Hafnioa, Hf metala, 72 zenbaki atomikoa, 178,49 pisu atomikoa, zilarrezko trantsizio metal distiratsua da.
Hafnioak sei isotopo natural egonkor ditu: hafnioa 174, 176, 177, 178, 179 eta 180. Hafnioak ez du erreakzionatzen azido klorhidriko diluituarekin, azido sulfuriko diluituarekin eta disoluzio alkalino sendoekin, baina azido fluorhidrikoan eta aqua regian disolbagarria da. Elementuaren izena Kopenhageko hiriaren latinezko izenetik dator.
1925ean, Hervey kimikari suediarrak eta Koster fisikari holandarrak hafnio gatz purua lortu zuten gatz konplexu fluoratuen zatikako kristalizazioaren bidez, eta sodio metalikoarekin murriztu zuten hafnio metaliko hutsa lortzeko. Hafnioak lurrazalaren % 0,00045 ditu eta zirkonioarekin lotuta egon ohi da naturan.
Produktuaren izena: hafnioa
Elementuaren ikurra: Hf
Pisu atomikoa: 178,49
Elementu mota: elementu metalikoa
Propietate fisikoak:
Hafnioametalezko distira duen zilar grisezko metal bat da; Metalezko hafnioaren bi aldaera daude: α Hafnioa zirkonioa baino eraldaketa-tenperatura handiagoa duen aldaera hexagonal estua da (1750 ℃). Metal hafnioak tenperatura altuetan aldaera alotropoak ditu. Metalezko hafnioak neutroien xurgapeneko ebakidura handia du eta erreaktoreetarako kontrol-material gisa erabil daiteke.
Bi kristal-egitura mota daude: ontzi trinko hexagonala 1300 ℃-tik beherako tenperaturan (α- Ekuazioa); 1300 ℃-tik gorako tenperaturetan, gorputzaren erdigune kubikoa da (β- ekuazioa). Ezpurutasunen aurrean gogortu eta hauskor bihurtzen den plastikotasuna duen metala. Egonkorra airean, erretzean bakarrik iluntzen da gainazalean. Filamentuak pospolo baten garen bidez piztu daitezke. Zirkonioaren antzeko propietateak. Ez du urarekin, azido diluituekin edo base sendoekin erreakzionatzen, baina erraz disolbagarria da aqua regian eta azido fluorhidrikoan. Batez ere a+4 balentzia duten konposatuetan. Hafnio aleazioak (Ta4HfC5) urtze-puntu altuena duela ezagutzen da (4215 ℃ gutxi gorabehera).
Kristalaren egitura: kristalezko zelula hexagonala da
CAS zenbakia: 7440-58-6
Urtze-puntua: 2227 ℃
Irakite-puntua: 4602 ℃
Propietate kimikoak:
Hafnioaren propietate kimikoak zirkonioaren oso antzekoak dira, eta korrosioarekiko erresistentzia ona du eta ez dira erraz herdoiltzen azido alkaliko ur-disoluzio orokorrekin; Erraz disolbagarria azido fluorhidrikoan konplexu fluoratuak sortzeko. Tenperatura altuetan, hafnioa ere zuzenean konbina daiteke oxigenoa eta nitrogenoa bezalako gasekin oxidoak eta nitruroak sortzeko.
Hafnioak sarritan +4 balentzia du konposatuetan. Konposatu nagusia daafnio oxidoaHfO2. Hafnio oxidoaren hiru aldaera desberdin daude:afnio oxidoaHafnio sulfatoaren eta kloruro oxidoaren etengabeko kaltsifikazioaren bidez lortutako aldaera monokliniko bat da; Hafnioaren hidroxidoa 400 ℃ inguruan berotuz lortzen den hafnio oxidoa aldaera tetragonala da; 1000 ℃-tik gora kaltzinatuz gero, aldaera kubiko bat lor daiteke. Beste konposatu bat dahafnio tetrakloruroa, metalezko hafnioa prestatzeko lehengaia dena eta hafnio oxidoaren eta karbonoaren nahasketa baten gainean kloro gasa erreakzionatuz presta daiteke. Hafnio tetrakloruroa urarekin kontaktuan jartzen da eta berehala hidrolizatzen da oso egonkorra den HfO (4H2O) 2+ioietan. HfO2+ioiak hafnioaren konposatu askotan daude, eta orratz itxurako hafnio oxikloruro hidratatua HfOCl2 · 8H2O kristalak kristaliza ditzakete azido klorhidrikoko hafnio tetrakloruro disoluzioan.
