Хафній, металічны HF, атамны нумар 72, атамная маса 178,49, - гэта бліскучы срэбны шэры пераходны метал.
Hafnium мае шэсць натуральных устойлівых ізатопаў: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 і 180. Hafnium не ўступае ў рэакцыю з разведзенай салянай кіслатой, разведзеным сернай кіслатой і моцнымі шчолачнымі растворамі, але раствараецца ў гідрофторнай кіслаце і аква -рэгіа. Назва элемента паходзіць з лацінскай назвы горада Капенгаген.
У 1925 годзе шведскі хімік Герві і галандскі фізік Костэр атрымалі чыстую соль Hafnium шляхам дробавай крышталізацыі фтарыраваных складаных соляў і паменшылі яе металічным натрыем для атрымання чыстага металу Hafnium. Hafnium змяшчае 0,00045% зямной кары і часта звязаны з цырконіем у прыродзе.
Назва прадукту: hafnium
Сімвал элемента: HF
Атамная вага: 178,49
Тып элемента: металічны элемент
Фізічныя ўласцівасці:
Хафнійгэта срэбны шэры метал з металічным бляскам; Існуе два варыянты металу Hafnium: α Hafnium - гэта шасцікутны варыянт (1750 ℃) з больш высокай тэмпературай трансфармацыі, чым цырконій. Металічны хафній мае варыянты алатрапа пры высокіх тэмпературах. Металічны HAFNIUM мае перасек з высокім узроўнем паглынання нейтронаў і можа быць выкарыстаны ў якасці кантрольнага матэрыялу для рэактараў.
Існуе два тыпы крыштальных структур: шасцігранная шчыльная ўпакоўка пры тэмпературы ніжэй за 1300 ℃ α α- раўнанне); Пры тэмпературы вышэй за 1300 ℃ гэта кубічнае β-β-β-β-β-β-раўнанне). Метал з пластычнасцю, які цвярдзее і становіцца далікатным пры наяўнасці прымешак. Устойлівы ў паветры, толькі цямнее на паверхні пры спальванні. Ніткі можна распаліць полымем запалкі. Уласцівасці, падобныя на цырконій. Ён не ўступае ў рэакцыю з вадой, разведзенымі кіслотамі або моцнымі асновамі, але лёгка раствараецца ў аква -рэгіі і гідрафторнай кіслаце. У асноўным у злучэннях з валентнасцю+4. Як вядома, сплаў Hafnium (TA4HFC5) мае найбольшую тэмпературу плаўлення (прыблізна 4215 ℃).
Крышталічная структура: крышталічная клетка шасцікутная
Нумар CAS: 7440-58-6
Кропка плаўлення: 2227 ℃
Кропка кіпення: 4602 ℃
Хімічныя ўласцівасці:
Хімічныя ўласцівасці Hafnium вельмі падобныя на цырконій, і ён валодае добрай карозійнай устойлівасцю і не лёгка раз'ядае агульнымі кіслотнымі шчолачнымі воднымі растворамі; Лёгка раствараецца ў гідрафторнай кіслаце, утвараючы фтарыраваныя комплексы. Пры высокіх тэмпературах Hafnium таксама можа непасрэдна спалучацца з такімі газамі, як кісларод і азот, утвараючы аксіды і нітрыды.
Hafnium часта мае+4 валентнасць у злучэннях. Асноўнае злучэнне - гэтаАксід хафніюHFO2. Існуе тры розныя варыянты аксіду Hafnium:Аксід хафніюАтрыманы пры пастаянным кальцынацыі сульфату Hafnium і аксіду хларыду з'яўляецца моноклінічным варыянтам; Аксід Hafnium, атрыманы пры награванні гідраксіду Hafnium прыблізна ў 400 ℃, з'яўляецца чатырохвугольным варыянтам; Калі калькуецца вышэй 1000 ℃, можна атрымаць кубічны варыянт. Яшчэ адно злучэннетэтрахлорыд хафнію, які з'яўляецца сыравінай для падрыхтоўкі металу HAFNIUM і можа быць падрыхтаваны, уступаючы ў рэакцыю газу хлору на сумесі аксіду HAFNIUM і вугляроду. Тэтрахларыд Hafnium уступае ў кантакт з вадой і адразу ж гідралізуе ў высока ўстойлівыя іёны HFO (4H2O) 2+. Іёны HFO2+існуюць у многіх злучэннях Hafnium і могуць крышталізаваць увільгатненне іголкі ў гідратаванай гафнію аксіхларыд HFOCL2 · 8H2O ў растворы тэтрахлорида Hafnium Hafnium.
