Hafnium, metal Hf, atomic number 72, atomic weight 178.49, maoy sinaw nga silver gray nga transisyon nga metal.
Ang Hafnium adunay unom ka natural nga lig-on nga isotopes: hafnium 174, 176, 177, 178, 179, ug 180. Ang Hafnium dili motubag sa dilute hydrochloric acid, dilute sulfuric acid, ug lig-on nga alkaline nga solusyon, apan matunaw sa hydrofluoric acid ug aqua regia. Ang ngalan sa elemento naggikan sa Latin nga ngalan sa Copenhagen City.
Niadtong 1925, ang Swedish chemist nga si Hervey ug Dutch physicist nga si Koster nakakuha ug purong hafnium nga asin pinaagi sa fractional crystallization sa fluorinated complex salts, ug gipakunhod kini sa metallic sodium aron makakuha ug purong metal nga hafnium. Ang Hafnium adunay 0.00045% sa crust sa yuta ug sagad nga gilangkit sa zirconium sa kinaiyahan.
Ngalan sa produkto: hafnium
Simbolo sa elemento: Hf
Atom nga gibug-aton: 178.49
Tipo sa elemento: elemento nga metal
Pisikal nga mga kabtangan:
Hafniumusa ka plata nga gray nga metal nga adunay metallic luster; Adunay duha ka variant sa metal nga hafnium: Ang α Hafnium usa ka hexagonal closely packed variant (1750 ℃) nga adunay mas taas nga temperatura sa pagbag-o kaysa zirconium. Ang metal hafnium adunay mga variant sa allotrope sa taas nga temperatura. Ang metal hafnium adunay taas nga neutron absorption cross-section ug mahimong gamiton isip control material para sa mga reactor.
Adunay duha ka matang sa kristal nga mga istruktura: hexagonal dasok nga packing sa temperatura ubos sa 1300 ℃（ α- Equation); Sa temperatura nga labaw sa 1300 ℃, kini gisentro sa lawas kubiko（ β- Equation). Usa ka metal nga adunay plasticity nga mogahi ug mahimong brittle sa presensya sa mga hugaw. Lig-on sa hangin, mongitngit lamang sa nawong kon masunog. Ang mga filament mahimong masunog pinaagi sa siga sa usa ka posporo. Mga kabtangan nga susama sa zirconium. Dili kini mo-react sa tubig, dilute acid, o lig-on nga base, apan daling matunaw sa aqua regia ug hydrofluoric acid. Nag-una sa mga compound nga adunay +4 valence. Ang Hafnium alloy (Ta4HfC5) nahibal-an nga adunay labing taas nga punto sa pagkatunaw (gibana-bana nga 4215 ℃).
Kristal nga istruktura: Ang kristal nga selula kay hexagonal
Numero sa CAS: 7440-58-6
Pagtunaw punto: 2227 ℃
Pagbukal punto: 4602 ℃
Mga kabtangan sa kemikal:
Ang kemikal nga mga kabtangan sa hafnium susama kaayo sa mga sa zirconium, ug kini adunay maayo nga corrosion pagsukol ug dili dali corroded sa kinatibuk-acid alkali tubig nga solusyon; Dali nga matunaw sa hydrofluoric acid aron maporma ang mga fluorinated complex. Sa taas nga temperatura, ang hafnium mahimo usab nga direktang maghiusa sa mga gas sama sa oxygen ug nitrogen aron mahimong mga oxide ug nitride.