4 balentziako hafnioak fluoruroarekin konplexuak sortzeko joera du, K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6 eta (NH4) 3HfF7z osatua. Konplexu hauek zirkonioa eta hafnioa bereizteko erabili dira.
Konposatu arruntak:
Hafnio dioxidoa: hafnio dioxido izena; Hafnio dioxidoa; Formula molekularra: HfO2 [4]; Jabetza: hauts zuria hiru egitura kristaldunekin: monoklinikoa, tetragonala eta kubikoa. Dentsitateak 10,3, 10,1 eta 10,43 g/cm3 dira, hurrenez hurren. Fusio-puntua 2780-2920K. Irakite-puntua 5400K. Hedapen termikoaren koefizientea 5,8 × 10-6/℃. Uretan, azido klorhidrikoan eta azido nitrikoan disolbaezina, baina azido sulfuriko kontzentratuan eta azido fluorhidrikoan disolbagarria. Hafnio sulfatoa eta hafnio oxikloruroa bezalako konposatuen deskonposizio termikoaren edo hidrolisiaren bidez sortzen da. Hafnio metalikoa eta hafnio aleazioak ekoizteko lehengaiak. Material erregogorrak, estaldura erradioaktiboen aurkako eta katalizatzaile gisa erabiltzen dira. [5] Energia atomikoaren maila HfO energia atomikoaren maila ZrO fabrikatzean aldi berean lortzen den produktua da. Bigarren mailako kloraziotik abiatuta, arazketa, murrizketa eta hutsean destilatzeko prozesuak zirkonioaren ia berdinak dira.
Hafnio tetrakloruroa: Hafnio (IV) kloruroa, Hafnio tetrakloruroa Formula molekularra HfCl4 Pisu molekularra 320,30 Karakterea: Bloke kristalino zuria. Hezetasunarekiko sentikorra. Azetonan eta metanolean disolbagarria. Hidrolizatu uretan hafnio oxikloruroa (HfOCl2) ekoizteko. Berotu 250 ℃ eta lurrundu. Narritagarria begiak, arnas aparatua eta azala.
Hafnio hidroxidoa: Hafnio hidroxidoa (H4HfO4), normalean HfO2 · nH2O oxido hidratatu gisa presente, uretan disolbaezina da, erraz disolbagarria azido ez-organikoetan, disolbaezina amoniakoan eta oso gutxitan disolbagarria sodio hidroxidoan. 100 ℃-ra berotu hafnio hidroxidoa HfO (OH) sortzeko 2. Hafnio hidroxidoaren prezipitatu zuria lor daiteke hafnio (IV) gatza amoniako urarekin erreakzionatuz. Beste hafnio konposatu batzuk ekoizteko erabil daiteke.
Ikerketaren Historia
Aurkikuntzaren historia:
1923an, Hervey kimikari suediarrak eta D. Koster fisikari holandarrak Norvegian eta Groenlandian ekoitzitako zirkoian hafnioa aurkitu zuten, eta hafnio izena jarri zioten, Kopenhageko Hafnia latinezko izenetik sortua. 1925ean, Hervey-k eta Coster-ek zirkonioa eta titanioa bereizi zituzten gatz konplexu fluoratuen zatikako kristalizazio metodoa erabiliz, hafnio-gatz purua lortzeko; Eta murriztu hafnioaren gatza sodio metalikoarekin metalezko hafnio hutsa lortzeko. Herveyk hainbat miligramo hafnio pururen lagin bat prestatu zuen.