4-валентны Hafnium таксама схільны ўтвараць комплексы з фторам, які складаецца з K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 і (NH4) 3HFF7. Гэтыя комплексы былі выкарыстаны для падзелу цырконія і Hafnium.
Агульныя злучэнні:
Дыяксід Hafnium: назва дыяксіду Hafnium; Дыяксід хафнію; Малекулярная формула: HFO2 [4]; Уласцівасць: белы парашок з трыма крыштальнымі структурамі: моноклінічны, чатырохвугольны і кубічны. Шчыльнасць складае 10,3, 10,1 і 10,43 г/см3 адпаведна. Кропка плаўлення 2780-2920K. Кропка кіпення 5400K. Каэфіцыент цеплавога пашырэння 5,8 × 10-6/℃. Нерастваральная ў вадзе, салянай кіслаце і азотнай кіслаце, але раствараецца ў канцэнтраванай сернай кіслаце і гідрафторнай кіслаце. Вытворчасць цеплавым раскладаннем або гідролізу такіх злучэнняў, як сульфат хафнію і оксіхларыд Hafnium. Сыравіну для вытворчасці металічных сплаваў Hafnium і Hafnium. Выкарыстоўваюцца ў якасці вогнетрывалых матэрыялаў, антыактыўных пакрыццяў і каталізатараў. [5] HFO Atomic Energy - гэта прадукт, атрыманы адначасова пры вытворчасці ўзроўню атамнай энергіі ZRO. Пачынаючы з другаснага хларавання, працэсы ачышчэння, зніжэння і вакуумнай дыстыляцыі практычна ідэнтычныя цырконію.
Тэтрахлорыд хафнію: Hafnium (iv) хларыд, малекулярны малекулярны малекулярную формулу HFCL4 малекулярнай масы 320,30 характар: Белы крышталічны блок. Адчувальны да вільгаці. Раствараецца ў ацэтоне і метаноле. Гідралізатар у вадзе для атрымання оксіхларыду Hafnium (HFOCL2). Нагрэйце да 250 ℃ і выпарыцца. Раздражняючы вачэй, дыхальную сістэму і скуру.
Гідраксід Hafnium: гідраксід Hafnium (H4HFO4), як правіла, прысутнічае ў выглядзе гідратаванага аксіду HFO2 · NH2O, нерастваральны ў вадзе, лёгка раствараецца ў неарганічных кіслот, нерастваральных у аміяку і рэдка раствараецца ў гідраксід натрыю. Нагрэйце да 100 ℃, каб стварыць HFO HFO (OH) HAFNIUM (OH) 2. Белы гідраксід гідраксіду Hafnium можна атрымаць, уступаючы ў рэакцыю солі Hafnium (IV) з аміячнай вадой. З яго дапамогай можна стварыць іншыя злучэнні Hafnium.
Гісторыя даследаванняў
Гісторыя адкрыцця:
У 1923 годзе шведскі хімік Герві і галандскі фізік Д. Костэр выявілі Hafnium у цырконе, вырабленага ў Нарвегіі і Грэнландыі, і назвалі яго Хафніем, які ўзнікла з лацінскай назвы Хафніі з Капенгагена. У 1925 годзе Герві і Костэр аддзялілі цырконій і тытан з выкарыстаннем метаду дробавай крышталізацыі фтарыраваных складаных соляў для атрымання чыстых соляў хафнію; І паменшыць соль Hafnium металічным натрыем, каб атрымаць чысты металічны хафній. Герві падрыхтаваў узор некалькіх міліграмаў чыстага хафнію.
