Nguyên tố thứ 72 trong bảng tuần hoàn hóa học là gì? Tất tần tật về Hafnia

Nguyên tố thứ 72 trong bảng tuần hoàn hóa học là gì? Click bài viết để biết tất tần tần các thông tin về nguyên tố thứ 72 trong bảng tuần hoàn này nhé!

Nguyên tố thứ 72 trong bảng tuần hoàn hóa học là gì? Bài viết dưới đây Admin không chỉ cho các em đáp án của câu trả lời này mà còn cung cấp các kiến thức bổ ích và đầy đủ về nguyên tố thứ 72 này. Cùng bắt đầu nội dung bài viết ngay để bỏ túi những thông tin hóa học hữu dụng nhé!

Trong bảng tuần hoàn hóa học, nguyên tố thứ 72 là nguyên tố có số nguyên tử là 72. Như vậy, nguyên tử số 72 là nguyên tố Hafnium có ký hiệu hóa học là Hf. Trong tiếng Latin, nguyên tố này được gọi là Hafnium.

Hafnium là một kim loại chuyển tiếp mạnh, màu xám bạc, có tính chất hóa học tương đồng với Zirconium (Zr) và thường được tìm thấy trong quặng Uranium. Hafnium có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ như làm vật liệu chịu nhiệt trong máy bay, tàu thủy và phản ứng hạt nhân. Nó cũng được sử dụng trong việc sản xuất điện tử và bán dẫn, đặc biệt là trong việc tạo các điện cực cho bộ nhớ flash và ổ cứng.

Nguyên tố thứ 72 trong bảng tuần hoàn hóa học

Các em cần nhớ các thông tin cơ bản về nguyên tố Hafnium như sau:

Tên: Hafni
Ký hiệu hóa học: Hf
Tên Latin: Hafnium
Số chu kỳ: 6
Số hiệu nguyên tử: 72
Nhóm: IV.B
Nhóm nguyên tố: Kim loại chuyển tiếp
Nguyên tử khối tương đối: 178,49
Độ âm điện: 1,3
Số oxi hóa: 4
Khối lượng riêng: 13,3 g/cm³
Cấu hình electron: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d² 6s²
Trạng thái: Rắn
Nhiệt độ sôi: 4600⁰C
Nhiệt độ nóng chảy: 2227⁰C
Bán kính nguyên tử: 208 pm
Bán kính cộng hóa trị: 150 pm
Độ dẫn điện: 23 Wm^-1K^-1
Thời điểm khám phá: Năm 1864
Nhiệt dung riêng: 0,14 JK^-1g^-1
Độ cứng theo thang đo Mohs: 5,5
Độ cứng theo thang đo Brinell: 1700 MPa
Độ cứng theo thang đo Vickers: 1760 MPa
Điện dẫn suất: 3,3.10⁶ Sm^-1
Mô đun Young: 78 GPA
Mô đun cắt: 30 GPA
Năng lượng ion hóa bậc 1: 6,8251 eV
Năng lượng ion hóa bậc 2: 14,925 eV
Năng lượng ion hóa bậc 3: 23,32 eV
Đồng vị không bền: 15
Đồng vị bền: 6

Trong bảng tuần hoàn hóa học được Mendeleev công bố vào năm 1869 đã từng dự báo về khả năng tồn tại của nguyên tố nặng với tính chất tương tự như Titanium và Zirconium. Phải đến năm 1871, Mendeleev đã đặt nguyên tố số 57 là lantan vào vị trí còn trống mà ông đã để ở thời gian trước.

Chỗ còn trống trong bảng tuần hoàn vẫn chưa được phát hiện nguyên tố số 72. Phải đến năm 1914, nhà khoa học Henry Moseley mới đưa ra các dự báo đầu tiên về nguyên tố số 72. Theo đó, nguyên tố số 72 được đặt tên là Hafnium trong tiếng Latin để chỉ Copenhagen, quê hương của Niels Bohr.

Đến mãi năm 1923, Dirk Coster và Georg von Hevesy mới phát hiện ra nguyên tố Hafnium tại Copenhagen, Đan Mạch. Với phát hiện này, cùng với dự báo trước đó của Henry Moseley đã hợp lệ hóa dự báo gốc của Mendeleev về những vị trí trống trong bảng tuần hoàn hóa học của Mendeleev năm 1869.

