого молодого ученого.Мозли послушно поступил на службу в Королевские инженеры британской армии и был убит снайпером в 1915 году. Его смерть заставила Англию установить новую политику, запрещающую выдающимся ученым участвовать в боевых действиях.
  • В 1925 году голландские химики Антон Эдуард ван Аркель и Ян Хендрик де Бур разработали метод получения гафния высокой чистоты. Для этого ученые разложили тетраиодид гафния на горячей вольфрамовой проволоке, в результате чего получился кристаллический стержень из чистого гафния, согласно Chemicool.Этот метод называется процессом кристаллического бруска.
  • Ядерный изомер гафния долгое время обсуждался как потенциальное оружие. В «Споре о гафнии» ученые обсуждают, способен ли этот элемент вызывать быстрое высвобождение энергии.
  • Хотя цирконий химически очень похож на гафний, он отличается от гафния тем, что очень плохо поглощает нейтроны. Поэтому цирконий используется во внешнем слое топливных стержней, где важно, чтобы нейтроны могли легко перемещаться.

Датирование слоев Земли с помощью гафния

В недавнем исследовании международная группа исследователей смогла подтвердить, что первая кора Земли сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад, благодаря химическому анализу гафния в редком метеорите. Исследователи полагают, что метеорит произошел от астероида Веста после сильного удара, в результате которого на Землю были отправлены фрагменты горной породы, говорится в пресс-релизе исследования, опубликованном в Science Daily. По мнению исследователей, метеориты – это части первоначального материала, из которого сформированы все планеты.Для исследования они измерили соотношение изотопов гафния-176 и гафния-177 в метеорите. Это дало им отправную точку для построения Земли. Они сравнили результаты с самыми старыми породами на Земле, по сути подтвердив, что кора уже сформировалась на поверхности Земли около 4,5 миллиардов лет назад. Их результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Hf Информация об элементе гафния: факты, свойства, тенденции, использование и сравнение – Периодическая таблица элементов

История гафния

Элемент гафний был открыт Дирком Костером в году 1923 год в Дании .Гафний получил свое название от Hafnia, нового латинского названия Копенгагена.

Присутствие гафния: изобилие в природе и вокруг нас

В таблице ниже показано содержание гафния во Вселенной, Солнце, Метеоритах, Земная кора, океаны и человеческое тело.

Кристаллическая структура гафния

Твердотельная структура гафния – простой гексагональной формы.

Кристаллическую структуру можно описать с помощью ее элементарной ячейки. Элементарные ячейки повторяются в три пространственное пространство для формирования конструкции.

Параметры элементарной ячейки

Элементарная ячейка представлена ​​в терминах ее параметров решетки, которые являются длинами ячейки края Константы решетки ( a , b и c )

б с
319.64 319,64 505,11 вечера

и углы между ними Решетки Углы (альфа, бета и гамма).

альфа бета гамма
π / 2 π / 2 2 π / 3

Положения атомов внутри элементарной ячейки описываются набором атомных положений ( x i , y i , z i ), измеренные от опорной точки решетки.

Свойства симметрии кристалла описываются концепцией пространственных групп. Все возможно симметричное расположение частиц в трехмерном пространстве описывается 230 пространственными группами (219 различных типов или 230, если хиральные копии считаются отдельными.

Атомные и орбитальные свойства гафния

Атомы гафния имеют 72 электрона и структура электронной оболочки [2, 8, 18, 32, 10, 2] с символом атомного термина (квантовые числа) 3 F 2 .

Оболочечная структура гафния – количество электронов на энергию уровень

n с с. д f
1 К 2
2 л 2 6
3 M 2 6 10
4 N 2 6 10 14
5 O 2 6 2
6 -П, 2

Основное состояние электронной конфигурации гафния – нейтраль Атом гафния

Электронная конфигурация нейтрального атома гафния в основном состоянии [Xe] 4f14 5d2 6s2.Часть конфигурации гафния, которая эквивалентна благородному газу предыдущий период сокращенно обозначается [Xe]. Для атомов с большим количеством электронов это нотация может стать длинной, поэтому используется сокращенная нотация. валентные электроны 4f14 5d2 6s2, электроны в внешняя оболочка, определяющая химические свойства элемента.

Полная электронная конфигурация нейтрального гафния

Полная электронная конфигурация основного состояния для атома гафния, несокращенная электронная конфигурация

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 4f14 5d2 6s2

Атомная структура гафния

Атомный радиус гафния 208 пм, а его ковалентный радиус 150 пм.

Атомный спектр гафния

Гафний Химические свойства: Энергии ионизации гафния и сродство к электрону

Электронное сродство гафния составляет 0 кДж / моль.

Энергия ионизации гафния

Энергия ионизации гафния

см. В таблице ниже.
Число энергии ионизации Энтальпия – кДж / моль
1 658.5
2 1440
3 2250
4 3216

Физические свойства гафния

Физические свойства гафния см. В таблице ниже.

Плотность 13.31 г / см3
Молярный объем 13.410 2178813 см3

Эластичные свойства

Твердость гафния – Испытания для измерения твердости элемента

Электрические свойства гафния

Гафний – проводник электричества. Ссылаться на стол ниже электрические свойства гафния

Теплопроводность и теплопроводность гафния

Магнитные свойства гафния

Оптические свойства гафния

Акустические свойства гафния

Тепловые свойства гафния – энтальпии и термодинамика

Термические свойства гафния

см. В таблице ниже.

Энтальпия гафния

Изотопы гафния – ядерные свойства гафния

Изотопы родия.Встречающийся в природе гафний имеет 5 стабильный изотоп – 176Hf, 177Hf, 178Hf, 179Hf, 180Hf.

Изотоп Масса изотопа % Изобилие Т половина Режим распада
153Hf
154Hf
155Hf
156Hf
157Hf
158Hf
159Hf
160Hf
161Hf
162Hf
163Hf
164Hf
165Hf
166Hf
167Hf
168Hf
169Hf
170Hf
171Hf
172Hf
173Hf
174Hf 0.16%
175Hf
176Hf 5.26% Стабильный N / A
177Hf 18.6% Стабильный N / A
178Hf 27.28% Стабильный N / A
179Hf 13.62% Стабильный N / A
180Hf 35.08% Стабильный N / A
181Hf
182Hf
183Hf
184Hf
185Hf
186Hf
187Hf
188Hf

Нормативно-правовое регулирование и здравоохранение – Параметры и рекомендации по охране здоровья и безопасности

Поиск в базе данных

Список уникальных идентификаторов для поиска элемента в различных базах данных химического реестра

Изучите нашу интерактивную таблицу Менделеева

Сравнение элементов периодической таблицы

гафний | видео | Периодическая таблица

Элементом этой недели является гафний, который имеет атомный символ Hf и атомный номер 72 .Гафний получил свое название от латинского слова «Копенгаген», где он был обнаружен.

Гафний – это блестящий металл серебристого цвета, который никогда не встречается в свободном доступе в дикой природе. Гафний тесно связан с цирконием, с которым у него много общего. Фактически, гафний настолько химически похож на цирконий, что эти двойные элементы чрезвычайно трудно различить и разделить. По этой причине гафний часто содержит примеси циркония.