Хімічныя эксперыменты на цырконія і хафнію:
У эксперыменце, праведзеным прафесарам Карлам Колінзам у Тэхаскім універсітэце ў 1998 годзе, сцвярджалася, што гама-апрамяненне Hafnium 178M2 (Isomer Hafnium-178M2 [7]) можа вызваліць велізарную энергію, якая на пяць парадкаў вышэй, чым хімічныя рэакцыі, але на тры парадку, чым ядзерныя рэакцыі. [8] HF178M2 (HAFNIUM 178M2) мае самы працяглы тэрмін службы сярод аналагічных даўгавечных ізатопаў: HF178M2 (HAFNIUM 178M2) мае перыяд паўраспаду 31 год, што прыводзіць да натуральнай радыеактыўнасці прыблізна 1,6 трлн. У справаздачы Колінза гаворыцца, што адзін грам чыстага HF178M2 (HAFNIUM 178M2) змяшчае прыблізна 1330 мегажулаў, што эквівалентна энергіі, якая вылучаецца выбухам 300 кілаграмаў выбуховых рэчываў ТНТ. Справаздача Колінза паказвае, што ўся энергія ў гэтай рэакцыі вылучаецца ў выглядзе рэнтгенаўскіх прамянёў або гама-прамянёў, якія вылучаюць энергію з надзвычай хуткай хуткасцю, а HF178M2 (Hafnium 178M2) усё яшчэ можа рэагаваць пры вельмі нізкіх канцэнтрацыях. [9] Пентагон выдзеліў сродкі на даследаванні. In the experiment, the signal-to-noise ratio was very low (with significant errors), and since then, despite multiple experiments by scientists from multiple organizations including the United States Department of Defense Advanced Projects Research Agency (DARPA) and JASON Defense Advisory Group [13], no scientist has been able to achieve this reaction under the conditions claimed by Collins, and Collins has not provided strong evidence to prove the existence of this reaction, Collins proposed a method of using induced Выкід Gamma Ray для вызвалення энергіі з HF178M2 (HAFNIUM 178M2) [15], але іншыя навукоўцы тэарэтычна даказалі, што гэтай рэакцыі нельга дасягнуць. [16] HF178M2 (Hafnium 178m2) шырока верыць у акадэмічную супольнасць, якая не з'яўляецца крыніцай энергіі
Поле прыкладання:
Hafnium вельмі карысны дзякуючы здольнасці выпраменьваць электроны, напрыклад, як выкарыстоўваецца ў якасці ніткі ў лямпах напальвання. Выкарыстоўваецца ў якасці катода для рэнтгенаўскіх труб, а сплавы хафнію і вальфраму або малібдэна выкарыстоўваюцца ў якасці электродаў для высокаквольтных разрадальных труб. Звычайна выкарыстоўваецца ў вытворчай прамысловасці катода і вальфраму для рэнтгенаўскіх прамянёў. Чысты Hafnium - важны матэрыял у атамнай энергетыцы з -за яго пластычнасці, лёгкага перапрацоўкі, высокай тэмпературнай устойлівасці і ўстойлівасці да карозіі. Hafnium мае вялікі перасек захопу цеплавога нейтрона і з'яўляецца ідэальным паглынальнікам нейтронаў, які можа быць выкарыстаны ў якасці кантрольнага стрыжня і ахоўнага прылады для атамных рэактараў. Парашок Hafnium можа быць выкарыстаны ў якасці паліва для ракет. Катод рэнтгенаўскіх труб можа вырабляцца ў электрычнай прамысловасці. Сплаў Hafnium можа служыць ахоўным пластом наперад для ракетных сопла і самалёта для паўторнага ўвядзення слізгацення, у той час як сплаў HF TA можа быць выкарыстаны для вырабу інструментальных сталі і матэрыялаў супраціву. Hafnium выкарыстоўваецца ў якасці элемента дабаўкі ў цеплатрывалых сплавах, такіх як вальфрама, малібдэн і танталум. HFC можа быць выкарыстаны ў якасці дабаўкі для цвёрдых сплаваў з -за высокай цвёрдасці і тэмпературы плаўлення. Кропка плаўлення 4TACHFC складае прыблізна 4215 ℃, што робіць яго злучэннем з самай высокай вядомай тэмпературай плаўлення. Hafnium можа быць выкарыстаны ў якасці Getter у многіх сістэмах інфляцыі. Hafnium Getters можа выдаляць непатрэбныя газы, такія як кісларод і азот, прысутнічаюць у сістэме. Hafnium часта выкарыстоўваецца ў якасці дабаўкі ў гідраўлічным алеі для прадухілення выкідання гідраўлічнага алею падчас аперацый з высокім узроўнем рызыкі і валодае моцнымі ўласцівасцямі супраць валацільнасць. Таму звычайна ён выкарыстоўваецца ў прамысловым гідраўлічным алеі. Медыцынскае гідраўлічнае алей.
