Hafnium, Metal HF, atom sayı 72, atom çəkisi 178.49, parlaq bir gümüş boz keçid metaldır.
Hafniumun təbii olaraq sabit izotopu var: Hafnium 174, 176, 177, 177, 178, 179, 179 və 180. Hafnium seyreltilmiş hidroklor turşusu ilə reaksiya vermir, sulfat turşusu və güclü qələvi həlləri seyreltmir, lakin hidrofluorik turşusu və Aqua regia-da həll olunur. Element adı Kopenhagen şəhərinin Latın adından gəlir.
1925-ci ildə İsveç kimyaçı Hervey və Hollandiya fiziki Koster, flüorlu kompleks duzların fraksiya kristallaşması ilə təmiz hafnium duzunu aldı və təmiz metal hafnium əldə etmək üçün metal natriumla azaldı. Hafnium, Yer qabığının 0.00045% -i ehtiva edir və tez-tez təbiətdəki zirkonyumla əlaqələndirilir.
Məhsulun adı: Hafnium
Element Symbol: HF
Atom çəkisi: 178.49
Element növü: metal element
Fiziki xüsusiyyətlər:
Hafniumbir metal parıltı olan bir gümüş boz metaldır; İki metal hafniumun iki variant var: α hafnium, daha yüksək bir şəkildə dolu bir variantdır (1750 ℃), daha yüksək bir tekstoniya temperaturu ilə sirkoniumdan daha yüksək bir tiplidir. Metal Hafnium yüksək temperaturda allotrop variantları var. Metal Hafnium yüksək neytron udma çarpazlığı hissəsinə malikdir və reaktorlar üçün nəzarət materialı olaraq istifadə edilə bilər.
İki növ büllur quruluşu var: 1300 ℃ (α tənliyi) olan temperaturda altıbucaqlı sıx qablaşdırma; 1300-dən yuxarı olan temperaturda, bədən mərkəzində kub (tənlik). Çirklərin olması halında sərtləşən və kövrək olan plastiklik olan bir metal. Havada sabitdir, yalnız yandırıldıqda səthdə qaralır. Filamentləri bir matçın alovu ilə alovlandırıla bilər. Sirkonyuma bənzər xüsusiyyətlər. Su ilə reaksiya vermir, turşular və ya güclü əsaslar, lakin Aqua regia və hidrofluor turşusunda asanlıqla həll olunur. Əsasən + 4 valentlik ilə birləşmələrdə. Hafnium ərintisi (TA4HFC5) ən yüksək ərimə nöqtəsi (təxminən 4215 ℃) olduğu bilinir.
Kristal quruluşu: Kristal hüceyrəsi altıbucaqlıdır
CAS nömrəsi: 7440-58-6
Ərimə nöqtəsi: 2227 ℃
Qaynar nöqtə: 4602 ℃
Kimyəvi xüsusiyyətlər:
Hafniumun kimyəvi xüsusiyyətləri sirkonyumlara çox bənzəyir və yaxşı korroziya müqavimətinə malikdir və ümumi turşu alkali sulu həlləri ilə asanlıqla korlanmır; Florifikli komplekslər yaratmaq üçün hidrofluor turşusunda asanlıqla həll olunur. Yüksək temperaturda, hafnium da oksigen və azot kimi qazlar və nitridlər yaratmaq üçün birbaşa qazlar ilə birləşə bilər.
Hafnium tez-tez birləşmələrdə + 4 valentlik var. Əsas birləşmədirhafnium oksidiHFO2. Hafnium oksidi üç fərqli variant var:hafnium oksidiHafnium sulfat və xlorid oksidinin davamlı kalsasiyası ilə əldə edilən bir monoklinik variantdır; Hafniumun hidroksidini qızdıraraq hafniumun hidroksidini qızdırması ilə əldə edilən hafnium oksidi tetragonal variantdır; 1000-dən yuxarı olan 1000 ℃, kub variantını əldə etmək olar. Başqa birləşmədirhafnium tetracloride, metal hafnium hazırlamaq üçün xammal olan və hafnium oksid və karbon qarışığında xlor qazına reaksiya göstərərək hazırlana bilər. Hafnium tetrachloride su ilə təmasa daxil olur və dərhal yüksək sabit HFO (4h2o) 2 + ionlarına dərhal hidrolizlər verir. HFO2 + ionları Hafniumun bir çox birləşməsində mövcuddur və iynə formalı nəmlənmiş hafnium oxikloride hfocl2 · 8h2o kristalları hafnyum turşusu hafnium tetracloride həlli.
