Springen naar inhoud

Zirkonium en hafnium; zeldzame aarden


  • Log in om te kunnen reageren

#1

-Ki-

    -Ki-


  • 0 - 25 berichten
  • 17 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 01 september 2007 - 15:49

Dit was een vraag op een van onze examens in januari, ik weet echter het antwoord nog steeds niet en ook niemand uit de klas kan een zinnig antwoord bedenken:

Hafnium wordt als poluent in Zirkonium teruggevonden, ze zijn zeer moeilijk te scheiden doordat ze beiden gelijkaardige eigenschappen hebben, ze vormen beiden vierwaardige ionen met een zeer gelijkaardige ionstraal, hoewel Zr 4d is en Hf 5d.
a) probeer dit te verklaren

Iemand een idee?
Alvast bedankt

Ki

PS. hoewel dit een vraag was op het proefwerk, staat er niet de minste uitleg over ionstralen in onze cursus (en al zeker niet waarom een stof met extra gevulde d, p, s n f even groot zou moeten zijn), inzichtsvragen noemen ze dat dan 8-[

Veranderd door -Ki-, 02 september 2007 - 08:44


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Marjanne

    Marjanne


  • >1k berichten
  • 4771 berichten
  • VIP

Geplaatst op 01 september 2007 - 16:18

Kijk eens waar Zr en Hf in het periodiek systeem staan. Wat zegt hun elementnummer over de grootte van de kernlading? Is deze + of -? En welke lading hebben electronen (+ of -)?

#3

-Ki-

    -Ki-


  • 0 - 25 berichten
  • 17 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 01 september 2007 - 17:07

8-[ Ik vrees dat ik niet doorheb waar je naartoe wilt... Ik maak er het volgende uit op: Hafnium staat net onder zirkonium, beiden zijn d2 in grondtoestand, de meest logische configuratie voor hun 4+ toestand is dan die waarbij ze hun 2 valentie-d-elektronen en 2 valentie-s-elektronen verliezen om zo een volledig gevulde subschil te bekomen:
Zr4+ = [Kr]
Hf4+ = [Xe] 4f14 = [Kr] 4d10 4f14 5s2 5p6

Eventueel zou Hf4+ er ook zo kunnen uitzien: [Xe] 4f12 6s2, dit leidt echter tot een groter ion dan de versie met volledig gevulde subschillen (en het wordt zoiezo al moeilijk om hafnium klein genoeg te krijgen) + ze is minder stabiel.

Om verder te gaan met jouw hint: zirkonium heeft atoomnummer 40 en hafnium 72, (dus ook 40+ en 72+, ze hebben respectievelijk 36 en 68 elektronen). Voor zover ik weet echter zorgen volledig gevulde subschillen voor elektrische afscherming, dus die extra protonen lijken me niet in staat om het verschil in grote door die extra 4d, 4f, 5s en 5p te neutraliseren.

Daarom ging ik op zoek naar speciale effecten die eventueel die schillen kleiner zouden kunnen maken dan normaal, daarbij dacht ik dan vooral als effecten in de aard van low-spin d orbitalen etc. We zagen echter dat dit niet van toepassing is op f-orbitalen, nu wanneer we zulke dingen leren is dat nogal vaak voor interpretatie vatbaar ( :P ). Ook hier zit echter een probleem: dan moet de bezetting van de f-schil rond de 5-7 elektronen zijn. (de specifieke opsplitsing van de f-orbitalen ken ik niet, maar naar analogie met d lijkt me dat ongveer zoiets te zijn), dat zou betekenen dat Hf4+ elektronen zou overdragen vanuit zijn valentie-f naar z'n valentie-d om ze zo beiden low-spin te maken??? Dit zou eventueel de grote kunnen verklaren maar is op zich dan weeral zo onwaarschijnlijk...

#4

Fuzzwood

    Fuzzwood


  • >5k berichten
  • 11160 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 01 september 2007 - 22:09

Nou ze staan onder elkaar, hintje: als ik cesium en natrium in water gooi: krijg dezelfde reactie en op het metaalion na, dezelfde uitgangsstoffen. Wat zegt dat dus als elementen onder elkaar staan in het periodiek systeem?

Een beter voorbeeld zijn de halogenen en edelgassen.

#5

DrQuico

    DrQuico


  • >1k berichten
  • 2952 berichten
  • VIP

Geplaatst op 01 september 2007 - 22:17

Er is iets meer aan de hand dan bij de vergelijking van andere elementen (zoals cesium en natrium of de halogenen) binnen een groep.

De gelijkenis tussen Zr en Hf, wat betreft atoomstraal (1.45 en 1.44 respectievelijk) en ionstraal (0.86 en 0.85 respectievelijk) komt door de zogenaamde lanthanide contractie. Dit geldt voor de hele tweede en derde rij van de overgangsmetalen binnen elke groep.

Bij het vullen van de f-orbitalen zie je een systematische contractie van de atomen/ionen met toenemend atoomnummer. Dit komt doordat de f-electronen de kernlading imperfect afschermen voor de buitenste electronen. Hierdoor 'voelen' de buitenste electronen een sterkere aantrekkingskracht met toenemend atoomnummer (en dus kernlading) waardoor de atoom- en ion-straal afneemt. Bij de derde rij van de overgansmetalen (vanaf Hf dus) zijn de f-schillen volledig gevuld, en is de lanthanide contractie maximaal. Hierdoor zie je nagenoeg geen verschil in atoom- en ion-straal tussen de tweede en derde rij van de overgangsmetalen.

PS. Zr4+ en Hf4+ hebben beiden de d0 configuratie (met de buitenste s-schil ook leeg). Bij Hf4+ zijn de f-schillen volledig gevuld.

#6

-Ki-

    -Ki-


  • 0 - 25 berichten
  • 17 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 02 september 2007 - 08:43

Wow, cool om te weten, hartelijk bedankt Quico. Ik vraag me nu wel nog meer af hoe we dat hadden moeten weten :D

Anyway, in dezelfde context (dat examen), heb ik nog een 'vraagje': de andere groep kreeg als vraag 'waarom worden de zeldzame aarden zeldzame aarden genoemd? Terwijl we nu weten dat ze eigenlijk niet zo zeldzaam zijn.'
Door wat opzoekwerk lijkt het dat de term aarden hier vooral verwijst naar de oxiden van deze stoffen (bij benadering de groep van de lanthaniden dus). Daarom dacht ik dat de zeldzame aarden mss niet graag oxiden vormen (maar eerder sulfiden) en dat men daarom dacht dat ze zeldzaam waren. (Volgens het HSAB-principe: O2- is hard en S2- zacht, dus als de de lanthaniden zacht zouden zijn, dan zouden hun oxiden idd zeldzaam zijn). Na verder nadenken echter blijkt dat lanthaniden ongeveer zo hard zijn als maar zijn kan (velen vormen oa. 4+-ionen), dus dat kan ook niet :)

Ki

#7

woelen

    woelen


  • >1k berichten
  • 3145 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 02 september 2007 - 21:17

Volgens mij worden ze zeldzame aarden genoemd, omdat ze zo wijdverbreid, maar wel in lage concentratie voorkomen en omdat ze steeds gemaskeerd werden door andere elementen. Ondanks dat deze elementen eigenlijk helemaal niet zo zeldzaam zijn, werden ze wel pas relatief laat ontdekt, juist omdat ze geen echt uitgesproken eigenschappen hebben, zoals de meeste transitiemetalen die juist wel hebben.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures