Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Гафній англ hafnium нім Hafnium n хімічний елемент символ Hf ат н 72 ат м 178 49 Сріблясто білий метал супутник цирконію

Гафній

Гафній

Гафній (англ. hafnium, нім. Hafnium n) — хімічний елемент, символ Hf, ат. н. 72; ат. м. 178,49. Сріблясто-білий метал, супутник цирконію — є постійною домішкою в цирконі при середньому співвідношенні їхніх оксидів 1:50. Гафній — типовий розсіяний елемент. Не має власних мінералів. Вміст у земній корі — 3,2·10-4 мас. %.

Гафній (Hf)
Атомний номер 72
Зовнішній вигляд простої речовини Сріблястий ковкий метал
image
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 178,49 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 167 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 575,2 (5,96) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Xe] 4f14 5d2 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 144 пм
Радіус іона (+4e) 78 пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,3
Електродний потенціал -1,73
Ступені окиснення +4, рідше +3, +1
Термодинамічні властивості
Густина 13,31 г/см³
Молярна теплоємність 0,146 Дж/(К·моль)
Теплопровідність 23,0 Вт/(м·К)
Температура плавлення 2 503 К
Теплота плавлення (25,1) кДж/моль
Температура кипіння 5 470 К
Теплота випаровування 575 кДж/моль
Молярний об'єм 13,6 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,200 Å
Відношення с/а 1,582
Температура Дебая 252 К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
image Гафній у Вікісховищі

Фізичні властивості

Гафній — сріблясто-білий, м'який, придатний для обробки метал. Існує дві алотропні модифікації:

  • α-гафній, стабільний за кімнатної температури, має гексагональну щільноупаковану ґратку з параметрами a=3,188 Å, c=5,042 Å;
  • β-гафній має об'ємноцентровану кубічну ґратку з періодом a=3,51 Å, і існує при температурі від 1740 °C до температури плавлення, 2227 °C.

Енергія іонізації для перших чотирьох електронів: 7,5; 15; 23,3; 33,3 еВ відповідно.

Модуль всебічного стиску — 108,9 ГПа, модуль Юнга — 83,4 ГПа.

Питомий опір — 30,6×10−8 Ом·м. Температура переходу в надпровідний стан — 0,13 К. Парамагнетик.

Переріз поглинання теплових нейтронів — 105 барн.

Історія

Відкритий 1923 року гафній шукали серед рідкісноземельних елементів, тому що не було з'ясовано будову 6-го періоду Періодичної системи елементів. 1911 р. французький хімік Жорж Урбан оголосив про відкриття нового елемента, який він назвав . Насправді він отримав суміш, що складалася з ітербію та лютецію і невеликої кількості гафнію. І тільки після того, як Нільс Бор за допомогою квантово-механічних розрахунків показав, що останнім рідкісноземельним елементом є лютецій (№ 71), стало ясно, що гафній — аналог цирконію. Базуючись на висновках Бора, який передбачив його властивості та валентність, 1923 року Дірк Костер та Дьордь де Гевеші за допомогою рентгеноспектрального методу систематично проаналізували норвезькі і гренландські циркони. Збіг спектральних ліній рентгенограм залишків, отриманих після розчинення циркону киплячими розчинами кислот, з вирахуваними за законом Мозлі нових ліній для 72-го елемента дозволили дослідникам оголосити про відкриття нового елементу, який вони назвали гафнієм на честь Копенгагена, де було зроблено відкриття (Hafnia — латинізована назва міста). Спір, який розпочався після цього про першовідкриття між Ж. Урбаном, Д. Костером і Д. Гевеші, продовжувався тривалий час. У 1949 р. назва елемента «гафній» була затверджена Міжнародною комісією та прийнята остаточно. Розділення металічних цирконію та гафнію вдалося вперше Янтцену та Гевеші через рекристалізацію хлоридів та амонієвих солей обох елементів. Потім гафній виділили відновленням металічним натрієм.

Походження назви

Hafnia — латинська назва місцевості сучасного Копенгагена, де був відкритий елемент. Водночас, Hafnia — HfO2, «гафнієва земля» — оксид гафнію.