Помимо сходных химических реакций и образования одних и тех же химических соединений, гафний и цирконий интересны еще и тем, что диаметры их атомов имеют одинаковый размер из-за внутренней конфигурации дополнительных электронов гафния.Таким образом, гафний намного плотнее, чем его близнец, поэтому после того, как чистые образцы гафния были окончательно приготовлены, атомную массу и гафния, и циркония пришлось пересмотреть. По этим причинам гафний был предпоследним обнаруженным радиостабильным элементом.

В дополнение к его тесной связи со своим близнецом, гафний представляет интерес с научной точки зрения, потому что Дмитрий Менделеев предсказал его существование на основе своей периодической таблицы за 54 года до того, как он был фактически открыт.

Гафний используется в компьютерной индустрии для создания все меньших и меньших микрочипов, которые работают более эффективно при меньшем потреблении энергии за счет регулирования потока электричества через транзисторы.Гафний также полезен для ядерной энергетики в качестве «нейтронной губки» в управляющих стержнях реактора. Это одна из характеристик, которая отличает гафний от циркония: гафний в 600 раз более эффективен при поглощении нейтронов, чем его элементарный двойник.

Гафний не очень интересен биологам, потому что он не нужен для жизни. Несмотря на то, что он считается биологически вредным, его токсичность плохо охарактеризована из-за того, что получить чистые образцы очень сложно (и так дорого). Однако при этом никто никогда не умирал от отравления гафнием.

Вот наши любимые химики, которые рассказывают нам немного больше о гафнии:

[ссылка на видео]

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

Видео журналист Брэди Харан – человек с камерой, а Ноттингемский университет – это место, где обитают химики. Вы можете следить за Брэди в твиттере @periodicvideos и за Университетом Ноттингема в твиттере @UniofNottingham

Вы уже встречали эти элементы:

Лютеций: Lu , атомный номер 71
Иттербий: Yb , атомный номер 70
Тулий: ​​ Tm , атомный номер 69
Эрбий: Er , атомный номер 68
Гольмий: Ho , атомный номер 67
Диспрозий: Dy , атомный номер 66
Тербий: Tb , атомный номер 65
Гадолиний: Gd , атомный номер 64
Европий: Eu , атомный номер 63
Самарий: Sm , атомный номер 62
Прометий: Pm , атомный номер 61
Неодим: Nd , атомный номер 60
Празеодим: Pr , атомный номер 59
Церий: Ce , атомный номер 58
Лантан: La , атомный номер 57
Барий: Ba , атомный номер 56
Цезий: Cs , атомный номер 55
Ксенон: Xe , атомный номер 54
Йод: I , атомный номер 53
Теллур: Te , атомный номер 52
Сурьма: Sb , атомный номер 51
Олово: Sn , атомный номер 50
Индий: In , атомный номер 49
Кадмий: Cd , атомный номер 48
Серебро: Ag , атомный номер 47
Палладий: Pd , атомный номер 46
Родий: Rh , атомный номер 45
Рутений: Ru , атомный номер 44
Techne тий: Tc , атомный номер 43
Молибден: Mo , атомный номер 42
Ниобий: Ni , атомный номер 41
Цирконий: Zr , атомный номер 40
Иттрий: Y , атомный номер 39
Стронций: Sr , атомный номер 38
Рубидий: Rr , атомный номер 37
Криптон: Kr , атомный номер 36
Бром: Br , атомный номер 35
Селен: Se , атомный номер 34
Мышьяк: As , атомный номер 33
Германий: Ge , атомный номер 32
Галлий: Ga , атомный номер 31
Цинк: Zn , атомный номер 30
Медь: Cu , атомный номер 29
Никель: Ni , атомное число er 28
Кобальт: Co , атомный номер 27
Железо: Fe , атомный номер 26
Марганец: Mn , атомный номер 25
Хром: Cr , атомный номер 24
Ванадий: V , атомный номер 23
Титан: Ti , атомный номер 22
Скандий: Sc , атомный номер 21
Кальций: Ca , атомный номер 20
Калий: K , атомный номер 19
Аргон: Ar , атомный номер 18
Хлор: Cl , атомный номер 17
Сера: S , атомный номер 16
Фосфор : P , атомный номер 15
Кремний: Si , атомный номер 14
Алюминий: Al , атомный номер 13
Магний: Mg , атомный номер 12
Натрий: Na , атомный номер 11
Неон: Ne , атомный номер 10
Фтор: F , атомный номер 9
Кислород: O , атомный номер 8
Азот: N , атомный номер 7
Углерод: C , атомный номер 6
Бор: B , атомный номер 5
Бериллий: Be , атомный номер 4
Литий: Li , атомный номер 3
Гелий: He , атомный номер 2
Водород: H , атомный номер 1

Вот интерактивное исследование Королевского химического общества Периодическая таблица элементов, которая на самом деле , действительно , с которой весело играть!

.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

Следите за работой Grrlscientist в facebook, Google +, LinkedIn, Pinterest и, конечно же, в twitter: @GrrlScientist
, эл. Почта: [email protected]

Мастер недостающих элементов | Американский ученый

Эта статья из выпуска

сентябрь-октябрь 2014 г.
Том 102, номер 5

стр. 358

DOI: 10.1511 / 2014.110.358

Чуть более 100 лет назад молодой английский физик Генри Мозли дал новую жизнь периодической таблице элементов и помог решить ряд проблем в химии и физике.

Скорее всего, вы никогда о нем не слышали. Вскоре после того, как Мозли опубликовал эту работу, разразилась Первая мировая война, и 27-летний патриот почувствовал необходимость добровольно пойти на военный фронт, где он был убит пулей снайпера.Несмотря на свою сокращенную жизнь, работы Мозли продолжают влиять на мир химии. Фактически, его исследования сегодня более влиятельны, чем когда-либо, поскольку синтезируются и добавляются новые элементы в периодическую таблицу Менделеева, такие как элементы 115 и 118, которые еще не были названы.

Мозли открыл способ использования x- лучи в вакууме для определения атомного заряда элементов (критическое измерение их химических свойств, которые, как теперь известно, соответствуют количеству электронов в каждом элементе).Его работа позволила окончательно идентифицировать вещества и выявила, что некоторые элементы отсутствовали в периодической таблице того времени, что побудило последующих исследователей сделать революционные открытия о составе мира. Его методы также показали логику теперь стандартного упорядочивания таблицы Менделеева. Мозли работал с некоторыми гигантами в области физики, в том числе с легендарным Эрнестом Резерфордом, который открыл структуру атома. Вполне вероятно, что Мозли и сам получил бы Нобелевскую премию, если бы не его безвременная смерть.

Генри Мозли, казалось, суждено было оставить свой след в науке. Он родился в графстве Дорсет в Англии в 1887 году в семье с выдающейся научной родословной. Оба его деда, а также его отец, который умер, когда ему было всего четыре года, были членами Королевского общества. Один дедушка был математиком; Другой и отец Мозли были зоологами. В 1901 году молодой Мозли получил стипендию для учебы в Итоне, одной из самых престижных школ Англии.Там он преуспел как в учебе, так и в спорте; он также проникся патриотическим духом, который в конечном итоге стоил ему жизни.