Zirkonioari eta hafnioari buruzko esperimentu kimikoak:
Carl Collins irakasleak Texaseko Unibertsitatean 1998an egindako esperimentu batean, 178 m2-ren gamma irradiatutako hafnioak (hafnio-178m2 isomeroa [7]) energia izugarria askatu dezakeela esan zen, erreakzio kimikoek baino bost magnitude-ordena handiagoa dena, baina erreakzio nuklearrak baino hiru magnitude-ordena txikiagoak. [8] Hf178m2 (hafnioa 178m2) bizi-iraupen luzeena da antzeko isotopoen artean: Hf178m2 (hafnioa 178m2) 31 urteko erdi-bizitza du, eta, ondorioz, 1,6 bilioi Becquereleko erradioaktibitate naturala da. Collinsen txostenak dio Hf178m2 pure gramo batek (178m2 hafnioa) gutxi gorabehera 1330 megajoule dituela, hau da, 300 kilogramo TNT lehergaien leherketak askatzen duen energiaren baliokidea. Collins-en txostenak adierazten du erreakzio honetako energia guztia X izpien edo gamma izpien moduan askatzen dela, energia oso azkar askatzen dutenak, eta Hf178m2 (hafnioa 178m2) oraindik oso kontzentrazio baxuetan erreakziona dezakeela. [9] Pentagonoak ikerketarako funtsak esleitu ditu. Esperimentuan, seinale-zarata erlazioa oso baxua izan zen (akats nabarmenekin), eta orduz geroztik, hainbat erakundetako zientzialariek hainbat esperimentu egin arren, besteak beste, Estatu Batuetako Defentsa Saileko Proiektu Aurreratuen Ikerketa Agentzia (DARPA) eta JASON Defentsa Aholkularitza. Taldea [13], ez da zientzialaririk lortu erreakzio hau Collins-ek aldarrikatzen dituen baldintzetan, eta Collins-ek ez du froga sendorik eman erreakzio hori egiaztatzeko, Collins-ek gamma izpien igorpen induzitua erabiltzeko metodo bat proposatu zuen. Hf178m2 (hafnioa 178m2) [15], baina beste zientzialari batzuek teorikoki frogatu dute erreakzio hori ezin dela lortu. [16] Hf178m2 (hafnioa 178m2) komunitate akademikoan uste da ez dela energia iturri bat
Aplikazio eremua:
Hafnioa oso erabilgarria da elektroiak igortzeko duen gaitasunagatik, adibidez goritasun lanparan harizpi gisa erabiltzen dena. X izpien hodietarako katodo gisa erabiltzen da, eta hafnioaren eta wolframioaren edo molibdenoaren aleazioak tentsio handiko deskarga-hodietarako elektrodo gisa erabiltzen dira. X izpietarako katodoen eta wolframioko alanbreen fabrikazio-industrian erabili ohi da. Hafnio purua material garrantzitsua da energia atomikoaren industrian, plastikotasunagatik, prozesatzeko errazagatik, tenperatura altuko erresistentziagatik eta korrosioarekiko erresistentziagatik. Hafnioak neutroi termiko harrapatzeko ebakidura handia du eta neutroi xurgatzaile aproposa da, erreaktore atomikoetarako kontrol-barra eta babes-gailu gisa erabil daitekeena. Hafnio hautsa suzirietarako propultsatzaile gisa erabil daiteke. X izpien hodien katodoa industria elektrikoan fabrikatu daiteke. Hafnio aleazioak suziri-toberak eta hegaldiak berriro sartzeko hegazkinentzako aurrerantz babes-geruza gisa balio dezake, eta Hf Ta aleazioa erreminta-altzairua eta erresistentzia-materialak fabrikatzeko erabil daiteke. Hafnioa elementu gehigarri gisa erabiltzen da beroarekiko erresistenteak diren aleazioetan, hala nola wolframioa, molibdenoa eta tantalioa. HfC aleazio gogorretarako gehigarri gisa erabil daiteke bere gogortasun eta urtze-puntu altuagatik. 4TaCHfC-ren urtze-puntua 4215 ℃ da gutxi gorabehera, eta ezagutzen den urtze-puntu altuena duen konposatua da. Hafnioa inflazio sistema askotan getter gisa erabil daiteke. Hafnio-jasotzaileek sisteman dauden oxigenoa eta nitrogenoa bezalako alferrikako gasak kendu ditzakete. Hafnioa olio hidraulikoan gehigarri gisa erabiltzen da arrisku handiko operazioetan olio hidraulikoaren hegazkortasuna saihesteko, eta hegazkortasunaren aurkako propietate sendoak ditu. Hori dela eta, orokorrean olio hidrauliko industrialean erabiltzen da. Olio hidrauliko medikoa.