Отримання

image
Кристали гафнію, добуті при газотранспортній реакції.

У більшості цирконієвих мінералів є від 1-2 до 6-7 % гафнію, а у вторинних мінералах — до 35 %. Найцінніший промисловий тип цирконієвих родовищ, що містять гафній — морські і алювіальні розсипи мінералу циркону. Найбагатші гафнієм різновиди циркону — , малакон, , . Відомий один мінерал — тортвейтит (який, взагалі, є мінералом скандію), відносна частка гафнію в якому більша, ніж цирконію.

Для виробництва гафнію його треба спочатку відділити від цирконію. Для цього використовують різну розчинність солей цих елементів, наприклад, нітратів у три-н-бутилфосфаті або тіоціанатів у . Також використовують іонний обмін чи фракційну дистиляцію відповідних сполук.

Відділені сполуки гафнію переводять у HfCl4 і відновлюють натрієм чи магнієм до металу:

image


Для виробництва дуже чистого гафнію використовують газотранспортні реакції з йодом. У зоні слабкого нагрівання йод реагує з металом, а в іншій зоні йодид розкладається на розжареному дроті з кристалізацією гафнію:

image

Ізотопи та ядерні ізомери

Для гафнію відомо 35 ізотопів та ядерних ізомерів від 153Hf до 188Hf. Найчастіше зустрічається ізотоп 180Hf (35 %), за ним йдуть 178Hf (27,28 %), 177Hf (18,61 %), 179Hf (13,62 %), 176Hf (5,27 %) та 174Hf (0,16 %). У 174Hf спостерігається альфа-розпад із періодом напіврозпаду 2·1015 років. 178m2Hf є особливо привабливим кандидатом для експериментів з вимушеним гамма-випромінюванням через високу щільність накопиченої енергії. Щодо можливості використання його як засобу зберігання енергії триває дискусія.

Застосування

Ядерна енергетика

Гафній (а саме два його ізотопи — 174Hf 177Hf) має надзвичайно великий переріз поглинання теплових нейтронів, тому використовується для виробництва регулювальних стержнів для ядерних реакторів на атомних електростанціях і підводних човнах, а також захисних екранів. Додатковими перевагами гафнію є висока стійкість до корозії і високих температур, і зберігає свою стійкість у воді. Ще важливою особливістю є те, що ізотопи з масовими числами 178 і 179 також мають високий рівень поглинання нейтронів (хоча і менший ніж гафній-177, що породжує їх), тому з часом ефективність гафнію як поглинача зменшується дуже повільно.

Цікаво, що цирконій, постійний супутник гафнію, також використовується в ядерній енергетиці, але його особливістю, навпаки, є надзвичайно низький рівень поглинання нейтронів (майже в 1 000 разів нижчий за гафній). Через це цирконій, що використовується для цих потреб, повинен мати частку гафнію меншу за 0,01 %.

Металургія

Невеликі домішки гафнію (1–2 %) значно покращують стійкість металів до температури і тиску, тому його додають у сплави, що використовують для лопатей турбін реактивних літаків, сопел та інших деталей ракет, тощо. Для цього використовуються сплави гафнію з нікелем, танталом, вольфрамом, молібденом. Сплавом гафнію з ніобієм вкривають поверхню різальних інструментів.

Інше

Карбід гафнію має найвищу температуру плавлення серед усіх бінарних сполук (3 890 °C), а нітрид гафнію — серед усіх нітридів металів (3 310 °C). Наразі найвищу відому температуру плавлення має керамічний матеріал, що є сумішшю карбіду танталу і карбіду гафнію (3 950 °C), проте існують теоретичні передбачення, що HfNC може бути ще більш стійким. Сам гафній також має високу температуру плавлення і використовується, наприклад, для електродів плазменних різаків.

Гафній добре абсорбує гази, тому використовується у вакуумній техніці.

Скло, вкрите оксидом гафнію, має специфічні рефракційні властивості і використовується в лазерній техніці. Також оксид гафнію використовують у мікрочипах як ізолятор.

Існує ряд каталізаторів, що містять гафній.