В 1906 году Мозли получил еще одну стипендию, на этот раз поступив в Тринити-колледж Оксфордского университета. Однако он был разочарован отсутствием интереса к академической работе в целом и физике в частности в колледже. Он заметил, что такие занятия, как охота на лисиц, считаются более важными, чем академические успехи. После неудачной попытки получить диплом с отличием по физике – вероятно, потому, что он слишком интересовался предметом, а не методами сдачи экзаменов, – Мозли перевел учебу в Манчестерский университет, чтобы работать с Резерфордом.

Резерфорд немедленно приказал Мозли работать над экспериментами с радиоактивными изотопами, очевидно, признав его таланты. Но что действительно взволновало Мозли, так это еще одна новая область физики, которая началась незадолго до открытия радиоактивности. В 1897 году немецкий физик Вильгельм Рентген открыл несколько загадочных лучей, которые он назвал рентгеновскими лучами, которые нашли немедленное применение в медицине, а также в фундаментальных научных исследованиях. В 1912 году другой немецкий физик, Макс фон Лауэ, предположил, что кристаллы неорганических соединений (вещества, не основанные на молекулах, связанных углеродно-водородными связями) могут быть способны к дифракции рентгеновских лучей.Это предсказание почти сразу подтвердили независимые исследователи, которые обнаружили, что дифрагированные лучи образуют дискретные линии на фотопленке.

Дифракция рентгеновских лучей различалась в зависимости от типа используемого кристалла; узор линий можно было точно измерить, чтобы получить подробную информацию о расстоянии между плоскостями атомов, составляющих кристаллы, раскрывая их структуру. Кроме того, британский физик Чарльз Баркла обнаружил, что каждый элемент рассеивает рентгеновские лучи в разной степени, создавая отличительные линии и тем самым указывая на состав рассеивателя.Два других британских физика, Генри Брэгг и его сын Уильям, обнаружили, что даже отражение от кристаллов можно использовать для получения полезной информации о расстояниях между плоскостями атомов.

В то же время было много споров о том, являются ли рентгеновские лучи волнами или частицами. Изучение рентгеновских лучей было одной из первых областей физики, в которой дуальность волна-частица – точка зрения о том, что некоторые явления могут быть ни тем, ни другим, а обоими вместе – начала формироваться.Та же самая реализация была в конечном итоге сделана из электронов, что открыло возможность рассматривать электрон как волну, как это сделал Эрвин Шредингер. Отсюда возникли современные представления о квантовой физике.

Генри Мозли внимательно следил за всеми этими разработками и спросил Резерфорда, может ли он также инициировать программу исследований в области рентгеновских лучей. Первоначально Резерфорд не хотел позволять Мозли прекратить его работу по изотопам, но он уступил после того, как Брэгг-старший пригласил Мозли в октябре 1912 года в Университет Лидса, чтобы обучить его работе с рентгеновскими лучами.Вернувшись в Манчестер месяц спустя, Мозли объединился с математиком Чарльзом Дарвином (внуком «правого Дарвина», как позже описал его датский физик Нильс Бор). Вместе Мозли и Дарвин повторили работу Брэггов и попытались расширить ее в новых направлениях.

После совместной публикации пары статей, Мозли довольно загадочно решил вернуться в Оксфорд, где он будет работать как независимый ученый, возможно, ожидая назначения в университете.Как бы то ни было, переезд в Оксфорд оказался чрезвычайно плодотворным. Именно после возвращения Мозли провел свою эпохальную работу, которая разрешила загадку о порядке таблицы Менделеева и которая сохраняется и по сей день.

Мозли начал свой решающий эксперимент в начале 1900-х годов, в то время, когда в физике происходили великие открытия, касающиеся атома. Несколько направлений исследований начали проливать свет на взаимосвязь между электрическим зарядом ядра и атомным весом любого конкретного элемента.Эксперименты Барклы, посвященные степени рассеяния рентгеновских лучей образцами различных элементов, показали, что ядерный заряд приблизительно равен половине атомной массы любого элемента. Резерфорд и его коллеги пришли к точно такому же выводу из своей работы, бомбардируя элементы высокоэнергетическими радиоактивными альфа-частицами (теперь понимаемыми как ядро ​​атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов), которые также рассеиваются по образцам, зависящим от элемент.

Следующий фрагмент головоломки для понимания элементов был получен из весьма неожиданного источника, но оказался очень влиятельным для Мозли и других исследователей. Голландский экономист и ученый-любитель Антон ван ден Брук давно интересовался периодической таблицей и попытался улучшить классическую систему Дмитрия Менделеева с перечислением химических элементов. Ван ден Брук попытался внести различные улучшения, опираясь на результаты Барклы и Резерфорда. Он предположил существование новой фундаментальной частицы, которую он назвал альфон, , которая должна была иметь заряд +1 и массу в две единицы, что в два раза больше массы атома водорода.(На данный момент отдельные положительные протоны и нейтральные нейтроны в атомном ядре не были обнаружены, поэтому ван ден Брук использовал вместо них альфоновую частицу.)

В большинстве периодических таблиц того времени элементы упорядочивались по их атомному весу. . Ван ден Брук приступил к публикации версии периодической таблицы, которая включала все известные элементы, вплоть до урана, который, как он полагал, имел атомный вес 240. В этой таблице каждый элемент отличался от следующей на две единицы атомного веса или одной альфоновой частицей.Более того, поскольку альфон нес заряд +1, каждый элемент отличался от следующего на одну единицу положительного заряда. Вот источник идеи, что элементы могут быть упорядочены посредством увеличения заряда ядра или единиц заряда +1 вместо веса, которую Мозли продолжил подтверждать экспериментально.

Бор предположил, что степень рассеяния рентгеновских лучей может быть пропорциональна атомному заряду каждого из этих элементов. Мозли ответил: «Посмотрим.”

Атомные массы также создали три места в периодической таблице, где таинственная аномалия долгое время беспокоила химиков. В случае аргона и калия, кобальта и никеля, теллура и йода было очевидно нечто странное. Первый элемент в каждой из пар имел атомный вес выше, чем последующий элемент. Но химические свойства этих элементов в соответствии со свойствами окружающих их элементов вызвали необходимость изменить их порядок и нарушить принцип упорядочения по атомному весу.Такие перевороты пар , или , как они стали называться, подразумевали, что не все было хорошо и что, возможно, существует более фундаментальный способ упорядочения элементов.

Эта точка зрения также начала бродить в умах физиков, таких как Резерфорд и Бор, но только после того, как полный аутсайдер ван ден Брук не вошел в картину, она стала явной. Возможно, физики больше концентрировались на отдельных элементах, тогда как ван ден Брук придерживался более широкой химической перспективы, включая все элементы периодической таблицы.Какой бы ни была точная последовательность событий, Мозли использовал навыки проведения рентгеновских экспериментов, которым он научился у Брэгга и в лаборатории Резерфорда, и решил проверить гипотезу ван ден Брука.

Результаты Мозли были его большим прорывом. Он обнаружил, что ван ден Брук был прав, предполагая, что элементы более правильно упорядочены с использованием атомного заряда или атомного номера , как стало известно, , чем с использованием атомного веса.

