Hafnium a Zirkonium

Poloha v periodické tabulce

Poloha v periodické tabulce Oba prvky se nacházejí ve 4.A skupině To znamená, že oba prvky jsou kovy a oxidační číslo mají 4 Zirkonium se nachází v páté periodě a jeho el. konfigurace je [Kr]: 4d2 5s2 Hafnium se nachází v šesté periodě a jeho el. konfigurace je [Xe] 4f14 5d2 6s2

Výskyt Zirkonium je v zemské kůře zastoupeno poměrně hojně, ale v přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách (např. minerály) Výskyt hafnia je velmi řídký a v přírodě se také vyskytuje pouze ve formě sloučenin, vždy doprovázen zirkoniem Oba se nejčastěji nacházejí v zirkonu (křemičitan zirkoničitý) a v baddeleyitu (oxid zirkoničitý)

Výskyt Hafnium Zirkonium

Vlastnosti- zirkonium Zirkonium je šedý až stříbřitě bílý, středně tvrdý a poměrně lehký kov. Je supravodičem 1. typu za teploty pod 0,7 K Je zajímavé mimořádnou chemickou stálostí Je například naprosto netečné vůči vodě Stejně jako hafnium reaguje pouze s HF nebo s lučavkou královskou

Vlastnosti- hafnium Hafnium je šedý až stříbřitě bílý, středně tvrdý těžký kov Je také supravodičem 1. typu (pod 0,35 K) Je docela vzácné Také se vyznačuje velmi vysokou chemickou stálostí a naprostou odolností vůči vodě Je velmi podobně zirkoniu a doprovází ho ve všech svých sloučeninách

Výroba- zirkonium Výroba je dosti nákladná, protože nejde použít běžných postupů (podobně jako u titanu) K tomu je většina přírodních zdrojů zirkonia kontaminována hafniem s velmi podobnými chem. vlastnostmi (=těžká separace obou prvků) Výroba probíhá Krollovým procesem Nejdříve probíhá pyrolýza baddeleyitu s uhlíkem a chlorem, z čehož se získává chlorid zirkoničitý (ZrCl4) ↓ ZrO2 + 2Cl2 + 2C (900 °C) → ZrCl4 + 2CO Frakční destilací se dále oddělí chlorid železitý Dála probíhá redukce hořčíkem v inertní argonové atmosféře při teplotě 800 ºC ↓ ZrCl4 + 2Mg → Zr + 2MgCl2 Poslední krok je působení HCl pro odstranění zbytků jiných sloučenin Toto zirkonium má v sobě ještě celé 1% hafnia, které však při běžném použití povrchové ochrany kovů nevadí (více v zajímavostech)

Výroba- hafnium Jeho výroba spočívá pouze v separaci od zirkonia při Krollově procesu To se dá provést dvě způsoby: Frakční destilací chloridů Nebo na ionexových kolonách (měniče iontů)

Bezkyslíkaté sloučeniny ZrC- karbid zirkoničitý (používá se například jako brusný materiál) ZrF4- fluorid zirkoničitý (toxický; používá se také na výrobu zirkonia) ZrCl4- chlorid zirkoničitý (při výrobě zirkonia) HfC- karbid hafnia (obrovská teplota tání → proudové motory nebo trysky plazmových hořáků)

Kyslíkaté sloučeniny HfO2- oxid hafničitý (používá se k výrobě polovodičů, integrovaných obvodů a žáruvzdorných skel) ZrO2- oxid zirkoničitý (velmi podobný diamantu→ šperkařství, náhražky popřípadě podvrhy briliantu (lehce zjistitelné); také má vysokou tvrdost, ale větší hustotu než diamant; má podobně vysokou hodnotu indexu lomu světla; používá se také v keramice ZrSiO4- křemičitan zirkoničitý (zirkon- nejstarší známý objevený minerál; hlavním nositelem přirozené radioaktivity v přírodě → dá se podle něj (podle jeho radioaktivního rozpadu) určovat stáří hornin; také se používá ve šperkařství)

Poznámky a zajímavosti Naprosto čisté zirkonium (bez 1% hafnia) je až 10x dražší a používá se na stavbu jaderných reaktorů Zirkonium se také používá například na výrobu implantátů, kloubních náhrad nebo pak paradoxně také na výrobu zápalných bomb Hafnium bylo objeveno v městě Kodani po jehož latinském názvu nese své jméno Již mnohem dříve bylo však předpovězeno samotným Mendělejev, který ho nejdříve pojmenoval eka- zirkonium Hafnium je jeden z materiálů, z kterého se vyrábí například klasická vlákna do žárovek Dále se z něho vyrábějí elektrody pro plazmové řezání kovů a pro sváření

Zdroje Wikipedie www.tabulka.cz www.prvky.com

Připravil Kristian Žurav