4-Valent Hafnium, K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 və (NH4) 3HFF7-dən ibarət olan Fluoride ilə kompleksləri formalaşdırmağa meyllidir. Bu komplekslər sirkonyum və hafniumun ayrılması üçün istifadə edilmişdir.
Ümumi birləşmələr:
Hafnium dioksid: Ad Hafnium Dioxide; Hafnium dioksid; Molekulyar formula: HFO2 [4]; Əmlak: Üç kristal quruluşu olan ağ toz: monoklinik, tetragonal və kub. Sıxlıqlar müvafiq olaraq 10,3, 10.1 və 10.43g / sm3-dir. Ərimə nöqtəsi 2780-2920K. Qaynar nöqtə 5400k. Termal genişləndirmə əmsalı 5.8 × 10-6 / ℃. Su, hidroklor turşusu və nitrik turşusu, lakin konsentratlaşdırılmış kükürd turşusu və hidrofluor turşusunda həll olunmur. Hafnium sulfat və hafnium oxsiglorid kimi birləşmələrin istilik parçalanması və ya hidrolizi istehsal olunur. Metal hafnium və hafnium ərintiləri üçün xammal. Odadavamlı materiallar, anti radioaktiv örtüklər və katalizatorlar kimi istifadə olunur. [5] Atomic Energy Səviyyə HFO, Atom Enerji Səviyyə Zro istehsal edərkən eyni vaxtda əldə edilən bir məhsuldur. İkinci dərəcəli xlordan başlayaraq təmizlənmə, azalma və vakuum distillə prosesləri, sirkonyumun da demək olar ki, eynidır.
Hafnium tetracloride: Hafnium (iv) xlorid, hafnium tetrachloride molekulyar formula hfcl4 molekulyar çəki 320.30 xarakter: ağ kristal blok. Nəmə həssasdır. Aseton və metanolda həll olunanlar. Həbii oksiCloride (HFOCL2) istehsal etmək üçün suda hidrolizze. İstilik 250 ℃ və buxarlayın. Gözlər, tənəffüs sistemi və dəri üçün qıcıqlandırıcıdır.
Hafnium Hydrokside: Hafnium Hydrokside (H4HFO4), ümumiyyətlə nəmlənmiş bir oksid hfo2 · nh2o, suda həll olunmamış, qeyri-üzvi turşularda asanlıqla həll olunmamış, ammonyakda həll olunmayan və nadir hallarda natrium hidroksidində həll olunmadır. Hafnium hidroksid hfo (oh) 2-ni yaratmaq üçün 100 ℃ To To 100 ℃. Ağ hafnium hidroksid çöküntüləri Hafniuma (IV) duzu ilə amonia suyu ilə reaksiya verərək əldə edilə bilər. Digər hafnium birləşmələri istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər.
Tədqiqat tarixi
Kəşf tarixi:
1923-cü ildə İsveç kimyaçı Hervey və Hollandiya fiziki D. Koster, Norveç və Qrinlandda istehsal olunan sirkonda Hafniumda Hafnium, Kopenhagenin Hafniyasından yaranan Hafnium adını verdi. 1925-ci ildə Hevey və COSTER, saf hafnium duzları əldə etmək üçün flüorlu kompleks duzların fraksiya kristallaşdırılması metodundan istifadə edərək sirkonyum və titan ayırdı; Təmiz metal hafnium almaq üçün metal natrium ilə hafnium duzunu azaldın. Hervey bir neçə milliqram təmiz hafnium nümunəsi hazırladı.