Ang Hafnium kanunay adunay usa ka +4 nga valence sa mga compound. Ang nag-unang compound mao anghafnium oxideHfO2. Adunay tulo ka lain-laing mga variant sa hafnium oxide:hafnium oxidenakuha pinaagi sa padayon nga calcination sa hafnium sulfate ug chloride oxide mao ang usa ka monoclinic variant; Ang hafnium oxide nga nakuha pinaagi sa pagpainit sa hydroxide sa hafnium sa mga 400 ℃ usa ka tetragonal nga variant; Kung ang calcined labaw sa 1000 ℃, usa ka cubic nga variant ang makuha. Ang laing compound mao anghafnium tetrachloride, nga mao ang hilaw nga materyal alang sa pag-andam sa metal nga hafnium ug mahimong andamon pinaagi sa pag-react sa chlorine gas sa usa ka sinagol nga hafnium oxide ug carbon. Ang Hafnium tetrachloride nakontak sa tubig ug nag-hydrolyze dayon ngadto sa lig-on kaayo nga HfO (4H2O) 2+ ions. Ang HfO2+ions anaa sa daghang mga compound sa hafnium, ug mahimong mag-kristal sa pormag dagom nga hydrated hafnium oxychloride HfOCl2 · 8H2O nga mga kristal sa hydrochloric acidified hafnium tetrachloride nga solusyon.
Ang 4-valent hafnium dali usab nga maporma ang mga komplikado nga adunay fluoride, nga naglangkob sa K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6, ug (NH4) 3HfF7. Kini nga mga komplikado gigamit alang sa pagbulag sa zirconium ug hafnium.
Kasagaran nga mga compound:
Hafnium dioxide: ngalan Hafnium dioxide; Hafnium dioxide; Molekular nga pormula: HfO2 [4]; Property: Puti nga powder nga adunay tulo ka kristal nga istruktura: monoclinic, tetragonal, ug cubic. Ang mga densidad mao ang 10.3, 10.1, ug 10.43g/cm3, matag usa. Natunaw nga punto 2780-2920K. Nagbukal nga punto 5400K. Thermal pagpalapad coefficient 5.8 × 10-6/℃. Dili matunaw sa tubig, hydrochloric acid, ug nitric acid, apan matunaw sa concentrated sulfuric acid ug hydrofluoric acid. Giprodyus pinaagi sa thermal decomposition o hydrolysis sa mga compound sama sa hafnium sulfate ug hafnium oxychloride. Hilaw nga materyales alang sa paghimo sa metal nga hafnium ug hafnium alloys. Gigamit ingon nga refractory nga mga materyales, anti radioactive coatings, ug catalysts. [5] Ang lebel sa enerhiya sa atomo HfO usa ka produkto nga nakuha nga dungan sa paghimo sa lebel sa enerhiya sa atomo nga ZrO. Sugod sa secondary chlorination, ang mga proseso sa purification, reduction, ug vacuum distillation halos parehas sa zirconium.
Hafnium tetrachloride: Hafnium (IV) chloride, Hafnium tetrachloride Molecular formula HfCl4 Molecular weight 320.30 Character: Puti nga kristal nga bloke. Sensitibo sa kaumog. Matunaw sa acetone ug methanol. Pag-hydrolyze sa tubig aron makahimo og hafnium oxychloride (HfOCl2). Init ngadto sa 250 ℃ ug evaporate. Makapasuko sa mata, respiratory system, ug panit.
Hafnium hydroxide: Ang Hafnium hydroxide (H4HfO4), kasagaran anaa isip hydrated oxide HfO2 · nH2O, dili matunaw sa tubig, dali matunaw sa dili organikong mga asido, dili matunaw sa ammonia, ug panagsa ra matunaw sa sodium hydroxide. Pag-init sa 100 ℃ aron makamugna og hafnium hydroxide HfO (OH) 2. Ang white hafnium hydroxide precipitate mahimong makuha pinaagi sa pag-react sa hafnium (IV) nga asin sa ammonia nga tubig. Mahimo kining gamiton sa pagprodyus og ubang hafnium compounds.
