Hafn (Hf)

Hafn (Hf, łac. Hafnium) to pierwiastek o liczbie atomowej 72, leżący w 6 okresie układu okresowego i 4 grupie. Należy do kategorii: Metale przejściowe.

Hafn w układzie okresowym

Pierwiastek leży w szóstym okresie, czyli w szóstym poziomym rzędzie tablicy — to oznacza, że jego elektrony rozmieszczone są na 6 powłokach. Znajduje się w 4 grupie (blok d — pierwiastek przejściowy, zapełniana jest podpowłoka d). W tej samej grupie stoją: Tytan, Cyrkon, Ruterford — pierwiastki z jednej grupy mają podobną liczbę elektronów walencyjnych, dlatego zachowują się chemicznie podobnie. W temperaturze pokojowej Hafn jest ciałem stałym (topnieje w 2233 °C, wrze w 4603 °C).

Dane pierwiastka Hafn

Symbol chemicznyHf
Liczba atomowa (Z)72
Masa atomowa178,49 u
Liczba masowa180
Grupa4
Okres6
Blokd
KategoriaMetale przejściowe
Konfiguracja elektronowa[Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s²
WartościowośćIV
Stopnie utlenienia+4
Elektroujemność (Pauling)1,3
Energia jonizacji6,825 eV
Temperatura topnienia2233 °C
Temperatura wrzenia4603 °C
Gęstość13,31 g/cm³
Promień atomowy155 pm
Zawartość w skorupie ziemskiej3 mg/kg
Nazwa łacińskaHafnium
Rok odkrycia1923
OdkrywcaCoster i Hevesy

Hafn — co to za pierwiastek

Pręty regulacyjne reaktorów i izolator bramki w nowoczesnych tranzystorach.

Właściwości pierwiastka Hafn

Hafn jest błyszczącym, srebrzystym metalem przejściowym, gęstym — 13,31 grama na centymetr sześcienny — i wyjątkowo trudno topliwym: topnieje dopiero w 2233 stopniach Celsjusza, a wrze w 4603. Jest ciągliwy i daje się kuć, a na powietrzu pokrywa się szczelną warstwą tlenku, chroniącą go przed korozją nawet w gorącej wodzie i w roztworach zasad. Rozpuszcza go dopiero kwas fluorowodorowy. W związkach występuje niemal wyłącznie na stopniu utlenienia +4. Chemicznie jest tak podobny do cyrkonu, że oba pierwiastki towarzyszą sobie we wszystkich rudach i rozdziela się je z ogromnym trudem — mimo że pod względem pochłaniania neutronów zachowują się przeciwnie. Drobny pył hafnu jest łatwopalny.

Zastosowanie pierwiastka Hafn

Hafn chłonie neutrony i na tym opiera się jego główne zastosowanie: pręty regulacyjne reaktorów jądrowych, zwłaszcza w napędach okrętów, gdzie liczy się trwałość i odporność na korozję w gorącej wodzie. Druga ważna dziedzina to elektronika — tlenek hafnu zastąpił tlenek krzemu jako izolator bramki w tranzystorach, bo przy tej samej grubości znacznie lepiej odcina prąd upływu, co pozwoliło dalej zmniejszać układy scalone. Elektrody palników do cięcia plazmowego mają hafnowe wkładki, ponieważ znoszą łuk elektryczny w atmosferze tlenu. Niewielkie dodatki hafnu poprawiają też nadstopy niklu w silnikach odrzutowych, a węglik hafnu należy do materiałów o najwyższych znanych temperaturach topnienia. Ze względu na cenę i rzadkość hafn stosuje się w niewielkich ilościach, ale tam, gdzie zamiennika po prostu nie ma.

Hafn — najważniejsze związki chemiczne

Tlenek hafnu, HfO₂, to biała, bardzo trudno topliwa ceramika o dużej przenikalności elektrycznej; to on stał się izolatorem bramki we współczesnych procesorach, bywa też składnikiem powłok optycznych. Węglik hafnu, HfC, i azotek, HfN, należą do najbardziej żaroodpornych znanych materiałów i bada się je jako osłony konstrukcji lecących z prędkościami hipersonicznymi. Chlorek hafnu(IV), HfCl₄, służy jako półprodukt przy otrzymywaniu metalu oraz przy nanoszeniu cienkich warstw tlenku. Wszystkie te związki odpowiadają stopniowi utlenienia +4, jedynemu, jaki hafn tworzy w praktyce; ich cyrkonowe odpowiedniki mają niemal identyczne właściwości chemiczne.

Hafn — gdzie go spotykasz

Hafn w szkole — co trzeba wiedzieć

Hafn stoi w 4. grupie i 6. okresie, w bloku d; jego konfiguracja to [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². W szkolnym programie pojawia się rzadko, ale bywa przykładem w dwóch tematach. Pierwszy to kontrakcja lantanowców: po zapełnieniu podpowłoki 4f atomy kurczą się na tyle, że hafn ma niemal ten sam rozmiar co leżący nad nim cyrkon, i dlatego oba pierwiastki są chemicznie prawie nierozróżnialne. Drugi to opóźnione odkrycia — hafn znaleziono dopiero w 1923 roku, choć jego puste miejsce w tablicy było znane od dawna. Zapamiętaj proste przeciwstawienie: cyrkon przepuszcza neutrony i robi się z niego koszulki paliwowe, hafn je pochłania i robi się z niego pręty regulacyjne.

Hafn — historia odkrycia

Hafnu długo brakowało w układzie okresowym: przewidywano istnienie pierwiastka o liczbie atomowej 72, ale szukano go wśród metali ziem rzadkich. Dopiero model atomu Nielsa Bohra wskazał, że powinien on przypominać cyrkon. W 1923 roku Dirk Coster i George de Hevesy, pracujący w instytucie Bohra w Kopenhadze, znaleźli go metodą spektroskopii rentgenowskiej w rudach cyrkonu — dokładnie tam, gdzie kazała szukać teoria. Nazwa upamiętnia miasto odkrycia: Hafnia to łacińska nazwa Kopenhagi. Był to jeden z pierwszych przypadków, gdy nowy pierwiastek znaleziono nie przypadkiem, lecz dzięki wskazówce płynącej z teorii budowy atomu.

Hafn — skąd wzięła się nazwa

łac. Hafnia — Kopenhaga

Hafn — izotopy

hafn-180 dominuje

Hafn — bezpieczeństwo

Niskotoksyczny; pyły palne.

Ciekawostki o pierwiastku Hafn

Najczęstsze pytania o pierwiastek Hafn

Jaki jest symbol chemiczny pierwiastka Hafn?

Symbol chemiczny to Hf. Nazwa łacińska brzmi Hafnium.

Jaką liczbę atomową ma Hafn?

Liczba atomowa (Z) wynosi 72, czyli w jądrze atomu jest 72 protonów. Masa atomowa to 178,49 u.

Jaka jest wartościowość pierwiastka Hafn?

Typowa wartościowość to IV. Spotykane stopnie utlenienia: +4.

Jaka jest konfiguracja elektronowa pierwiastka Hafn?

Konfiguracja skrócona to [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s². Pierwiastek należy do bloku d.

Gdzie w codziennym życiu spotykamy pierwiastek Hafn?

Najczęściej: pręty reaktorów, tranzystory oraz palniki plazmowe.

← Wróć do układu okresowego · Zobacz wszystkie: Metale przejściowe · Układ okresowy do druku