Lịch sử tìm ra nguyên tố Hafni

Ngày sau đó, các nguyên tố mới được dự báo có gắn liền với Zirconium khi sử dụng các thuyết của Bohr về nguyên tử. Cuối cùng, nguyên tố Hafnium được tìm thấy trong Zirconium thông qua việc phân tích phổ học bằng tia X tại Na Uy. Nhà khoa học Jantzen và von Hevesey đã tách nguyên tố Hafnium từ zirconium thông qua tái kết tinh nhắc lại của các fluoride kép ammonium hay potassium.

Sau đó, Hafnium kim loại lần đầu tiên được điều chế bằng phương pháp cho hơi tetraiodua Hafnium chạy qua sợi wolfram nóng được thực hiện bởi Anton Eduard van Arkel và Jan Hendrik de Boer. Phương pháp tinh lọc phân dị Zr và Hf này hiện nay vẫn còn được sử dụng.

Tại Đại học Copenhagen, khoa Khoa học đã dùng hình ảnh cách điệu hóa của nguyên tử Hafnium trong con dấu của mình. Đó là lịch sử phát triển và nghiên cứu ra nguyên tố Hafnium.

Hafnium là một kim loại màu xám bạc, có độ bóng cao, dễ uốn và chống ăn mòn. Tính chất hóa học của nó tương đồng với nguyên tố Zirconium. Tuy nhiên, các tạp chất Zirconium có thể ảnh hưởng đáng kể đến tính chất vật lý của hafni. Hafnium và Zirconium là hai nguyên tố rất khó tách khỏi nhau. Tuy có tỷ trọng riêng khác biệt (tỷ trọng riêng của Zirconium chỉ khoảng một nửa của hafnium), nhưng tính chất hóa học của chúng cực kỳ giống nhau.

Điểm đáng chú ý về tính chất vật lý của Hafnium là nó có tiết diện bắt nơtron rất cao và các hạt nhân của một số đồng vị của Hafnium có thể hấp thụ nhiều nơtron. Điều này làm cho Hafnium trở thành vật liệu tốt cho các thanh kiểm soát trong các lò phản ứng hạt nhân. Tiết diện bắt nơtron nhiệt của Hafnium cao hơn khoảng 600 lần so với zirconi. Ngoài hafnium, các nguyên tố khác như Cadimi và Bo cũng có tiết diện bắt nơtron cao được sử dụng để làm các thanh kiểm soát trong các lò phản ứng hạt nhân.

Hafnium có những đặc trưng gì?

Trong ngành công nghiệp năng lượng hạt nhân, viên tác nguyên tố Hafnium và Zirconium rất quan trọng. Bởi Zirconium là một kim loại có khả năng phủ thanh nhiên liệu cực tốt. Đồng thời nó còn có tính chất tạo tiết diện bắt Neutron thấp nên có độ ổn định hóa học tốt ngay cả ở nhiệt độ cao. Nhưng Hafnium lại có tính chất hấp thụ Neutron, vì vậy mà các tạp chất Zirconium có trong nguyên tố Hafnium đã khiến nó trở nên có ích hơn với các ứng dụng lò phản ứng hạt nhân. Do đó việc tách 2 nguyên tố này là cần thiết với công nghiệp năng lượng hạt nhân hiện nay.

Hafnium và các cacbua của nó được biết đến với khả năng chịu lửa tốt, với điểm nóng chảy của carbide Hafnium vượt trội lên đến 3.890⁰C và nitride Hafnium là nitride kim loại khó nóng chảy nhất với điểm nóng chảy là 3.310⁰C. Điều này đã đưa ra các đề xuất về việc sử dụng Hafnium và carbide của nó như là vật liệu kết cấu và xây dựng trong môi trường nhiệt độ cao.

Ngoài ra, Hafnium là một kim loại chống ăn mòn đối với các chất kiềm đậm đặc, tuy nhiên, nó phản ứng với các halogen để tạo ra các Tetrahalua Hafni. Ở nhiệt độ cao, Hafnium cũng phản ứng với nhiều nguyên tố khác như Oxygen, Nitrogen, Carbon, Boron, Lưu huỳnh và Silicon.

Đồng phân hạt nhân Hf-178-m² là một nguồn phát tia gamma với tổng năng lượng phát ra khi phân rã là 2,45 MeV. Đây là đồng phân hạt nhân có năng lượng kích thích cao nhất trong số các đồng phân hạt nhân tồn tại tương đối lâu của bất kỳ nguyên tố nào. Một gram của Hf-178-m2 tinh khiết có thể chứa khoảng 1.330 MJ năng lượng, tương đương với năng lượng giải phóng từ khoảng 317 kilogram TNT khi nổ. Sự tập trung năng lượng cao như vậy có thể có các ứng dụng đáng quan tâm, ví dụ như sử dụng như là nguồn năng lượng cho các laser phát tia gamma.