В случае атомного веса изменение между последовательными элементами довольно неравномерно, поэтому неясно, могут ли новые элементы скрываться неоткрытыми между уже известными элементами.Хороший пример – два первых элемента, водород и гелий, которые имеют приблизительный атомный вес в одну и четыре единицы, соответственно, зазор в три единицы. В других частях периодической таблицы разрыв в значениях атомной массы между последовательными элементами обычно ближе к двум единицам, что заставляет многих химиков и физиков предполагать, что один или даже два элемента могут находиться между водородом и гелием. Результат исследования Мозли помог урегулировать многие споры о том, сколько именно элементов еще предстоит открыть в периодической таблице.

В июле 1913 года Мозли и Бор, посетившие лабораторию Резерфорда в Манчестере, имели по крайней мере один разговор о парных разворотах. Бор предположил Мозли, что в случае кобальта и никеля степень рассеяния рентгеновских лучей может быть пропорциональна заряду каждого из этих двух элементов, а не их атомному весу. Эта мысль связала идеи периодической таблицы, атомного номера и рентгеновских лучей. Мозли ответил: «Посмотрим».

Мозли выполнил свой комментарий Бору и настроил оборудование для проведения соответствующих экспериментов.Его устройство состояло из вакуумированной стеклянной колбы, которая позволяла лучу рентгеновских лучей попадать на целевой образец, и фотопластинки для записи результирующего положения отраженного луча рентгеновского излучения, когда он достигал экрана детектора. Зная положение луча, Мозли смог вычислить частоту лучей.

Он также разработал метод изменения образца, не открывая колбу, потому что он хотел изучить влияние рентгеновских лучей на ряд элементов при точно таком же давлении.В то время снижение давления не было хорошо разработанной технологией, и каждый раз повторный запуск для отдельных образцов элементов слишком усложнил бы эксперименты. Экспериментальная установка Мозли содержала небольшой поезд, на котором были установлены различные образцы, и простое устройство позволяло перемещать поезд, чтобы доставлять последовательные образцы на линию огня рентгеновского луча.

Проведя свои эксперименты, Мозли обнаружил неожиданно простую взаимосвязь между отраженными рентгеновскими лучами и элементами, которая теперь известна как закон Мозли.Корень квадратный из частоты рентгеновских лучей, отраженных от элемента, был пропорционален Z –1, где Z – целое число, представляющее заряд на ядрах атомов любого конкретного элемента. Символ Z (от немецкого Zahl, означает число) стал известен как атомный номер элемента и имеет фундаментальное значение в химии и физике. ( См. Рисунок ниже, чтобы подробнее узнать о том, что происходит внутри атома, когда на него воздействуют рентгеновские лучи.)

Этот результат решил давнюю проблему разворота пар. Теперь стало ясно, что обращение элементов, таких как йод и теллур, было полностью оправдано на основании того, что теллур имеет более низкий атомный номер, чем йод. Изменения, подобные этому, которые химики сделали на химических основаниях, теперь получили физическую основу (и, как было позже обнаружено, атомный номер связан с числом электронов в элементе, таким образом, обеспечивая основу для размещения элементов в порядке возрастания). заряда, который влияет на химические свойства элемента).Мозли подтвердил гипотезу ван ден Брука о том, что атомный номер является лучшим принципом упорядочения элементов в периодической таблице, чем атомный вес.

Но метод Мозли вышел далеко за рамки простого подтверждения идеи ван ден Брука и обеспечения физического основания. Он также предоставил простой экспериментальный метод для идентификации любого элемента путем измерения длины волны рентгеновских линий, которые он производит, и проверки того, соответствует ли наблюдаемое значение значению, вычисленному с использованием закона Мозли.Например, Мозли смог найти хорошее применение своему новому методу, чтобы показать, что некоторые зарегистрированные новые элементы на самом деле не существуют. Так было с элементом, который, как утверждал французский химик Жорж Урбен, обнаружил.

Менделеев, один из первых создателей исчерпывающих периодических таблиц, предсказал, что элемент будет располагаться непосредственно под цирконием в периодической таблице. Урбен назвал его Celtium и дал ему символ Ct. Этот символ даже появился в опубликованных периодических таблицах в нескольких частях мира.Но не все согласились с утверждением Урбена, поэтому он воспользовался возможностью, услышав, что Мозли разработал уникальный метод определения и проверки новых элементов. Урбен отправился в Оксфорд и привез с собой несколько образцов, которые, как он считал, содержали некоторое количество кельция. Мозли потребовалось всего несколько часов, чтобы сделать вывод, что он не дал никаких спектральных линий, ожидаемых от элемента, который ранее не наблюдался, а вместо этого представлял собой смесь уже известных редкоземельных металлов. К счастью, Урбен отреагировал изящно, несмотря на свое несомненное разочарование.

Кроме того, Мозли признал, что существует по крайней мере три неоткрытых элемента между водородом с атомным номером 1 и золотом с атомным номером 79 (он не мог экстраполировать за пределы золота, потому что это был последний элемент, для которого он проводил измерения, и поэтому не было никакой гарантии, что его закон будет выполняться для более высоких атомных номеров. Вдобавок ему не хватало образцов некоторых элементов, поэтому он пропустил несколько пробелов.) У трех пропущенных элементов, которые он определил, были атомные номера 43, 61 и 75.Некоторое время спустя другие ученые использовали метод Мозли, чтобы определить, что на самом деле есть еще четыре элемента, которые еще предстоит открыть между старыми границами периодической таблицы, которая охватывала атомные номера от 1 (водород) до 92 (уран). Дополнительными недостающими элементами, помимо трех, которые идентифицировал сам Мозли, были элементы 72, 85, 87 и 91. Это означало, что в общей сложности в списке составляющих атомов, составляющих весь мир природы, было семь пробелов.

Более того, Мозли смог категорически исключить возможность существования каких-либо элементов, лежащих между водородом и гелием.Несмотря на большой разрыв в атомной массе, существующий между этими двумя элементами, между их атомными номерами нет разрыва. Одним ударом Мозли смог опровергнуть предсказания существования таких промежуточных элементов, которые были сделаны такими людьми, как Менделеев, влиятельным швейцарским химиком-неоргаником Альфредом Вернером, шведским спектроскопистом Йоханнесом Ридбергом и некоторыми другими.

Это трагедия, что смерть Мозли положила конец его работе, поскольку она должна была иметь огромные научные последствия.

Знание полной таблицы Менделеева было необходимой предпосылкой для полного понимания мира природы, а открытие элемента гарантировало бы тому, кто нашёл место в истории. Можно подумать, что знание о том, что еще предстоит открыть ровно семь элементов, а также рентгеновский метод Мозли, позволивший их экспериментальную идентификацию, сделали бы гонку за открытием этих элементов относительно простым делом. Но это было не так, и на самом деле попытки обнаружить недостающие элементы были сопряжены с трудностями и привели ко многим ожесточенным спорам о приоритетах среди участвующих ученых.Однако в каждом открытии рентгеновские методы Мозли были ключом к доказательству или опровержению открытия.