Kasaysayan sa Pagpanukiduki
Kasaysayan sa Pagdiskobre:
Niadtong 1923, ang Swedish chemist nga si Hervey ug Dutch physicist nga si D. Koster nakadiskobre sa hafnium sa zircon nga gihimo sa Norway ug Greenland, ug ginganlan kini og hafnium, nga naggikan sa Latin nga ngalan nga Hafnia sa Copenhagen. Niadtong 1925, gibulag ni Hervey ug Coster ang zirconium ug titanium gamit ang pamaagi sa fractional crystallization sa fluorinated complex salts aron makakuha og puro hafnium salts; Ug pakunhuran ang asin sa hafnium nga adunay metallic sodium aron makuha ang purong metal nga hafnium. Nag-andam si Hervey og sample sa daghang milligrams nga puro hafnium.
Mga eksperimento sa kemikal sa zirconium ug hafnium:
Sa usa ka eksperimento nga gihimo ni Propesor Carl Collins sa Unibersidad sa Texas niadtong 1998, giangkon nga ang gamma irradiated hafnium 178m2 (ang isomer hafnium-178m2 [7]) makapagawas ug dakong enerhiya, nga lima ka order sa magnitude nga mas taas kay sa kemikal nga mga reaksiyon apan tulo ka order sa magnitude nga mas ubos kaysa nukleyar nga mga reaksyon. [8] Ang Hf178m2 (hafnium 178m2) adunay labing taas nga gitas-on sa kinabuhi taliwala sa susamang mga isotopes nga dugay nang nabuhi: Ang Hf178m2 (hafnium 178m2) adunay katunga sa kinabuhi nga 31 ka tuig, nga miresulta sa natural nga radioactivity nga gibana-bana nga 1.6 trilyon Becquerels. Ang taho ni Collins nag-ingon nga ang usa ka gramo sa lunsay nga Hf178m2 (hafnium 178m2) adunay gibana-bana nga 1330 megajoules, nga katumbas sa enerhiya nga gipagawas sa pagbuto sa 300 ka kilo nga TNT explosives. Ang taho ni Collins nagpakita nga ang tanang enerhiya niini nga reaksyon gipagawas sa porma sa X-ray o gamma rays, nga nagpagawas sa enerhiya sa hilabihan ka paspas nga gikusgon, ug ang Hf178m2 (hafnium 178m2) mahimo gihapon nga mo-react sa hilabihan ka ubos nga konsentrasyon. [9] Ang Pentagon naggahin ug pondo para sa panukiduki. Sa eksperimento, ang ratio sa signal-to-noise gamay ra kaayo (nga adunay daghang mga sayup), ug sukad niadto, bisan pa sa daghang mga eksperimento sa mga siyentipiko gikan sa daghang mga organisasyon lakip ang United States Department of Defense Advanced Projects Research Agency (DARPA) ug JASON Defense Advisory Grupo [13], walay siyentista nga nakab-ot niini nga reaksyon ubos sa mga kondisyon nga giangkon ni Collins, ug si Collins wala naghatag ug lig-ong ebidensiya aron pamatud-an ang pagkaanaa niini nga reaksyon, si Collins misugyot ug paagi sa paggamit sa induced gamma ray emission aron sa pagpagawas sa enerhiya gikan sa Hf178m2 (hafnium 178m2) [15], apan ang ubang mga siyentista sa teoriya nagpamatuod nga kini nga reaksyon dili makab-ot. [16] Hf178m2 (hafnium 178m2) kaylap nga gituohan sa academic community nga dili tinubdan sa enerhiya
Natad sa aplikasyon:
Mapuslanon kaayo ang Hafnium tungod sa abilidad niini sa pagbuga og mga electron, sama sa gigamit isip filament sa incandescent lamps. Gigamit ingon nga cathode alang sa X-ray nga mga tubo, ug ang mga haluang metal sa hafnium ug tungsten o molybdenum gigamit ingon nga mga electrodes alang sa high-voltage discharge tubes. Kasagaran nga gigamit sa cathode ug tungsten wire manufacturing industriya alang sa X-ray. Ang lunsay nga hafnium usa ka importante nga materyal sa industriya sa atomic energy tungod sa plasticity niini, sayon nga pagproseso, taas nga temperatura nga pagsukol, ug resistensya sa corrosion. Ang Hafnium adunay dako nga thermal neutron capture cross-section ug usa ka sulundon nga neutron absorber, nga mahimong gamiton isip control rod ug protective device alang sa atomic reactors. Ang Hafnium powder mahimong gamiton isip propellant sa mga rocket. Ang katod sa X-ray nga mga tubo mahimong magama sa industriya sa elektrisidad. Ang Hafnium alloy mahimong magsilbi nga forward protective layer alang sa rocket nozzles ug glide re-entry aircraft, samtang ang Hf Ta alloy mahimong gamiton sa paggama og tool steel ug resistance materials. Ang Hafnium gigamit isip additive nga elemento sa heat-resistant alloys, sama sa tungsten, molybdenum, ug tantalum. Ang HfC mahimong magamit ingon usa ka additive alang sa gahi nga mga haluang metal tungod sa taas nga katig-a ug punto sa pagkatunaw. Ang natunaw nga punto sa 4TaCHfC gibana-bana nga 4215 ℃, nga naghimo niini nga compound nga adunay labing taas nga nahibal-an nga punto sa pagkatunaw. Ang Hafnium mahimong gamiton isip getter sa daghang sistema sa inflation. Ang mga getter sa Hafnium makatangtang sa wala kinahanglana nga mga gas sama sa oxygen ug nitrogen nga naa sa sistema. Ang Hafnium kanunay nga gigamit ingon usa ka additive sa hydraulic oil aron mapugngan ang pag-volatilization sa hydraulic nga lana sa panahon sa mga operasyon nga adunay peligro, ug adunay lig-on nga mga kabtangan sa anti volatility. Busa, kini kasagarang gigamit sa industriyal nga hydraulic oil. Medikal nga hydraulic nga lana.
Ang elemento sa Hafnium gigamit usab sa pinakabag-o nga Intel 45 nanoprocessors. Tungod sa paghimo sa silicon dioxide (SiO2) ug ang abilidad niini sa pagpakunhod sa gibag-on aron padayon nga mapauswag ang pasundayag sa transistor, ang mga tiggama sa processor naggamit sa silicon dioxide ingon nga materyal alang sa mga gate dielectrics. Sa dihang gipaila sa Intel ang 65 nanometer nga proseso sa paggama, bisan kung gihimo ang tanan nga paningkamot aron makunhuran ang gibag-on sa silicon dioxide gate dielectric sa 1.2 nanometer, katumbas sa 5 nga mga layer sa mga atomo, ang kalisud sa pagkonsumo sa kuryente ug pagkawala sa kainit modako usab kung ang transistor gipakunhod sa gidak-on sa usa ka atomo, nga miresulta sa kasamtangan nga basura ug wala kinahanglana nga enerhiya sa kainit. Busa, kon ang kasamtangan nga mga materyales padayon nga gigamit ug ang gibag-on dugang nga pagkunhod, ang leakage sa ganghaan dielectric sa kamahinungdanon sa pagdugang, Pagdala sa transistor teknolohiya sa iyang mga limitasyon. Aron matubag kining kritikal nga isyu, ang Intel nagplano sa paggamit sa mas baga nga taas nga K nga mga materyales (hafnium based nga mga materyales) isip mga gate dielectrics imbes nga silicon dioxide, nga malampuson nga nakunhuran ang leakage sa labaw sa 10 ka beses. Kung itandi sa miaging henerasyon sa 65nm nga teknolohiya, ang 45nm nga proseso sa Intel nagdugang sa densidad sa transistor sa halos duha ka beses, nga nagtugot sa pagtaas sa kinatibuk-ang gidaghanon sa mga transistor o pagkunhod sa gidaghanon sa processor. Dugang pa, ang gahum nga gikinahanglan alang sa transistor switching mas ubos, pagkunhod sa konsumo sa kuryente sa hapit 30%. Ang mga internal nga koneksyon gihimo sa tumbaga nga wire nga gipares nga adunay ubos nga k dielectric, hapsay nga nagpauswag sa kahusayan ug pagkunhod sa konsumo sa kuryente, ug ang katulin sa pagbalhin mga 20% nga mas paspas