Zirkonyum və hafnium üzrə kimyəvi təcrübələr:
1998-ci ildə Texas Universitetində professor Carl Collins tərəfindən aparılan bir təcrübədə, Qamma şüalanması 178 m2 (izomer hafnium-178m2 []) böyük enerji buraxa bilər, bu da kimyəvi reaksiyalardan daha yüksək miqyaslı, lakin nüvə reaksiyalarından daha aşağı olan üç sifarişdir. [8] HF178M2 (Hafnium 178m2) oxşar uzun ömürlü izotoplar arasında ən uzun ömrü var: HF178M2 (Hafnium 178m2), təxminən 1,6 trilyon becequerelin təbii bir radioaktivliyi nəticəsində 31 illik yarım ömrü var. Collins 'hesabatında bir qram təmiz HF178M2 (Hafnium 178m2), təxminən 1330 megagoul, 300 kiloqram TNT partlayışının partlaması nəticəsində ekvivalenti olan təxminən 1330 megajoul ehtiva edir. Collins 'hesabatı bu reaksiyadakı bütün enerjinin son dərəcə sürətli bir sürətdə yayımlanan rentgen və ya qamma şüaları şəklində sərbəst buraxıldığını və HF178M2 (Hafnium 178m2) hələ də son dərəcə aşağı konsentrasiyalara reaksiya göstərə bilər. [9] Pentaqon tədqiqat üçün vəsait ayırmışdır. Təcrübədə, siqnal-səs-küy nisbəti çox aşağı idi (əhəmiyyətli səhvlərlə), bu o vaxtdan bəri birdən çox təşkilatların (Darpa) və Collins tərəfindən edilən şərtlər şöbəsinin (Daron Müdafiə Tədqiqatı Agentliyi və Collins-nin bu reaksiyasının varlığını sübut etməməsi üçün güclü bir dəlil göstərməyəcəyinə baxmayaraq HF178M2 (Hafnium 178m2) enerjisini buraxmaq üçün Ray emissiyası [15] [15] Digər elm adamları bu reaksiyanın əldə edilə bilmədiyini nəzərdə tuturlar. [16] HF178M2 (Hafnium 178M2) akademik birliyə enerji mənbəyi olmaması üçün geniş inanılır
Tətbiq sahəsi:
Hafnium, bu kimi, məsələn, közərmə lampalarında bir filament kimi istifadə olunan kimi elektronları yayır. X-ray boruları üçün katod kimi istifadə olunur və hafnium və volfram və ya molibden ərintiləri yüksək gərginlikli axıdma boruları üçün elektrodlar kimi istifadə olunur. Ümumiyyətlə Kathode və Tungsten Ways İstehsalat sənayesində X-şüaları üçün istifadə olunur. Saf Hafnium, plastanlığı, asan emal, yüksək temperatur müqaviməti və korroziya müqavimətinə görə atom enerji sənayesində vacib bir materialdır. Hafniumun böyük bir istilik neytron ələ keçirmə çarpazlığı var və bir idarəetmə çubuğu və atom reaktorları üçün qoruyucu cihaz kimi istifadə edilə bilən ideal bir neytron absorberdir. Hafnium tozu raketlər üçün bir pervanel kimi istifadə edilə bilər. X-ray borularının katodu elektrik sənayesində istehsal edilə bilər. Hafnium ərintisi raket nozzles və sürüşmə yenidən giriş təyyarəsi üçün irəli qoruyucu təbəqə kimi xidmət edə bilər, HF ta ərintisi alət polad və müqavimət materialları istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər. Hafnium, volfram, molibden və tantal kimi istiliyədavamlı ərintilərdə əlavə bir element kimi istifadə olunur. HFC, yüksək sərtliyi və ərimə nöqtəsinə görə sərt ərintilər üçün bir əlavə olaraq istifadə edilə bilər. 4TACHFC-nin ərimə nöqtəsi təxminən 4215 ℃, onu ən yüksək tanınmış ərimə nöqtəsi ilə birləşmə halına gətirir. Hafnium bir çox inflyasiya sistemində bir getter olaraq istifadə edilə bilər. Hafnium getters sistemdə oksigen və azot kimi lazımsız qazları silə bilər. Hafnium tez-tez hidravlik yağda yüksək riskli əməliyyatlar zamanı hidravlik yağın dəyişməsinin qarşısını almaq və güclü dəyişkənlik xüsusiyyətlərinə malikdir. Buna görə də ümumiyyətlə sənaye hidravlik yağında istifadə olunur. Tibbi hidravlik yağ.