Современная таблица Менделеева упорядочена по атомному номеру (связанному с зарядом атома), а не по атомному весу, отчасти из-за открытий Мозли. Все элементы, помимо урана (атомный номер 92), были неизвестны во времена Мозли. Работа Мозли доказала, что в то время в периодической таблице отсутствовали три элемента (атомные номера 43, 61 и 75). Другие вскоре использовали его методы, чтобы показать дополнительные пробелы (атомные номера 72, 85, 87 и 91), в результате чего общее количество пропущенных элементов достигло семи.Гонка за открытием этих семи элементов оказалась спорной и драматичной, с затяжными спорами о приоритетах, возникшими между участвующими учеными. (Изображение периодической таблицы элементов, взятое из книги Брайана Д’Алессандро, www.briandalessandro.com.)

images-of-elements.com, Scott Camazine / Science Source, Wikimedia Commons, images-of-elements.com. Графика Барбары Авликино.

Первым был идентифицирован элемент с наивысшим атомным номером среди отсутствующих семи, элемент 91, которому в конечном итоге дали название протактиний (Па).Его открыли несколько физиков и химиков, и однозначно сказать, кто могли быть первооткрывателями, довольно сложно. Сначала химик польского происхождения Казимир Фаянс обнаружил короткоживущий радиоактивный изотоп (который имеет тот же атомный номер, но другое количество нейтронов, следовательно, измененный атомный вес) элемента. Фаянс назвал его бревиумом из-за его короткого периода полураспада (время, за которое половина его радиоактивных атомов распадается или превращается в нечто более стабильное), составляющее всего 1.2 минуты.

Немного позже двумя независимыми группами был обнаружен гораздо более долгоживущий изотоп элемента 91 примерно в одно и то же время. В 1917 году в Берлине Лиз Мейтнер и Отто Хан, которые позже открыли ядерное деление, открыли изотоп 91-го элемента с периодом полураспада 32 500 лет. Тот же изотоп наблюдали Джон Крэнстон и Фредерик Содди в Глазго, но им не удалось охарактеризовать его химически. К их чести, и Фаянс, и команда из Глазго уступили приоритет Хану и Мейтнер.Фаянс следовал правилу, согласно которому в случае обнаружения изотопов любого нового элемента приоритет должен отдаваться первооткрывателю самого долгоживущего изотопа. Ясно, что этот случай не представлял никаких сомнений ввиду огромной разницы в периодах полураспада двух рассматриваемых изотопов.

Что касается британской группы, то они согласились с тем, что они не предоставили химическое обоснование для утверждения о том, что элемент на одно место раньше урана. Между прочим, название протактиний происходит от того факта, что элемент 91 является предшественником образования элемента 89 или актиния.Если протактиний теряет альфа-частицу, его атомный номер уменьшается на две единицы, что приводит к образованию актиния.

Следующим элементом среди семи обнаруженных стал элемент 72, который был открыт Дирком Костером и Джорджем Хевеши, работавшими в Физическом институте Нильса Бора в Копенгагене в 1923 году. Ему было дано название гафний (Hf) в честь латинского название этого города, которым является Хафния. Но до того, как открытие этого элемента было решено, между несколькими участниками и их последователями разгорелся довольно острый спор о приоритетах.Урбен, чей образец кельтия был отклонен Мозли в 1914 году, теперь утверждал, что его открытие было недостающим элементом 72.

Спор вокруг элемента 72 принял почти комический националистический оттенок, когда британские газеты встали на сторону Урбена на том основании, что Франция был союзником Англии во время недавно завершившейся Первой мировой войны. Между тем французская пресса объявила в одном заголовке «Ça pue le Boche» или «Воняет гуннами», чтобы описать открытие в Копенгагене. По иронии судьбы Дания была нейтральной во время войны, и ни Костер, ни Хевеши не были ни немецкими, ни датскими.Тем не менее, за людьми из Копенгагена было последнее слово, потому что они наблюдали несколько рентгеновских спектральных линий с точно такими же частотами, которые предсказывает закон Мозли для элемента с атомным номером 72.

Следующим был элемент 75, рений (Re). Это металл, открытый в 1925 году группой мужа и жены Вальтера и Иды Ноддак, а также Отто Бергом, всеми немецкими химиками, после кропотливой работы по извлечению. Хотя открытие этого элемента не вызвало никаких споров, Ноддаки и Берг также заявили, что открыли элемент 43, который они назвали мазурием.Это второе утверждение не соответствовало экспериментальным свидетельствам, полученным в других лабораториях, но Ноддаки отказались отозвать свое утверждение.

В отличие от других, элемент 43 не был обнаружен в природе из-за его очень короткого периода полураспада, но был искусственно синтезирован в 1937 году и в конечном итоге получил название технеций (Tc) из-за его искусственного или «технического» происхождения. Итальянский физик Эмилио Сегре некоторое время работал в Калифорнийском университете в Беркли.Вернувшись в свое родное учреждение в Палермо, Сицилия, он получил пластину из молибдена, который был облучен. Проанализировав это вещество с помощью химика Карло Перье, они обнаружили, что был создан совершенно новый элемент. Он должен был стать первым из того, что сейчас насчитывает почти 30 элементов, которые были искусственно произведены и заняли свое место в периодической таблице.

Элемент 87 был ложно заявлен несколькими людьми, которые считали, что они его изолировали.Наконец, он был открыт в 1939 году французским лаборантом Маргерит Перей, которую обучила Мария Кюри, одна из первых пионеров в изучении радиоактивности

, которая также была ответственна за создание названия для этой области. В конце концов Перей получил докторскую степень. и дослужился до профессора ядерной химии. Ее работа заключалась в бережном и быстром обращении с радиоактивными изотопами. Оказывается, 87-й элемент, который она назвала франций (Fr), был последним открытым природным элементом.Оценки содержания франция показывают, что во всей земной коре его всего около 30 граммов, а его самый долгоживущий изотоп имеет период полураспада всего 21 минуту.

Последние два из семи элементов также были заявлены несколькими химиками и физиками, но были окончательно идентифицированы только после того, как были искусственно синтезированы. Элемент 85 был синтезирован в 1940 году Дейлом Корсоном, Кеннетом Россом Маккензи и Сегре в США. Они назвали его астатином (Ат) после астатоса, греческого слова, обозначающего нестабильность.Действительно, у этого элемента нет стабильных изотопов, но несколько лет спустя другие исследователи обнаружили, что это естественный продукт нескольких процессов радиоактивного распада.

Последним элементом из семи стал прометий (Pm) с атомным номером 61, который был синтезирован в 1945 году американцами Джейкобом А. Марински, Лоуренсом Гленденином и Чарльзом Д. Кориеллом. Подобно астату и технецию, у прометия нет стабильных изотопов. Но прометий нашел некоторые специализированные применения, в частности, производство атомных батарей, срок службы которых составляет пять лет и более и, таким образом, пригоден для питания устройств, замена батарей которых опасна или невозможна, например, в кардиостимуляторах и космических кораблях.

Еще до того, как был открыт последний из этих элементов, в 1940 году Эдвину Макмиллану из Калифорнийского университета в Беркли удалось синтезировать элемент помимо урана, и таким образом началось расширение периодической таблицы с атомных номеров 93 до, пока что, 118. Хотя многие из этих элементов слишком нестабильны, чтобы иметь коммерческое значение, их синтез обеспечивает новое понимание ядерной стабильности и радиоактивности, особенно в экстремальных условиях очень высокого заряда, а также может быть использован для проверки релятивистских квантовых теорий атомов.(Однако некоторые из этих элементов нашли промышленное применение. Например, калифорний используется в медицинской визуализации, а америций используется в домашних детекторах дыма.)