Примітки

  1. Poole, 2004, с. 545.
  2. Шека, Карлышева, 1973, с. 10.
  3. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties [ 20 липня 2011 у Wayback Machine.] Nuclear Physics. Band A 729, 2003, P. 3–128.
  4. The Strange Tale of the Hafnium Bomb: A Personal Narrative [ 24 січня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
  5. Шека, Карлышева, 1973, с. 11.
  6. Hafnium Alloys: Part Two [ 21 вересня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
  7. New material has higher melting point than any known substance [ 20 липня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  8. Plasma cutter electrode. An example of the element Hafnium [ 28 квітня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  9. The Element Hafnium [ 20 липня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  10. HAFNIUM OXIDE FOR OPTICAL COATING [ 20 липня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  11. Hafnium [ 7 серпня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  12. Hafnium Catalysts [ 20 липня 2019 у Wayback Machine.](англ.)

Література

  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — /
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — .
  • Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — .
  • Шека И., Карлышева К. Химия гафния. — К. : Наукова думка, 1973. — 260 с. (рос.)

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Gafnij angl hafnium nim Hafnium n himichnij element simvol Hf at n 72 at m 178 49 Sriblyasto bilij metal suputnik cirkoniyu ye postijnoyu domishkoyu v cirkoni pri serednomu spivvidnoshenni yihnih oksidiv 1 50 Gafnij tipovij rozsiyanij element Ne maye vlasnih mineraliv Vmist u zemnij kori 3 2 10 4 mas Gafnij Hf Atomnij nomer 72Zovnishnij viglyad prostoyi rechovini Sriblyastij kovkij metalVlastivosti atomaAtomna masa molyarna masa 178 49 a o m g mol Radius atoma 167 pmEnergiya ionizaciyi pershij elektron 575 2 5 96 kDzh mol eV Elektronna konfiguraciya Xe 4f14 5d2 6s2Himichni vlastivostiKovalentnij radius 144 pmRadius iona 4e 78 pmElektronegativnist za Polingom 1 3Elektrodnij potencial 1 73Stupeni okisnennya 4 ridshe 3 1Termodinamichni vlastivostiGustina 13 31 g sm Molyarna teployemnist 0 146 Dzh K mol Teploprovidnist 23 0 Vt m K Temperatura plavlennya 2 503 KTeplota plavlennya 25 1 kDzh molTemperatura kipinnya 5 470 KTeplota viparovuvannya 575 kDzh molMolyarnij ob yem 13 6 sm molKristalichna gratkaStruktura gratki geksagonalnaPeriod gratki 3 200 AVidnoshennya s a 1 582Temperatura Debaya 252 KH He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Gafnij u VikishovishiFizichni vlastivostiGafnij sriblyasto bilij m yakij pridatnij dlya obrobki metal Isnuye dvi alotropni modifikaciyi a gafnij stabilnij za kimnatnoyi temperaturi maye geksagonalnu shilnoupakovanu gratku z parametrami a 3 188 A c 5 042 A b gafnij maye ob yemnocentrovanu kubichnu gratku z periodom a 3 51 A i isnuye pri temperaturi vid 1740 C do temperaturi plavlennya 2227 C Energiya ionizaciyi dlya pershih chotiroh elektroniv 7 5 15 23 3 33 3 eV vidpovidno Modul vsebichnogo stisku 108 9 GPa modul Yunga 83 4 GPa Pitomij opir 30 6 10 8 Om m Temperatura perehodu v nadprovidnij stan 0 13 K Paramagnetik Pereriz poglinannya teplovih nejtroniv 105 barn IstoriyaVidkritij 1923 roku gafnij shukali sered ridkisnozemelnih elementiv tomu sho ne bulo z yasovano