Hafnium elementi də son Intel 45 nanoprosessorlarında da istifadə olunur. Silikon dioksidinin (Sio2) istehsalına görə (Sio2) və tranzistor performansını daim inkişaf etdirmək üçün qalınlığı azaltmaq bacarığı, prosessor istehsalçıları, darpon dioksidini qapı dielektrikləri üçün material kimi istifadə edir. Intel, 65 nanometr istehsal prosesini təqdim edərkən, silikon dioksid qapısının qalınlığını azaltmaq üçün hər cür aramdan 1,2 nanometrdən 1,2 nanometrdən, güc istehlakı və istilik dağılmasının çətinliyini artırmaq üçün, mövcud tullantıların və lazımsız istilik enerjisi ilə nəticələndikdə, güc istehlakı və istilik dağılmasının çətinliyini artırdı. Buna görə də, cari materialların istifadəsi davam etdirildiyi təqdirdə və qalınlığı daha da azalırsa, qapı dielektrikinin sızması, tranzistor texnologiyasını onun hüdudlarına gətirərək xeyli artacaqdır. Bu kritik məsələni həll etmək üçün Intel, 10 dəfədən çox azaldılmış silikon dioksidinin əvəzinə darvazan dioksidinin əvəzinə, daha qalınlu yüksək keyfiyyətli materiallardan (hafnium əsaslı materiallardan) istifadə etməyi planlaşdırır. 65nm texnologiyasının əvvəlki nəsli ilə müqayisədə, Intelin 45nm prosesi tranzistor sıxlığını təxminən iki dəfə artırır, tranzistorların ümumi sayının artmasına və ya prosessor həcminin azalmasına imkan verir. Bundan əlavə, tranzistor keçid üçün tələb olunan güc, enerji istehlakını təxminən 30% azaltmaqdan aşağıdır. Daxili əlaqə, aşağı k dielektrik ilə cütləşdirilmiş mis teldən hazırlanmışdır, səmərəliliyi hamar bir şəkildə yaxşılaşdırır və güc istehlakını azaldır və keçid sürəti təxminən 20% daha sürətlidir
Mineral paylama:
Hafnium, Bismut, Cadmium və Mercury kimi ümumi istifadə olunan metallardan daha yüksək bir qabıq bolluğu var və berilyum, almaniya və uranın məzmuna bərabərdir. Zirkonyumu ehtiva edən bütün minerallar Hafnium ehtiva edir. Sənayedə istifadə olunan sirkonda 0,5-2% hafnium var. İkinci dərəcəli sirkonyum filizindəki berilyum sirkon (alvite) 15% -ə qədər hafnium ola bilər. 5% HFO-dan çox olan Metamorfik Zirkon, Cyrtolite bir növü də var. Sonuncu iki mineralın ehtiyatları kiçikdir və hələ sənayedə qəbul edilməmişdir. Hafnium, əsasən sirkonyum istehsalı zamanı bərpa olunur.
Ən çox sirkonium filizlərində mövcuddur. [18] [19] Çünki qabığda çox az miqdarda məzmun var. Tez-tez sirkonyumla birlikdə yaşayır və ayrı bir filizi yoxdur.
Hazırlıq metodu:
1. Hafnium yodidinin hafnium tetracloride və ya istilik parçalanmasının maqnezium azalması ilə hazırlana bilər. HFCL4 və K2HFF6 də xammal kimi istifadə edilə bilər. NACL KCL HFCL4 və ya K2HFF6 əriməsində elektrolitik istehsal prosesi sirkonyumun elektrolitik istehsalına bənzəyir.
2. Hafnium sirkonyum ilə birlikdə yaşayır və hafnium üçün ayrı bir xammal yoxdur. Hafnium istehsal üçün xammal, sirkonyum istehsal prosesi zamanı ayrılan xam hafnium oksiddir. İon mübadilə qatranlarından istifadə edərək hafnium oksidi çıxarın və sonra bu hafnium oksidi-dən metal hafnium hazırlamaq üçün sirkonyum kimi eyni üsuldan istifadə edin.
3. Bu, co isitmə hafnium tetraxloride (HFCL4), azalma yolu ilə natrium ilə hazırlana bilər.
Zirkonyum və hafniumun ayrılması üçün ən erkən metodlar flüorlu kompleks duzların fraksiya kristallaşması və fosfatların fraksiya yağıntıları idi. Bu üsullar işlətmək çətin və laboratoriya istifadəsi ilə məhdudlaşır. Arxa planlaşdırma distillə, həlledici çıxarış, ion mübadiləsi və fraksiyaların adsorsiyası kimi sirkonyum və hafniumu ayırmaq üçün yeni texnologiyalar, bir-birinin ardınca, həlledici çıxarışın daha praktik olması ilə ortaya çıxdı. İki dəfə istifadə olunan ayrılma sistemi tiosyanate Cyclohexanone sistemi və Tributil fosfat nitrik turşusu sistemidir. Yuxarıdakı üsullarla əldə edilən məhsullar bütün Hafnium hidroksid və saf hafnium oksidinin kalsasiya yolu ilə əldə edilə bilər. Yüksək saflıq hafniumu ion mübadilə üsulu ilə əldə edilə bilər.