Элемент Hafnium таксама выкарыстоўваецца ў апошніх нанапрацэсарах Intel 45. З -за вытворчасці дыяксіду крэмнію (SIO2) і яго здольнасці зніжаць таўшчыню для пастаяннага паляпшэння прадукцыйнасці транзістара, вытворцы працэсараў выкарыстоўваюць дыяксід крэмнію ў якасці матэрыялу для дыэлектрыкаў Gate. Калі Intel прадставіла працэс вытворчасці 65 нанаметраў, хоць ён прыклаў усе намаганні, каб паменшыць таўшчыню дыяксідных дыяксідных засаўкі крэмнію да 1,2 нанаметраў, што эквівалентна 5 пластам атамаў, цяжкасць спажывання электраэнергіі і рассейванне цяпла таксама павялічылася б, калі транзістар быў зніжаны да памеру атама, у выніку чаго ў сучасных адходах і непераадольнай цеплавой энергіі. Такім чынам, калі бягучыя матэрыялы працягваюцца, і таўшчыня далей зніжаецца, уцечка дыэлектрыка засаўкі значна павялічыцца, што зніжае тэхналогію транзістара да сваіх межаў. Для вырашэння гэтай крытычнай праблемы, Intel плануе выкарыстоўваць больш тоўстыя матэрыялы K (матэрыялы на аснове Hafnium) у якасці дыэлектрыкі засаўкі замест дыяксіду крэмнія, што паспяхова скараціла ўцечку больш чым у 10 разоў. У параўнанні з папярэднім генерацыяй 65 -нм -тэхналогіі, 45 нм працэсу Intel павялічвае шчыльнасць транзістара амаль два разы, што дазваляе павялічыць агульную колькасць транзістараў або зніжэнне аб'ёму працэсара. Акрамя таго, магутнасць, неабходная для пераключэння транзістара, зніжае спажыванне электраэнергіі амаль на 30%. Унутраныя злучэнні выраблены з меднага дроту ў пары з нізкім K дыэлектрычным, плаўна павышаючы эфектыўнасць і зніжаючы спажыванне электраэнергіі, а хуткасць пераключэння прыблізна на 20% хутчэй
Размеркаванне мінералаў:
Hafnium мае больш высокае багацце кары, чым звычайна выкарыстоўваюцца металы, такія як бісмут, кадмій і ртуць, і эквівалентна ўтрыманнем берылію, германія і ўрану. Усе мінералы, якія змяшчаюць цырконій, утрымліваюць hafnium. Цыркон, які выкарыстоўваецца ў прамысловасці, змяшчае 0,5-2% HAFNIUM. Цыркон берылію (Alvite) у другаснай цырконійнай рудзе можа ўтрымліваць да 15% Hafnium. Існуе таксама тып метамарфічнага цыркону, кіртоліту, які змяшчае больш за 5% HFO. Запасы двух апошніх мінералаў невялікія і яшчэ не прынятыя ў прамысловасці. HAFNIUM у асноўным аднаўляецца падчас вытворчасці цырконія.
Ён існуе ў большасці руд цырконія. [18] [19] Таму што ў скарынаце вельмі мала зместу. Часта ён суіснуе з цырконіем і не мае асобнай руды.
Метад падрыхтоўкі:
1. Гэта можа быць падрыхтавана шляхам зніжэння магнію тэтрахларыду Hafnium або цеплавога раскладання ёдыду hafnium. HFCL4 і K2HFF6 таксама могуць быць выкарыстаны ў якасці сыравіны. Працэс электралітычнай вытворчасці ў расплаўцы NaCl KCl HFCL4 або K2HFF6 падобны на працэс электралітычнай вытворчасці цырконія.
2. Hafnium суіснуе з цырконіем, і для Hafnium няма асобнай сыравіны. Сыравіну для вытворчасці Hafnium - гэта грубы аксід хафнію, падзеленае ў працэсе вырабу цырконія. Экстракт аксіду Hafnium пры дапамозе іённай абменнай смалы, а затым выкарыстоўвайце той жа метад, што і цырконій для падрыхтоўкі металу Hafnium з гэтага аксіду Hafnium.
3. Яго можна падрыхтаваць пры дапамозе ацяплення тэтрахларыду Hafnium (HFCL4) з натрыем шляхам зніжэння.