budovu 6 go periodu Periodichnoyi sistemi elementiv 1911 r francuzkij himik Zhorzh Urban ogolosiv pro vidkrittya novogo elementa yakij vin nazvav Naspravdi vin otrimav sumish sho skladalasya z iterbiyu ta lyuteciyu i nevelikoyi kilkosti gafniyu I tilki pislya togo yak Nils Bor za dopomogoyu kvantovo mehanichnih rozrahunkiv pokazav sho ostannim ridkisnozemelnim elementom ye lyutecij 71 stalo yasno sho gafnij analog cirkoniyu Bazuyuchis na visnovkah Bora yakij peredbachiv jogo vlastivosti ta valentnist 1923 roku Dirk Koster ta Dord de Geveshi za dopomogoyu rentgenospektralnogo metodu sistematichno proanalizuvali norvezki i grenlandski cirkoni Zbig spektralnih linij rentgenogram zalishkiv otrimanih pislya rozchinennya cirkonu kiplyachimi rozchinami kislot z virahuvanimi za zakonom Mozli novih linij dlya 72 go elementa dozvolili doslidnikam ogolositi pro vidkrittya novogo elementu yakij voni nazvali gafniyem na chest Kopengagena de bulo zrobleno vidkrittya Hafnia latinizovana nazva mista Spir yakij rozpochavsya pislya cogo pro pershovidkrittya mizh Zh Urbanom D Kosterom i D Geveshi prodovzhuvavsya trivalij chas U 1949 r nazva elementa gafnij bula zatverdzhena Mizhnarodnoyu komisiyeyu ta prijnyata ostatochno Rozdilennya metalichnih cirkoniyu ta gafniyu vdalosya vpershe Yantcenu ta Geveshi cherez rekristalizaciyu hloridiv ta amoniyevih solej oboh elementiv Potim gafnij vidilili vidnovlennyam metalichnim natriyem Pohodzhennya nazviHafnia latinska nazva miscevosti suchasnogo Kopengagena de buv vidkritij element Vodnochas Hafnia HfO2 gafniyeva zemlya oksid gafniyu OtrimannyaKristali gafniyu dobuti pri gazotransportnij reakciyi U bilshosti cirkoniyevih mineraliv ye vid 1 2 do 6 7 gafniyu a u vtorinnih mineralah do 35 Najcinnishij promislovij tip cirkoniyevih rodovish sho mistyat gafnij morski i alyuvialni rozsipi mineralu cirkonu Najbagatshi gafniyem riznovidi cirkonu malakon Vidomij odin mineral tortvejtit yakij vzagali ye mineralom skandiyu vidnosna chastka gafniyu v yakomu bilsha nizh cirkoniyu Dlya virobnictva gafniyu jogo treba spochatku viddiliti vid cirkoniyu Dlya cogo vikoristovuyut riznu rozchinnist solej cih elementiv napriklad nitrativ u tri n butilfosfati abo tiocianativ u Takozh vikoristovuyut ionnij obmin chi frakcijnu distilyaciyu vidpovidnih spoluk Viddileni spoluki gafniyu perevodyat u HfCl4 i vidnovlyuyut natriyem chi magniyem do metalu H f C l 4 2 M g H f 2 M g C l 2 displaystyle mathrm HfCl 4 2 Mg longrightarrow Hf 2 MgCl 2 Dlya virobnictva duzhe chistogo gafniyu vikoristovuyut gazotransportni reakciyi z jodom U zoni slabkogo nagrivannya jod reaguye z metalom a v inshij zoni jodid rozkladayetsya na rozzharenomu droti z kristalizaciyeyu gafniyu H f 2 I 2 H f I 4 displaystyle mathrm Hf 2 I 2 rightleftharpoons HfI 4 Izotopi ta yaderni izomeriDlya gafniyu vidomo 35 izotopiv ta yadernih izomeriv vid 153Hf do 188Hf Najchastishe zustrichayetsya izotop 180Hf 35 za nim jdut 178Hf 27 28 177Hf 18 61 179Hf 13 62 176Hf 5 27 ta 174Hf 0 16 U 174Hf sposterigayetsya alfa rozpad iz periodom napivrozpadu 2 1015 rokiv 178m2Hf ye osoblivo privablivim kandidatom dlya eksperimentiv z vimushenim gamma viprominyuvannyam cherez visoku shilnist nakopichenoyi energiyi Shodo mozhlivosti vikoristannya jogo yak zasobu zberigannya energiyi trivaye diskusiya ZastosuvannyaYaderna energetika