Hafnio elementua azken Intel 45 nanoprozesadoreetan ere erabiltzen da. Silizio dioxidoaren (SiO2) fabrikagarritasunagatik eta transistoreen errendimendua etengabe hobetzeko lodiera murrizteko duen gaitasuna dela eta, prozesadoreen fabrikatzaileek silizio dioxidoa erabiltzen dute ate dielektrikoetarako material gisa. Intelek 65 nanometroko fabrikazio-prozesua aurkeztu zuenean, silizio dioxidoaren ate dielektrikoaren lodiera 1,2 nanometrora murrizteko ahalegin guztiak egin zituen arren, 5 atomo-geruzaren baliokidea, energia-kontsumoa eta beroa xahutzeko zailtasuna ere handituko zen transistorea denean. atomo baten tamainara murriztu zen, egungo hondakinak eta alferrikako bero-energia sortuz. Hori dela eta, egungo materialak erabiltzen jarraitzen bada eta lodiera gehiago murrizten bada, ate dielektrikoaren ihesa nabarmen handituko da, transistoreen teknologia bere mugetara eramanez. Arazo larri honi aurre egiteko, Intelek K altuko material lodiagoak (hafnioa oinarritutako materialak) ate dielektriko gisa erabiltzeko asmoa du silizio dioxidoaren ordez, eta horrek isurketak 10 aldiz baino gehiago murriztu ditu arrakastaz. 65 nm-ko aurreko belaunaldiko teknologiarekin alderatuta, Intel-en 45 nm-ko prozesuak transistore-dentsitatea ia bitan handitzen du, transistore kopuru osoa handitzea edo prozesadorearen bolumena murriztea ahalbidetuz. Gainera, transistoreak aldatzeko behar den potentzia txikiagoa da, potentzia-kontsumoa ia %30 murriztuz. Barne-konexioak k dielektriko baxuko kobrezko alanbrez eginda daude, eraginkortasuna hobetzen du eta energia-kontsumoa murrizten dute, eta kommutazio-abiadura % 20 inguru azkarragoa da.
Mineralen banaketa:
Hafnioak bismutoa, kadmioa eta merkurioa bezalako metalak baino lurrazaleko ugaritasun handiagoa du, eta berilioaren, germanioaren eta uranioaren parekoa da. Zirkonioa duten mineral guztiek hafnioa dute. Industrian erabiltzen den zirkoiak % 0,5-2 hafnioa dauka. Zirkonio sekundarioan dagoen berilio zirkoiak (Alvite) %15 arte izan dezake hafnioa. Zirkoi metamorfiko mota bat ere badago, zirtolita, %5 HfO baino gehiago daukana. Azken bi mineral hauen erreserbak txikiak dira eta oraindik ez dira industrian onartu. Hafnioa zirkonioaren ekoizpenean berreskuratzen da batez ere.
Zirkonio mea gehienetan dago. [18] [19] Lurrazalean oso eduki gutxi dagoelako. Askotan zirkonioarekin elkarbizitzen da eta ez du mineral bereizirik.
Prestaketa metodoa:
1. Hafnio tetrakloruroaren magnesioaren murrizketa edo hafnio ioduroaren deskonposizio termikoaren bidez presta daiteke. HfCl4 eta K2HfF6 lehengai gisa ere erabil daitezke. NaCl KCl HfCl4 edo K2HfF6 urtutako ekoizpen elektrolitikoaren prozesua zirkonioaren ekoizpen elektrolitikoaren antzekoa da.
2. Hafnioa zirkonioarekin batera bizi da, eta ez dago hafniorako lehengai bereizirik. Hafnioa fabrikatzeko lehengaia zirkonioa fabrikatzeko prozesuan bereizitako hafnio oxido gordina da. Atera ezazu hafnio oxidoa ioi-trukeko erretxina erabiliz, eta erabili zirkonioaren metodo bera hafnio oxido horretatik hafnio metalikoa prestatzeko.
3. Hafnio tetrakloruroa (HfCl4) sodioarekin erredukzio bidez berotuz prestatu daiteke.
Zirkonioa eta hafnioa bereizteko lehen metodoak gatz konplexu fluoratuen zatikako kristalizazioa eta fosfatoen hauspeaketa zatikatua izan ziren. Metodo hauek funtzionatzeko astunak dira eta laborategiko erabilerara mugatzen dira. Zirkonioa eta hafnioa bereizteko teknologia berriak, hala nola, frakzio-destilazioa, disolbatzaile-erauzketa, ioi-trukea eta frakzio-adsortzioa, bata bestearen atzetik sortu dira, disolbatzaileen erauzketa praktikoagoa izanik. Gehien erabiltzen diren bi bereizketa sistemak tiozianato ziklohexanona sistema eta tributil fosfato azido nitriko sistema dira. Goiko metodoen bidez lortutako produktuak hafnio hidroxidoa dira guztiak, eta hafnio oxido purua kaltsazio bidez lor daiteke. Garbitasun handiko hafnioa ioi-truke metodoaren bidez lor daiteke.