Pag-apod-apod sa mineral:
Ang Hafnium adunay mas taas nga crustal abundance kay sa kasagarang gigamit nga mga metal sama sa bismuth, cadmium, ug mercury, ug katumbas sa sulod sa beryllium, germanium, ug uranium. Ang tanan nga mineral nga adunay zirconium adunay hafnium. Ang zircon nga gigamit sa industriya adunay 0.5-2% hafnium. Ang beryllium zircon (Alvite) sa secondary zirconium ore mahimong maglangkob hangtod sa 15% hafnium. Adunay usab usa ka matang sa metamorphic zircon, cyrtolite, nga adunay sobra sa 5% HfO. Ang mga reserba sa ulahing duha ka mga mineral gamay ug wala pa gisagop sa industriya. Ang Hafnium nag-una nga nakuha sa panahon sa paghimo sa zirconium.
Kini anaa sa kadaghanan sa zirconium ores. [18] [19] Tungod kay gamay ra ang sulod sa crust. Kanunay kini nga nag-uban sa zirconium ug wala’y lahi nga ore.
Pamaagi sa pag-andam:
1. Mahimo kini nga andamon pinaagi sa magnesium reduction sa hafnium tetrachloride o thermal decomposition sa hafnium iodide. Ang HfCl4 ug K2HfF6 mahimo usab nga gamiton isip hilaw nga materyales. Ang proseso sa electrolytic produksyon sa NaCl KCl HfCl4 o K2HfF6 matunaw susama sa electrolytic produksyon sa zirconium.
2. Ang Hafnium nag-uban sa zirconium, ug walay lain nga hilaw nga materyales alang sa hafnium. Ang hilaw nga materyal alang sa paghimo sa hafnium mao ang krudo nga hafnium oxide nga gibulag sa proseso sa paghimo sa zirconium. Kuhaa ang hafnium oxide gamit ang ion exchange resin, ug dayon gamita ang parehas nga pamaagi sama sa zirconium aron maandam ang metal nga hafnium gikan sa kini nga hafnium oxide.
3. Mahimo kini pinaagi sa pagpainit sa hafnium tetrachloride (HfCl4) nga adunay sodium pinaagi sa pagkunhod.
Ang labing una nga mga pamaagi sa pagbulag sa zirconium ug hafnium mao ang fractional crystallization sa fluorinated complex salts ug fractional precipitation sa phosphates. Kini nga mga pamaagi lisud gamiton ug limitado sa paggamit sa laboratoryo. Ang mga bag-ong teknolohiya sa pagbulag sa zirconium ug hafnium, sama sa fractionation distillation, solvent extraction, ion exchange, ug fractionation adsorption, mitumaw sunod-sunod, nga ang solvent extraction mas praktikal. Ang duha ka sagad nga gigamit nga sistema sa pagbulag mao ang thiocyanate cyclohexanone system ug ang tributyl phosphate nitric acid system. Ang mga produkto nga nakuha sa mga pamaagi sa ibabaw mao ang tanan nga hafnium hydroxide, ug ang puro nga hafnium oxide makuha pinaagi sa calcination. Ang taas nga purity hafnium mahimong makuha pinaagi sa ion exchange nga pamaagi.
Sa industriya, ang paghimo sa metal nga hafnium sagad naglakip sa proseso sa Kroll ug sa proseso sa Debor Aker. Ang proseso sa Kroll naglakip sa pagkunhod sa hafnium tetrachloride gamit ang metallic magnesium:
2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf
Ang pamaagi sa Debor Aker, nailhan usab nga pamaagi sa iodization, gigamit sa pagputli sa espongha sama sa hafnium ug pagkuha sa malleable nga metal nga hafnium.