Самымі раннімі метадамі падзелу цырконія і Hafnium былі дробавая крышталізацыя фтарыраваных складаных соляў і дробавыя ападкі фасфатаў. Гэтыя метады грувасткія для працы і абмяжоўваюцца лабараторным выкарыстаннем. Новыя тэхналогіі аддзялення цырконія і Hafnium, такіх як дыстыляцыя фракцыянавання, экстракцыя растваральніка, іённы абмен і адсорбцыя фракцыянавання, з'явіліся адна за адной, а экстракцыя растваральніка была больш практычнай. Дзве часта выкарыстоўваюцца сістэмы падзелу - гэта тиоцианатавая циклогексаноновая сістэма і сістэма азотнай кіслаты трыбутыл -фосфат. Прадукты, атрыманыя вышэйзгаданымі метадамі, - гэта гидроксид Hafnium, а чысты аксід Hafnium можна атрымаць шляхам кальцынацыі. Hafnium з высокай чысцінёй можна атрымаць метадам іённага абмену.
У прамысловасці вытворчасць Metal Hafnium часта ўключае ў сябе як працэс Kroll, так і працэс Debor Aker. Працэс KROLL прадугледжвае зніжэнне тэтрахларыду HAFNIUM з выкарыстаннем металічнага магнію:
2mg+hfcl4- → 2mgcl2+hf
Метад Debor Aker, таксама вядомы як метад ёдызацыі, выкарыстоўваецца для ачысткі губкі, як Hafnium, і атрымання падатлівага металу Hafnium.
5. Выплаўка хафнію ў асноўным супадае з цырконіем:
Першы крок - гэта раскладанне руды, якая ўключае тры метады: хлараванне цыркону для атрымання (Zr, HF) Cl. Шчолачнае плаўленне цыркону. Цыркон растае з NaOH прыблізна 600, а больш за 90% (ZR, HF) O ператвараецца ў Na (Zr, HF) O, з SIO ператвараецца ў Nasio, які раствараецца ў вадзе для выдалення. NA (ZR, HF) O можа быць выкарыстаны ў якасці першапачатковага раствора для падзелу цырконія і Hafnium пасля растварэння ў HNO. Аднак наяўнасць SIO Colloids абцяжарвае аддзяленне экстракцыі растваральнікаў. Прыціскаецца да KSIF і замочвайце ў вадзе, каб атрымаць раствор K (ZR, HF) F. Раствор можа аддзяліць цырконій і хафній праз дробавую крышталізацыю;
Другім этапам з'яўляецца аддзяленне цырконія і Hafnium, які можна дасягнуць з выкарыстаннем метадаў падзелу растваральніка з выкарыстаннем сістэмы MIBK салянай кіслаты (метил изобутил кетон) і HNO-TBP (трыбутылфасфат). Тэхналогія шматступеннага фракцыянавання з выкарыстаннем розніцы ў ціску пары паміж HFCL і ZRCL растае пад высокім ціскам (вышэй за 20 атмасфер) даўно вывучаецца, што можа зэканоміць працэс другаснага хлорыстага і знізіць выдаткі. Аднак з -за праблемы карозіі (ZR, HF) CL і HCL, знайсці прыдатныя матэрыялы для фракцыянавання, а таксама знізіць якасць ZRCL і HFCL, павялічваючы выдаткі на ачышчэнне. У 1970 -я гады ён усё яшчэ знаходзіўся ў стадыі прамежкавага завода;
Трэці крок - гэта другаснае хлараванне HFO для атрымання сырога HFCL для зніжэння;
Чацвёрты крок - гэта ачышчэнне зніжэння HFCL і магнію. Гэты працэс такі ж, як ачышчэнне і памяншэнне ZRCL, а атрыманым паўфабрыкатам з'яўляецца грубая губная хафній;
Пятым крокам з'яўляецца пыласос дыстыляцыі сырой губкі Hafnium для выдалення MGCL і аднаўлення лішку металу, што прывяло да гатовага прадукту губкі металу Hafnium. Калі аднаўленчы агент выкарыстоўвае натрый замест магнію, пяты крок варта змяніць на апусканне вады
Метад захоўвання:
Захоўвайце на прахалодным і вентыляваным складзе. Трымайцеся далей ад іскры і крыніц цяпла. Яго трэба захоўваць асобна ад акісляльнікаў, кіслот, галагенаў і г.д., і пазбягаць змешвання захоўвання. Выкарыстанне выбуху, якія не ўяўляюць асвятленне і вентыляцыйныя памяшканні. Забараніць выкарыстанне механічнага абсталявання і інструментаў, схільных да іскры. Зона захоўвання павінна быць абсталявана прыдатнымі матэрыяламі для ўтрымання ўцечак.
Час паведамлення: верасня 25-2023