Эта работа также вызвала споры и споры о приоритетах. Например, в разгар холодной войны два из немногих объектов, способных создавать такие элементы – одно в Беркли, а другое в Дубне в России – начали длительный спор о том, на каком участке впервые был произведен цикл трансурановых элементов.Еще более противоречивым, возможно, был случай с еще неназванным элементом 118, который сначала был заявлен американской командой, но позже был отозван, прежде чем, наконец, был действительно обнаружен в 2006 году в Дубне. Он неофициально известен как Ununoctium (Uuo).

Однако в 2003 году российские ученые из Дубны работали вместе с американцами в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, чтобы заявить об открытии элемента 115, неофициально известного в Унунпентиуме (Ууп). Заявление было признано неподтвержденным до тех пор, пока две другие группы не подтвердили синтез в 2013 году.Самый длинный измеренный период полураспада элемента составляет около 200 миллисекунд.

В нынешнюю эпоху, когда высокотехнологичный синтез кажется единственным средством открытия новых элементов, уместно помнить, что критерий атомного числа Генри Мозли по-прежнему служит для идентификации любого элемента. Его прискорбная смерть вскоре после его решающего открытия вызвала сожаление у ученых с обеих сторон в Первой мировой войне. Среди прочего, она привела к введению в действие правил, запрещающих отправку ученых на передовую во время войны. .

Разве не было бы достойной данью наследию Мозли, если бы в его честь был назван новый элемент? К сожалению, в настоящее время Международным союзом теоретической и прикладной химии существует постановление, согласно которому любое имя, данное элементу, которое позже оказывается ложным, никогда не могло использоваться снова. В 1924 году два химика, К. Х. Бозанке и Т. К. Кили, считали, что они извлекли элемент 43, и предложили назвать его мослейум. Вскоре выяснилось, что их элемента на самом деле не существует.

Американские и российские объекты, которые соревновались в поиске элементов во время холодной войны, теперь сотрудничают в области синтеза.

Тем не менее правила могут быть изменены. Например, когда впервые было предложено назвать элемент 106 сиборгий (Sg) в честь американского химика Гленна Сиборга, возникло большое сопротивление, потому что это тоже означало бы нарушение официального правила, касающегося того, как элементы называются. Это правило заключалось в том, что элемент не может быть назван в честь человека, который все еще был жив, а Сиборг в то время был еще жив.Однако он участвовал в открытии десяти трансурановых элементов, и это, возможно, способствовало тому, что международная комиссия по присвоению имен наконец уступила и официально присвоила одному из этих элементов имя Сиборга.

Периодическая таблица получила новую жизнь благодаря работе Мозли, которая позволила ей стать гораздо более точной и полной системой, чем когда она была основана исключительно на макроскопических химических и физических свойствах. Было бы уместно, чтобы его имя использовалось для одного из элементов, который еще не получил официального названия, включая 113, 115, 117 или 118 – или даже для того, который еще предстоит синтезировать.

  • Хейлброн, Дж. 1974. Х. Дж. Мозли, Жизнь и письма английского физика, 1887–1915 гг. Лос-Анджелес: Калифорнийский университет Press.
  • Scerri, E. 2007. Периодическая таблица, ее история и ее значение. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
  • Scerri, E. 2013. Повесть о семи элементах. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.

Hafnium – Key Stage Wiki

Содержание

  • 1 Ключевой этап 2
    • 1.1 Значение
  • 2 Ключевой этап 3
    • 2.1 Значение
    • 2.2 О гафнии
      • 2.2.1 Молекулярная структура
      • 2.2.2 Атомная структура
      • 2.2.3 Свойства
  • 3 Ключевой этап 4
    • 3.1 Значение
    • 3,2 О гафнии
      • 3.2.1 Молекулярная структура
      • 3.2.2 Атомная структура
      • 3.2.3 Свойства

Ключевой этап 2

Значение

Гафний – это металл.

Ключевой этап 3

Значение

Химический символ гафния.

Гафний – это элемент переходного металла в Периодической таблице с атомным номером 72.

О гафнии

Молекулярная структура
Гафний имеет химический символ Hf.
Атомы гафния объединяются в большом количестве, образуя гигантскую молекулу металла.
Атомная структура
Гафний в виде 72 протонов и 106 нейтронов в его ядре, что дает ему атомный номер 72 и атомную массу 178.
Гафний находится в 6 периоде Периодической таблицы, потому что у него 6 электронных оболочек.
Недвижимость
Гафний – это металлический элемент, поэтому он является хорошим проводником тепла и электричества.
Гафний – блестящее твердое вещество при комнатной температуре.
Гафний пластичен.
Гафний звонкий.
Гафний пластичен.

Ключевой этап 4

Химический символ гафния.

Значение

Гафний – элемент переходного металла в Периодической таблице с 72 протонами в ядре.

О гафнии

Молекулярная структура
Гафний имеет химическую формулу Hf.
Атомы гафния объединяются в гигантскую металлическую структуру.
Атомная структура
Самый стабильный изотоп гафния имеет в своем ядре 106 нейтронов, что дает ему атомную массу 178.
Гафний находится в 6 периоде Периодической таблицы, потому что у него 6 электронных оболочек.
Гафний теряет электроны, образуя положительные ионы металлов.
Недвижимость
Гафний образует ионные связи с неметаллами.
Гафний – это металлический элемент, поэтому он является хорошим проводником тепла и электричества.
Гафний представляет собой блестящее твердое вещество при стандартной температуре и давлении и имеет высокую температуру плавления.
Гафний пластичен.
Гафний звонкий.
Гафний пластичен.

9.1 Расположение элементов в Периодической таблице | Периодическая таблица элементов

Периодическая таблица – это система классификации элементов, из которых состоит материя и материалы в нашем мире.Сегодня известно более 100 различных элементов! Каждый элемент имеет собственное имя, символ, атомный номер и позицию в Периодической таблице.

Имена элементов

Гафний получил свое название от латинского названия Копенгагена, то есть Hafnia , поскольку этот элемент был обнаружен двумя учеными, работавшими в то время в Копенгагене.

Как вас зовут? Возможно, это Тандо.Или Дэвид. Или Меган. Возможно, вам посчастливилось быть единственным человеком с таким именем в своем классе. Возможно, вам посчастливится быть единственным человеком в мире с таким именем! Это сделало бы ваше имя уникальным.

Каждый элемент имеет уникальное имя. Мы можем рассматривать каждое имя как уникальную «метку», которую мы можем использовать для идентификации элемента. Есть еще две уникальные метки, которые мы можем использовать для идентификации элементов. Это химический символ и атомный номер. Мы узнаем об этом больше в следующем разделе.Каждый элемент имеет некоторые из своих уникальных свойств, и позже мы увидим, что элементы с некоторыми похожими свойствами можно сгруппировать вместе.

Есть ДВЕ песни, которые помогут вам запомнить элементы Периодической таблицы: и . Какой твой любимый? Сможете ли вы изучить один (или оба) из них?