Sənayedə, metal hafnium istehsalında tez-tez həm kroll prosesi, həm də debor aker prosesini əhatə edir. Kroll prosesi metal maqnezium istifadə edərək hafnium tetraxloridinin azalmasını əhatə edir:
2mg + hfcl4- → 2mgcl2 + hf
İodlaşdırma metodu kimi də tanınan debor Aker metodu, hafnium kimi süngəri təmizləmək və elastik metal hafnium almaq üçün istifadə olunur.
5. Hafniumun əriməsi əsasən sirkonyumla eynidir:
İlk addım, üç üsulu əhatə edən filizin parçalanmasıdır: (ZR, HF) CL əldə etmək üçün sirkonun xlorlanması. Zirkonun qələvi əriməsi. Zirkon, saat 600-də Naoh ilə əriyir və (ZR, HF) o 90% -dən çoxu NA (Zr, HF) O, Sio-ni çıxarılması üçün suda həll olunan NASIO-ya çevrilir. NA (ZR, HF) O, HNO-da həll edildikdən sonra sirkonyum və hafniumu ayırmaq üçün orijinal həll kimi istifadə edilə bilər. Bununla birlikdə, Sio Colloidsin olması həlledici hasilat ayırmağı çətinləşdirir. KSIF ilə və k (ZR, HF) F həllini almaq üçün suda islatmaq. Həll sirkonyum və hafniumu fraksiya kristalizasiya yolu ilə ayıra bilər;
İkinci addım, hidroklor turşusu MIBK (Metil Isobutil Ketone) Sistemi və HNO-TBP (Tributil Fosfat) sistemindən istifadə edərək, həlledici hasilat ayırma metodlarından istifadə etməklə əldə edilə bilən sirkonium və hafniumun ayrılmasıdır. HFCL və ZRCL arasındakı buxar təzyiqindəki fərqi istifadə edərək çox mərhələli fraksiya texnologiyası, yüksək təzyiq altında (20-dən yuxarı olanlar), ikinci dərəcəli xlorlama prosesini xilas edə və xərcləri azalda bilər. Bununla birlikdə, (ZR, HF) CL və HCL-nin korroziya problemi səbəbindən, uyğun fraksiya sütundaşları materiallarını tapmaq asan deyil və bu da ZRCL və HFCL-nin keyfiyyətini artıracaq, artan təmizləyici xərcləri də azaldır. 1970-ci illərdə hələ də fasiləsiz bitki test mərhələsində idi;
Üçüncü addım, hfo'nun azaldılması üçün xam HFCL əldə etmək üçün ikinci dərəcəli xlorlama;
Dördüncü addım HFCL və maqnezium azaldılmasının təmizlənməsidir. Bu proses ZRCL-nin təmizlənməsi və azalması ilə eynidir və nəticədə yarı hazır məhsulu qaba süngər hafniumdur;
Beşinci addım mgcl aradan qaldırmaq və artıq metal maqneziumu çıxarmaq üçün vakuum disterdivat hafniumu, nəticədə sponge metal hafniumun hazır məhsulu ilə nəticələnir. Azalma agenti maqnezium əvəzinə natrium istifadə edirsə, beşinci addım su batırılmasına dəyişdirilməlidir
Saxlama metodu:
Sərin və havalandırılan bir anbarda mağaza. Qığılcımlardan və istilik mənbələrindən uzaq durun. Okidantlardan, turşulardan, halogenlərdən və s. Ayrıca saxlanılmalıdır və qarışdırma anbarından çəkinin. Partlayışa davamlı işıqlandırma və havalandırma qurğularından istifadə etməklə. Qığılcımlara meylli mexaniki avadanlıq və vasitələrin istifadəsini qadağan edin. Saxlama sahəsi sızmaları ehtiva edən uyğun materiallarla təchiz olunmalıdır.
Saat: Sep-25-2023