5. Ang pagtunaw sa hafnium kay pareha ra sa zirconium:
Ang unang lakang mao ang pagkadunot sa ore, nga naglakip sa tulo ka mga paagi: chlorination sa zircon sa pagkuha (Zr, Hf) Cl. Alkali nga pagtunaw sa zircon. Ang Zircon natunaw uban sa NaOH sa mga 600, ug kapin sa 90% sa (Zr, Hf) O nausab ngadto sa Na (Zr, Hf) O, uban sa SiO giusab ngadto sa NaSiO, nga natunaw sa tubig aron makuha. Ang Na (Zr, Hf) O mahimong gamiton isip orihinal nga solusyon sa pagbulag sa zirconium ug hafnium human matunaw sa HNO. Bisan pa, ang presensya sa SiO colloids naghimo sa solvent extraction separation nga lisud. Sinter gamit ang KSiF ug ituslob sa tubig aron makuha ang K (Zr, Hf) F nga solusyon. Ang solusyon makabulag sa zirconium ug hafnium pinaagi sa fractional crystallization;
Ang ikaduhang lakang mao ang pagbulag sa zirconium ug hafnium, nga mahimong makab-ot gamit ang solvent extraction separation method gamit ang hydrochloric acid MIBK (methyl isobutyl ketone) nga sistema ug HNO-TBP (tributyl phosphate) nga sistema. Ang teknolohiya sa multi-stage fractionation gamit ang kalainan sa presyur sa alisngaw tali sa HfCl ug ZrCl natunaw ubos sa taas nga presyur (labaw sa 20 nga mga atmospera) dugay na nga gitun-an, nga makaluwas sa ikaduhang proseso sa chlorination ug makapamenos sa gasto. Bisan pa, tungod sa problema sa kaagnasan sa (Zr, Hf) Cl ug HCl, dili sayon ang pagpangita sa angay nga mga materyales sa kolum sa fractionation, ug kini usab makapakunhod sa kalidad sa ZrCl ug HfCl, nga nagdugang sa gasto sa pagputli. Sa 1970s, anaa pa kini sa intermediate plant testing stage;
Ang ikatulo nga lakang mao ang ikaduhang chlorination sa HfO aron makuha ang krudo nga HfCl alang sa pagkunhod;
Ang ikaupat nga lakang mao ang pagputli sa HfCl ug magnesium reduction. Kini nga proseso parehas sa pagputli ug pagkunhod sa ZrCl, ug ang resulta nga semi-finished nga produkto mao ang coarse sponge hafnium;
Ang ikalimang lakang mao ang pag-vacuum sa krudo nga espongha hafnium aron makuha ang MgCl ug mabawi ang sobra nga metal nga magnesium, nga moresulta sa usa ka natapos nga produkto sa espongha nga metal hafnium. Kung ang ahente sa pagkunhod naggamit sa sodium imbes nga magnesium, ang ikalimang lakang kinahanglan nga usbon sa pagpaunlod sa tubig
Pamaagi sa pagtipig:
Tipigi sa usa ka cool ug ventilated nga bodega. Ipahilayo sa mga aligato ug mga tinubdan sa kainit. Kini kinahanglan nga tipigan nga gilain gikan sa mga oxidant, acid, halogens, ug uban pa, ug likayan ang pagsagol sa pagtipig. Paggamit sa explosion-proof nga suga ug mga pasilidad sa bentilasyon. Pagdili sa paggamit sa mekanikal nga mga ekipo ug mga himan nga prone sa aligato. Ang lugar nga tipiganan kinahanglan adunay sulud nga angay nga mga materyales aron adunay mga pagtulo.
Oras sa pag-post: Sep-25-2023