Gafnij a same dva jogo izotopi 174Hf 177Hf maye nadzvichajno velikij pereriz poglinannya teplovih nejtroniv tomu vikoristovuyetsya dlya virobnictva regulyuvalnih sterzhniv dlya yadernih reaktoriv na atomnih elektrostanciyah i pidvodnih chovnah a takozh zahisnih ekraniv Dodatkovimi perevagami gafniyu ye visoka stijkist do koroziyi i visokih temperatur i zberigaye svoyu stijkist u vodi She vazhlivoyu osoblivistyu ye te sho izotopi z masovimi chislami 178 i 179 takozh mayut visokij riven poglinannya nejtroniv hocha i menshij nizh gafnij 177 sho porodzhuye yih tomu z chasom efektivnist gafniyu yak poglinacha zmenshuyetsya duzhe povilno Cikavo sho cirkonij postijnij suputnik gafniyu takozh vikoristovuyetsya v yadernij energetici ale jogo osoblivistyu navpaki ye nadzvichajno nizkij riven poglinannya nejtroniv majzhe v 1 000 raziv nizhchij za gafnij Cherez ce cirkonij sho vikoristovuyetsya dlya cih potreb povinen mati chastku gafniyu menshu za 0 01 Metalurgiya Neveliki domishki gafniyu 1 2 znachno pokrashuyut stijkist metaliv do temperaturi i tisku tomu jogo dodayut u splavi sho vikoristovuyut dlya lopatej turbin reaktivnih litakiv sopel ta inshih detalej raket tosho Dlya cogo vikoristovuyutsya splavi gafniyu z nikelem tantalom volframom molibdenom Splavom gafniyu z niobiyem vkrivayut poverhnyu rizalnih instrumentiv Inshe Karbid gafniyu maye najvishu temperaturu plavlennya sered usih binarnih spoluk 3 890 C a nitrid gafniyu sered usih nitridiv metaliv 3 310 C Narazi najvishu vidomu temperaturu plavlennya maye keramichnij material sho ye sumishshyu karbidu tantalu i karbidu gafniyu 3 950 C prote isnuyut teoretichni peredbachennya sho HfNC mozhe buti she bilsh stijkim Sam gafnij takozh maye visoku temperaturu plavlennya i vikoristovuyetsya napriklad dlya elektrodiv plazmennih rizakiv Gafnij dobre absorbuye gazi tomu vikoristovuyetsya u vakuumnij tehnici Sklo vkrite oksidom gafniyu maye specifichni refrakcijni vlastivosti i vikoristovuyetsya v lazernij tehnici Takozh oksid gafniyu vikoristovuyut u mikrochipah yak izolyator Isnuye ryad katalizatoriv sho mistyat gafnij PrimitkiPoole 2004 s 545 Sheka Karlysheva 1973 s 10 G Audi O Bersillon J Blachot A H Wapstra The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties 20 lipnya 2011 u Wayback Machine Nuclear Physics Band A 729 2003 P 3 128 The Strange Tale of the Hafnium Bomb A Personal Narrative 24 sichnya 2021 u Wayback Machine angl Sheka Karlysheva 1973 s 11 Hafnium Alloys Part Two 21 veresnya 2020 u Wayback Machine angl New material has higher melting point than any known substance 20 lipnya 2019 u Wayback Machine angl Plasma cutter electrode An example of the element Hafnium 28 kvitnya 2019 u Wayback Machine angl The Element Hafnium 20 lipnya 2019 u Wayback Machine angl HAFNIUM OXIDE FOR OPTICAL COATING 20 lipnya 2019 u Wayback Machine angl Hafnium 7 serpnya 2019 u Wayback Machine angl Hafnium Catalysts 20 lipnya 2019 u Wayback Machine angl LiteraturaGlosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0 Mala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Donbas 2004 T 1 A K 640 s ISBN 966 7804 14 3 Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics Charles P Poole Jr 1 San Diego Academic Press 2004 1672 s ISBN 9780080545233 Sheka I Karlysheva K Himiya gafniya K Naukova dumka 1973 260 s ros

Дата публікації:
Топ