Периодическая таблица элементов, как она есть сегодня.

На внутренней стороне обложки вашей рабочей тетради есть увеличенная версия современной Периодической таблицы элементов.Вы можете использовать его для удобного использования.

Химические символы

Если вы ученый и работаете с элементами каждый день, записывать имена может быть очень утомительно. Чтобы упростить описание элементов, ученые присвоили каждому элементу короткий символ . Чтобы мы не запутались с разными элементами, когда пишем о них, символ для каждого элемента должен быть уникальным, как и его имя.

Названия и символы некоторых общих элементов показаны в следующей таблице.

Вам необходимо знать названия и символы перечисленных здесь элементов.

Элемент

Обозначение

Элемент

Обозначение

Алюминий

Al

Магний

мг

Бром

руб.

Азот

N

Кальций

Ca

Кислород

O

Углерод

С

фосфор

Хлор

Класс

Калий

К

Медь

Cu

Кремний

Si

Золото

Au

Серебро

Ag

Водород

H

Натрий

Na

Йод

Я

Сера

S

Утюг

Fe

Олово

Sn

Свинец

Пб

цинк

Zn

Обозначение углерода – C, обозначения серы – S и обозначения азота – N.Легко понять, почему были выбраны эти символы: они просто представляют первую букву каждого имени. Эта буква всегда заглавная (заглавная).

Что произойдет, если все элементы начинаются с одной и той же буквы? Например: кальций, углерод, хлор и медь начинаются с буквы «С»! Чтобы гарантировать, что все они имеют уникальный символ, к их символу была добавлена ​​вторая буква. Эта буква всегда строчная (строчная).

Некоторые химические символы труднее понять.Например, Na – это символ натрия. Na происходит от латинского названия натрия, то есть натрия . Эти символы были выбраны очень давно, когда многие предметы изучались на латыни. Представляете, насколько это было сложно ?!

Некоторые простые правила, которые следует помнить при использовании химических символов:

  1. Каждый элемент имеет свой уникальный символ.
  2. Символ обычно (но не всегда) – это первые одна или две буквы названия элемента.
  3. Первая буква символа всегда заглавная.
  4. Если символ состоит из двух букв, вторая буква всегда будет маленькой.
  5. Некоторые элементы имеют символы, которые произошли от их латинских названий.

Символ свинца (Pb) происходит от латинского слова plumbum, обозначающего свинец. В течение многих лет свинец использовался для изготовления водопроводных труб. Отсюда и слово сантехник.

Атомные числа

Этот сайт содержит интерактивное объяснение истории Периодической таблицы и атома и объясняет, как эти концепции связаны между собой. Он содержит больше информации, чем требуется учащимся на этом уровне, но вы можете прочитать его как расширение: http://www.learner.org/interactives/periodic/basics_4_periodicity.html.

Важное примечание: Мы вкратце представили здесь атом (хотя он не был указан в CAPS), так что идея атомного номера имеет смысл, а не просто абстрактное число.Однако эти концепции будут дополнительно исследованы в Gr. 8. На данный момент важно, чтобы учащиеся понимали, что каждый элемент имеет уникальный атомный номер и что Периодическая таблица элементов – это способ классификации элементов таким образом, чтобы они были сгруппированы вместе с точки зрения схожих свойств.

Представляя субатомных частиц , вы можете нарисовать модель атома на доске, если хотите показать это своим ученикам. Однако не так важно, чтобы учащиеся понимали расположение субатомных частиц на этом этапе.Вот простая модель атома, которую вы можете изобразить на доске:

(Эта модель здесь иллюстрирует атомы азота в виде 7 протонов. Обратите внимание, что существует равное количество протонов и нейтронов. Вместе они составляют ядро ​​атома. Протоны имеют положительный заряд, электроны имеют отрицательный заряд, а нейтроны нейтральны.Если количество электронов равно количеству протонов, то атом нейтрален и не имеет заряда.Атом может приобретать или терять электроны, в результате чего возникает заряд, и тогда он называется ионом.)

Если вы посмотрите на Периодическую таблицу, вы увидите, что каждый элемент также имеет уникальный номер. Это называется атомным номером . Чтобы правильно понять, что такое атомный номер, нам нужно знать, что такое атом . Мы узнаем больше об атомах в Gr. 8, а пока вернемся к нашему уроку истории!

Вы помните, как мы говорили, что Менделеев разработал первую таблицу Менделеева в 1869 году? Задолго до этого, в начале 1800-х годов, человек по имени Джон Далтон сказал, что вся материя состоит из очень маленьких частиц, называемых атомами.Эти атомы различаются по массе и размеру. Вы помните, мы говорили, что элемент – это чистая субстанция? Теперь мы также можем сказать, что элемент – это вещество, которое содержит атомов только одного определенного типа. Атомы одного элемента отличаются от атомов любого другого элемента.

Вам не нужно пока знать подробно об атоме. Подробнее об этом мы узнаем в Gr. 8!

Все атомы состоят из еще более мелких частиц, которые мы называем субатомными частицами.Это протоны, нейтроны и электроны. Все, что вы должны сейчас помнить, это то, что протоны, электроны и нейтроны одного элемента точно такие же , как протоны, электроны и нейтроны любого другого элемента. Их количество и расположение отличает элементы друг от друга.

Атомный номер элемента означает , сколько протонов этого элемента имеет в своих атомах. Поскольку каждый элемент имеет разное количество протонов в своих атомах, каждый элемент также имеет уникальный атомный номер.

Посмотрите на Периодическую таблицу. Какой атомный номер у водорода? Сколько протонов в его атомах?


Водород имеет атомный номер 1 и, следовательно, 1 протон.

Что такое атомный номер углерода? Сколько протонов в его атомах?


Атомный номер углерода равен 6. В его атомах 6 протонов.

Вы видите, как элементы расположены так, что их атомные номера увеличиваются слева направо по Периодической таблице? Это не совпадение! Когда Менделеев впервые создал Периодическую таблицу, он расположил 60 элементов, о которых он знал в то время, в порядке увеличения массы. Затем он увидел, что в других характеристиках этих элементов есть регулярный узор. Затем Менделеев сгруппировал их в столбцы и строки в соответствии с их свойствами.Это были физические и химические свойства, которые ученые наблюдали в ходе множества различных экспериментов. Это привело к расположению элементов Периодической таблицы.

Периодическая таблица Менделеева от 1872 года. Поля, отмеченные пустыми линиями, представляют элементы, которые, по мнению Менделеева, существовали, но они еще не были обнаружены в то время, поэтому он оставил для них места.

Когда вещи показывают регулярный повторяющийся узор, мы говорим, что это периодический .Когда элементы были расположены в порядке возрастания массы, Менделеев наблюдал закономерность в их свойствах, которая позволила ему расположить элементы в строки и столбцы в таблице, Периодической таблице . Элементы в одних и тех же строках и столбцах таблицы имеют схожие свойства друг с другом.

Периодическая таблица, которую мы используем сегодня, выглядит намного более современной, чем первоначальная версия Менделеева. Вы заметите, что в современной версии таблицы нет пустых блоков.Это говорит нам о том, что все элементы, которые еще не были открыты при жизни Менделеева, теперь известны.