Hafnium được ước tính chiếm khoảng 0,00058% khối lượng vỏ Trái Đất. Nó không tồn tại dưới dạng tinh khiết, mà thường được tìm thấy trong các hợp chất tự nhiên của Zirconi. Các khoáng chứa Zirconi, chẳng hạn như Alvit, Thortveitit và Zirconi, thường cũng chứa khoảng 1 đến 5% hafnium.

Trạng thái tự nhiên và tính phổ biến của Hafnium

Tuy nhiên, Hafnium và Zirconium rất khó tách khỏi nhau do chúng có tính chất hóa học gần như giống nhau. Khoảng một nửa Hafnium kim loại được sản xuất như phụ phẩm của quá trình tinh chế Zirconium bằng cách khử Clorua Hafnium (IV) bằng (Mg) hoặc (Na) trong quy trình Kroll.

Khi bề mặt của cục Hafnium bị oxi hóa, nó có thể hiển thị hiệu ứng quang học trong màng mỏng. Các loại quặng chủ yếu của Zirconium (và Hafni) bao gồm quặng Titan-Niobium, Pegmatit ở Brazil và Malawi, và Cacbonatit xâm nhập ở mỏ Crown ở núi Weld, Tây Úc. Các nguồn tiềm năng khác của Hafnium bao gồm đá Tuff Trachyte chứa các silicat hiếm như Eudialyte hoặc Armostrongit, tại khu vực Dubbo ở New South Wales, Australia.

Hafnium được đưa vào ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống và công nghiệp. Cụ thể như sau:

Ứng dụng hiện nay của Hafnium

Hafnium được sử dụng làm thanh kiểm soát của các lò phản ứng hạt nhân nhờ vào tính năng hấp thụ Neutron cao của mình.
Hafnium có khả năng chống ăn mòn hiệu quả nên được ứng dụng làm: Làm bóng đèn nóng sáng hoặc các môi trường đầy khí để hấp thụ nitơ hoặc oxy còn sót lại; làm điện cực trong cắt plasma nhờ khả năng phóng electron vào không khí; ứng dụng trong sản xuất các hợp kim với sắt, titan, niobi, tantali,...
Các hợp chất gốc Hafnium được người ta đưa vào ứng dụng làm các chất cách điện cho cổng Tranzito trong các mạch IC từ Intel, IBM,... với các thế hệ 45nm. Các hợp chất gốc oxygen Hafnium là các chất hằng số điện môi cao, điều này giúp chúng được đưa vào ứng dụng trong việc giảm dòng điện rò rỉ, đồng thời giúp cải thiện về hiệu năng ở quy mô nano.
DARPA từng tài trợ nghiên cứu sử dụng đồng phân hạt nhân Hf-178-m2 của Hafnium để tạo vũ khí nhỏ, hiệu suất cao. Dù có nhiều phản đối vì lo ngại về an ninh, đề xuất này cũng có thể được áp dụng cho tàu bay không người lái.
Hafnium còn được đưa vào ứng dụng trong việc làm tăng sự bám dính chặt của các vảy oxit nhằm bảo vệ hợp kim niken khỏi oxi hóa. Nhờ vậy mà nó giúp chống ăn mòn hiệu quả, đặc biệt trong những điều kiện môi trường có nhiệt độ biến đổi liên tục.
Ngoài ra, Hafnium có một số ứng dụng trong lĩnh vực y tế, bao gồm việc sử dụng làm chất đánh dấu trong các xét nghiệm hình ảnh và cũng được sử dụng trong điều trị ung thư.

Với thắc mắc “Nguyên tố thứ 72 trong bảng tuần hoàn hóa học là gì?” qua chia sẻ ở trên các em cũng biết được câu trả lời. Không dừng lại ở đó, Admin còn giúp các em cập nhật thêm rất nhiều các kiến thức bổ ích về nguyên tố hóa học Hafnium nằm ở nguyên tố thứ 72 trong bảng tuần hoàn. Các em có thể sử dụng bảng tuần hoàn hóa học Online trên FQA để hỗ trợ việc học của mình được tốt nhất. Ngoài ra các em cũng nên tận dụng FQA để đặt hỏi giải hóa, bổ sung thêm các kiến thức hóa học hữu ích cho bản thân và cải thiện kết quả học tập. Theo dõi Admin để cùng đón đọc những bài viết chất lượng và bổ ích về hóa học hơn nhé!