Industrian, hafnio metalikoaren ekoizpenak Kroll prozesua eta Debor Aker prozesua hartzen ditu maiz. Kroll prozesuak hafnio tetrakloruroa murriztea dakar magnesio metalikoa erabiliz:
2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf
Debor Aker metodoa, iodizazio metodoa bezala ere ezagutzen dena, hafnioa bezalako belakiak arazteko eta metalezko hafnioa lortzeko erabiltzen da.
5. Hafnioaren urtzea zirkonioaren berdina da funtsean:
Lehenengo urratsa mineralaren deskonposizioa da, eta hiru metodo biltzen ditu: zirkoia kloratzea (Zr, Hf) Cl lortzeko. Zirkoiaren urtze alkalinoa. Zirkoia NaOHarekin urtzen da 600 inguruan, eta (Zr, Hf) O-ren % 90 baino gehiago Na (Zr, Hf) O bihurtzen da, SiO NaSiO bihurtuta, uretan disolbatzen dena kentzeko. Na (Zr, Hf) O zirkonioa eta hafnioa bereizteko jatorrizko soluzio gisa erabil daiteke HNOn disolbatu ondoren. Hala ere, SiO koloideen presentziak disolbatzaileen erauzketa bereiztea zailtzen du. KSiF-arekin sinterizatu eta uretan busti K (Zr, Hf) F disoluzioa lortzeko. Soluzioak zirkonioa eta hafnioa bereiz ditzake kristalizazio zatikatuaren bidez;
Bigarren urratsa zirkonioa eta hafnioa bereiztea da, disolbatzaileak erauzteko bereizketa metodoak erabiliz lor daiteke MIBK (metil isobutil zetona) azido klorhidrikoa eta HNO-TBP (tributil fosfatoa) sistema erabiliz. HfCl eta ZrCl urtzen arteko lurrun-presioaren diferentzia erabiliz etapa anitzeko frakzioaren teknologia presio altuan (20 atmosferatik gora) ikertu da, eta horrek bigarren mailako klorazio-prozesua aurreztu eta kostuak murrizten ditu. Hala ere, (Zr, Hf) Cl eta HCl-ren korrosio-arazoaren ondorioz, ez da erraza zatiketa-zutabeen material egokiak aurkitzea, eta ZrCl eta HfCl-en kalitatea ere murriztuko du, arazketa-kostuak areagotuz. 1970eko hamarkadan, oraindik landareen probaren erdiko fasean zegoen;
Hirugarren urratsa HfOren bigarren mailako klorazioa da murrizteko HfCl gordina lortzeko;
Laugarren urratsa HfCl eta magnesioa murriztea da. Prozesu hau ZrCl-aren arazketa eta murrizketa bezalakoa da, eta ondorioz erdi-amaitutako produktua belaki lodia hafnioa da;
Bosgarren urratsa belaki gordina hafnio hutsean destilatzea da MgCl kentzeko eta gehiegizko metal magnesioa berreskuratzeko, belaki metalezko hafnioaren produktu bukatua lortuz. Erreduzitzaileak magnesioaren ordez sodioa erabiltzen badu, bosgarren urratsa ur-murgiltzera aldatu behar da.
Biltegiratze metodoa:
Biltegi fresko eta aireztatu batean gorde. Mantendu txinpartetatik eta bero-iturrietatik urrun. Oxidatzaile, azido, halogeno eta abarretatik bereizita gorde behar da, eta biltegiratzea saihestu. Leherketaren aurkako argiztapen eta aireztapen instalazioak erabiltzea. Txinpartak izateko joera duten tresneria eta tresna mekanikoak erabiltzea debekatu. Biltegiratze-eremuak material egokiez hornitu behar du ihesak edukitzeko.
Argitalpenaren ordua: 2023-09-25