В следующем упражнении мы сравним исходную Периодическую таблицу Менделеева с версией, которую мы используем сегодня. Это поможет показать нам, как научные открытия иногда являются медленным процессом.

Это дополнительное действие.

Когда Менделеев впервые расположил элементы в соответствии с их массой и свойствами, в рядах образовались пробелы.Но как хороший ученый Менделеев не видел в этом проблемы! Вместо этого он думал, что это просто означает, что есть элементы, которые еще не были обнаружены. И он был прав!

Менделеев поставил пустую строку и атомный номер, чтобы показать, что он думал, что там должен быть элемент, но он не был обнаружен. Посмотрите внимательно на оригинальную таблицу Менделеева. Посмотрите, сможете ли вы найти в таблице, где написано “_ = 44”.

Посмотри, сможешь ли ты найти 2 других элемента, которые не были обнаружены в то время.Запишите их номера в поле ниже.


А теперь посмотрите на современную версию Периодической таблицы. Сможете ли вы найти элементы с этими числами? Какие у них символы? Как их зовут? Запишите свои ответы в предоставленную таблицу.

В качестве расширения этого занятия вы можете искать названия этих элементов и исследовать, когда они были обнаружены, и добавлять эту информацию в таблицу.

Эту последнюю задачу можно разделить на группы из 3 или 6 учащихся, которые затем могут принести свои данные в класс, где их можно будет объединить. Если даты для каждого элемента не совпадают в точности, это дает возможность обсудить достоверность информации. Когда данные «правда»? Всегда ли мы можем верить в то, что читаем? Когда источник данных надежен?

Номер элемента

Обозначение элемента

Название элемента

Когда был обнаружен этот элемент?

Номер элемента

Обозначение элемента

Название элемента

Когда был обнаружен этот элемент?

44

Ру

Рутений

1844

68

Er

Эрбий

1843

72

Hf

Гафний

1923

В следующем упражнении мы собираемся использовать наши новые знания символов элементов и атомных чисел для охоты за очень ценным «сокровищем».Мы найдем сокровище, следуя некоторым подсказкам о Периодической таблице.

Это веселое задание, направленное на то, чтобы учащиеся могли взаимодействовать с Периодической таблицей и выучить названия и символы первых 20 элементов.

Ваша задача – следовать подсказкам, чтобы найти сокровище. Инструкции помогут вам разобрать название клада в блоках ниже.

Подсказка 1: Какой символ у углерода (атомный номер 6)? Напишите этот символ в первом блоке выше.

Подсказка 2: Водород – самый легкий элемент. Вы можете найти это в Периодической таблице? Напишите его символ во втором блоке.

Самый первый элемент Периодической таблицы (вверху слева).Символ водорода – H.

.

Подсказка 3: Какой элемент представляет собой газ, которым мы дышим, чтобы остаться в живых? Вот подсказка: он представлен атомным номером 8. Напишите его символ в третьем блоке и дайте имя элемента ниже.


Подсказка 4: Этот элемент находится в четвертой строке и девятом столбце Периодической таблицы.Это металл, который используется в магнитах. Напишите его символ в четвертом блоке. Вы знаете его название? Напишите его название ниже.


Подсказка 5: Этот элемент представлен атомным номером 57. Запишите его символ в пятом блоке. Посмотрите, сможете ли вы узнать название этого элемента и запишите его ниже.


Подсказка 6: Этот элемент представлен атомным номером 52.Это полуметалл, который используется при производстве солнечных батарей. Напишите его символ в последнем (шестом) блоке. Посмотрите, сможете ли вы узнать название этого элемента и запишите его ниже.


Какое «сокровище» вы нашли?


Важно указать учащимся, что это не «формула» шоколада, а просто веселое занятие, направленное на поиск элементов в Периодической таблице.Позже мы узнаем, как складывать символы элементов в формулы, представляющие реальные соединения.

Завершите следующее предложение, заменив названия элементов химическими символами. Вам нужно будет найти некоторые символы!



НАУКА … Фтор Мышьяк Йод Углерод Азот Астатин Эйнштейний … Я!

Наука… F As C I N At Es (очаровывает) … меня!

Заполните следующую таблицу, чтобы узнать, сколько названий и символов элементов вы помните. Попробуйте сделать это, не обращаясь к Периодической таблице.

Элемент

Обозначение

Элемент

Обозначение

Al

мг

Бром

N

Кальций

Кислород

С

фосфор

Класс

К

Медь

Si

Au

Серебро

H

Na

Йод

Сера

Fe

Олово

Свинец

Zn

Элемент

Обозначение

Элемент

Обозначение

Алюминий

Al

Магний

мг

Бром

руб.

Азот

N

Кальций

Ca

Кислород

O

Углерод

С

фосфор

Хлор

Класс

Калий

К

Медь

Cu

Кремний

Si

Золото

Au

Серебро

Ag

Водород

H

Натрий

Na

Йод

Я

Сера

S

Утюг

Fe

Олово

Sn

Свинец

Пб

цинк

Zn

Периодическая таблица состоит из 103 элементов, но только 90 из них встречаются в природе.Остальное сделал человек.

ЭЛЕМЕНТ: ГАФНИЙ

История

(Hafinia, название LaHafnium для Копенгагена) За много лет до своего открытия в 1932 году (приписывается Д. Костеру и Г. фон Хевеси) гафний считался присутствующим в различных минералах и концентрациях. . На основе теории Бора ожидалось, что новый элемент будет связан с цирконием.

Он был окончательно идентифицирован в цирконе из Норвегии с помощью рентгеноспектрального анализа.Он был назван в честь города, в котором была сделана находка. Большинство минералов циркония содержат от 1 до 5 процентов гафния.

Первоначально он был отделен от циркония путем многократной перекристаллизации двойных фторидов аммония или калия фон Хевезе и Янценом. Металлический гафний был впервые получен ван Аркелем и де Боэром путем пропускания пара тетраиодида над нагретой вольфрамовой нитью. Почти весь производимый в настоящее время металлический гафний получают путем восстановления тетрахлорида магнием или натрием (процесс Кролла).

Свойства

Гафний – пластичный металл с блестящим серебряным блеском. На его свойства существенно влияет присутствие примесей циркония. Из всех элементов цирконий и гафний разделить сложнее всего. Хотя их химический состав почти идентичен, плотность циркония составляет около половины гафния. Был произведен очень чистый гафний, в котором цирконий является основной примесью.

Гафний успешно сплавлен с железом, титаном, ниобием, танталом и другими металлами.Карбид гафния является наиболее тугоплавким из известных бинарных соединений, а нитрид – наиболее тугоплавким из всех известных нитридов металлов (т.пл. 3310 ° C). При 700 ° C гафний быстро поглощает водород с образованием состава Hfh2,86.

Гафний устойчив к концентрированным щелочам, но при повышенных температурах вступает в реакцию с кислородом, азотом, углеродом, бором, серой и кремнием. Галогены непосредственно реагируют с образованием тетрагалогенидов.

Использует

Поскольку элемент не только имеет хорошее поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов (почти в 600 раз больше, чем у циркония), но также обладает превосходными механическими свойствами и чрезвычайно устойчив к коррозии, гафний используется в управляющих стержнях реактора.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *