الجدول الدوري والعناصر الكيميائيةالعلومالكيمياء

اكتشاف عنصر الهافنيوم

اقرأ في هذا المقال:

في الكيمياء يعد عنصر الهافنيوم أحد العناصر الكيميائية برمز Hf والرقم الذري 72 في الجدول الدوري، حيث يصنف الهافنيوم كأحد المعادن الانتقالية، ويكون على شكل مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.

 

اكتشاف عنصر الهافنيوم

 

اسم الهافنيوم مشتق من اللاتينية هافنيا لكوبنهاجن، تم الادعاء خطأً أن عنصرًا يُدعى سيلتيوم، حيث تم اكتشافه في عام 1911 ميلادي، من قبل الكيميائي الفرنسي جورج أوربان في عينات أرضية نادرة، بقي الأمر كهذا حتى تنبأ الفيزيائي الدنماركي نيلز بور بخصائص الهافنيوم باستخدام نظريته في التوزيع الإلكتروني للعناصر، جادل بور بأن الهافنيوم لن يكون عنصرًا أرضيًا نادرًا، ولكن يمكن أن يتم العثور عليه في خام الزركونيوم، تم اكتشاف الهافنيوم من قبل الفيزيائي الهولندي ديرك كوستر والفيزيائي المجري جورج فون هيفسي في عام 1923 ميلادي، وقد حدث ذلك أثناء العمل في معهد بوهر في كوبنهاغن.

 

تم اكتشاف الهافنيوم بواسطة ديرك كوستر وجورج تشارلز دي هيفسي في عام 1923 ميلادي، عندما استخدموا طريقة تُعرف باسم التحليل الطيفي بالأشعة السينية؛ وذلك قد تم لدراسة ترتيب الإلكترونات الخارجية للذرات في عينات من خام الزركونيوم، حيث تم توقع بنية الإلكترون للهافنيوم بواسطة نيلز بور وكوستر ووجد هيفسي نمطًا مطابقًا، في الحقيقة فإنه يصعب فصل الهافنيوم عن الزركونيوم وهو موجود في جميع خاماته، لذا فإنه يتم الحصول عليها بنفس الطرق المستخدمة لعمليات استخراج الزركونيوم.

 

لقد تم التعرف عليه أخيرًا في الزركون من النرويج، وذلك عن طريق تحليل مطياف الأشعة السينية، حيث تم تسميته تكريما للمدينة التي تم فيها الاكتشاف، كما أنه تحتوي معظم معادن الزركونيوم على 1 إلى 5 بالمائة من عنصر الهافنيوم، تم فصله في الأصل عن عنصر الزركونيوم عن طريق عملية إعادة بلورة الأمونيوم المزدوج أو فلوريد البوتاسيوم بواسطة فون هيفيسي وجانتزن.

 

تم تحضير الهافنيوم المعدني لأول مرة بواسطة فان آركيل وديبور عن طريق تمرير بخار رباعي اليود فوق خيوط تنجستن ساخنة، حيث يتم تصنيع كل معدن الهافنيوم المنتج الآن تقريبًا عن طريق عملية تقليل رباعي الكلوريد بالمغنيسيوم أو بالصوديوم (عملية كرول).

 

الهافنيوم عبارة عن معدن مطيل مع بريق فضي لامع، حيث تتأثر خصائصه بشكل كبير بوجود شوائب الزركونيوم، من بين جميع العناصر، حيث يعتبر كلا من الزركونيوم والهافنيوم من أكثر العناصر صعوبة في الفصل، وعلى الرغم من أن كيمياءهم متطابقة تقريبًا، إلا أن كثافة الزركونيوم تبلغ حوالي نصف كثافة الهافنيوم، كما وتم إنتاج الهافنيوم النقي جدًا.

 

لقد تم خلط معدن الهافنيوم بنجاح مع الحديد والتيتانيوم والنيوبيوم والتنتالوم ومعادن أخرى أيضا، كربيد الهافنيوم هو أكثر التركيبات الثنائية مقاومة للحرارة، أما النتريد فهو الأكثر مقاومة للحرارة من بين جميع نيتريدات المعادن المعروفة (درجة الحرارة 3310 سليسيوس).

 

عند درجة حرارة 700 مئوية، يمتص الهافنيوم الهيدروجين بسرعة ليشكل التركيبة (HfH1.86)، يعد الهافنيوم مقاوم للقلويات المركزة، ولكن في درجات الحرارة المرتفعة يتفاعل مع الأكسجين والنيتروجين والكربون والبورون والكبريت والسيليكون. تتفاعل الهالوجينات مباشرة لتكوين رباعي الهاليدات.

 

الهافنيوم يعد ممتص جيد للنيوترونات ويستخدم في قضبان التحكم في المفاعلات النووية، كما ويستخدم أيضًا في الأنابيب المفرغة كجالب، وهي عبارة عن مادة تتحد مع الغازات النزرة وتزيلها من الأنابيب المفرغة، كما وتم استخدام الهافنيوم كعامل في صناعة السبائك في الحديد والتيتانيوم والنيوبيوم والمعادن الأخرى.

 

نظرًا لأن العنصر لا يحتوي فقط على مقطع عرضي جيد لامتصاص النيوترونات الحرارية أي ما يقرب من 600 مرة من الزركونيوم، ولكنه أيضًا يتمتع بخصائص ميكانيكية ممتازة ومقاوم للغاية للتآكل، ويتم استخدام الهافنيوم لقضبان التحكم في المفاعل، كما وتستخدم هذه القضبان في الغواصات النووية، ويستخدم الهافنيوم أيضا في المصابيح المملوءة بالغاز والمتوهجة، وهو عبارة عن جامع فعال لكسح الأكسجين والنيتروجين.

 

الهافنيوم المقسم ناعماً يكون قابلا للاشتعال ويمكن أن يشتعل تلقائياً في الهواء، لذا يجب توخي الحذر عند تصنيع المعدن أو عند التعامل مع الهافنيوم الإسفنج الساخن، بحيث أنه يجب ألا يتجاوز التعرض للهافنيوم مقدار (0.5 مجم / ساعة) أي ما يقارب 8 ساعات بالمتوسط إلى 40 ساعة في الأسبوع.

 

بعض النظائر من نوع (176-Hf) تكون إشعاعي وذلك نتيجة لتكوينه كنتيجة لتحلل بيتا لنظير (176-Lu) المشع بنصف عمر 3.73 × 1010 سنة،  وهكذا فإنه تم استخدام العلاقات بين نسب كمية النظائر n (176-Hf) / n (177-Hf) و n (176-Hf) / n (176-Lu) لتحديد أعمار المعادن والصخور، كما أنه نظرًا لعمر النصف الطويل لـ (176-Lu)، فقد تم استخدام هذه النسب في دراسات علم الأرض التي توثق بعض أقدم الصخور في النظام الشمسي وعلى الأرض.

المصدر
‘Basic Inorganic Chemistry’ ‘Inorganic Chemistry’, by Miessler, Fischer, and Tarr, 5th Edition, Pearson, 2014.Inorganic Chemistry’ by Catherine .E. Housecroft and Alan.G. Sharpe Pearson, 5th ed. 2018Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity Subsequent Edition by James E. Huheey (Author), Ellen A. Keiter (Author), Richard L. Keiter (Author). INORGANIC CHEMISTRYCATHERINE E. HOUSECROFT AND ALAN G. SHARPE, FOURTH EDITION.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى