Hafnium, miotail Hf, uimhir adamhach 72, meáchan adamhach 178.49, is miotal trasdultach liath airgid lonracha.
Tá sé iseatóip nádúrtha cobhsaí ag Hafnium: hafnium 174, 176, 177, 178, 179, agus 180. Ní imoibríonn Hafnium le haigéad hidreaclórach caol, aigéad sulfarach caol, agus réitigh láidir alcaileach, ach tá sé intuaslagtha in aigéad hidreafluarach agus aqua regia. Tagann ainm na heiliminte ón ainm Laidine ar Chathair Chóbanhávan.
Sa bhliain 1925, fuair an poitigéir Sualannach Hervey agus an fisiceoir Ollannach Koster salann haifniam íon trí chriostalú codánach de shalainn choimpléascacha fhluairínithe, agus laghdaigh siad é le sóidiam miotalach chun haifniam íon-mhiotail a fháil. Tá 0.00045% de screamh an domhain i Hafnium agus is minic a bhaineann sé le siorcóiniam sa nádúr.
Ainm an táirge: hafnium
Siombail na heiliminte: Hf
Meáchan adamhach: 178.49
Cineál eilimint: eilimint mhiotalacha
Airíonna fisiceacha:
Hafniumis miotal liath airgid é le luster miotalach; Tá dhá leagan de hafnium miotail ann: α Is leagan heicseagánach dlúthphacáistithe é α Hafnium (1750 ℃) le teocht claochlaithe níos airde ná siorcóiniam. Tá malairtí allatrope ag haifniam miotail ag teochtaí arda. Tá trasghearradh ard-ionsú neodrón ag hafnium miotail agus is féidir é a úsáid mar ábhar rialaithe d'imoibreoirí.
Tá dhá chineál struchtúr criostail ann: pacáil dlúth heicseagánach ag teocht faoi bhun 1300 ℃ （ α- Cothromóid); Ag teocht os cionn 1300 ℃, tá sé ciúbach comhlacht-lárnach （ β- Cothromóid). Miotal le plaisteacht a chruann agus a éiríonn brittle i láthair na neamhíonachtaí. Cobhsaí san aer, ní dorchaíonn sé ach ar an dromchla nuair a dhóitear é. Is féidir na filiméid a adhaint le lasair chluiche. Airíonna cosúil le siorcóiniam. Ní imoibríonn sé le huisce, aigéid caola, nó bunanna láidre, ach tá sé intuaslagtha go héasca in aqua regia agus aigéad hidreafluarach. Go príomha i gcomhdhúile a bhfuil valence +4 acu. Is eol go bhfuil an pointe leá is airde (thart ar 4215 ℃) ag cóimhiotal Hafnium (Ta4HfC5).
Struchtúr criostail: Tá an chill criostail heicseagánach
Uimhir CAS: 7440-58-6
Leáphointe: 2227 ℃
Fiuchphointe: 4602 ℃
Airíonna ceimiceacha:
Tá airíonna ceimiceacha hafnium an-chosúil leo siúd atá ag siorcóiniam, agus tá friotaíocht maith creimeadh aige agus ní furasta é a chreimeadh le réitigh uiscí alcaile ginearálta aigéad; Intuaslagtha go héasca in aigéad hidreafluarach chun coimpléisc fhluairínithe a fhoirmiú. Ag teochtaí arda, féadann haifniam teacht le chéile go díreach le gáis ar nós ocsaigine agus nítrigine chun ocsaídí agus nítrídí a fhoirmiú.
Is minic a bhíonn valence +4 i gcomhdhúile ag Hafnium. Is é an príomh-chomhdhúilocsaíd haifniamHfO2. Tá trí leagan éagsúla d'ocsaíd haifniam ann:ocsaíd haifniama fhaightear trí chailcíniú leanúnach sulfáit haifniam agus ocsaíd chlóiríd is malairtí monaclinic é; Is malairt tetragonal é an ocsaíd haifniam a fhaightear trí hiodrocsaíd haifniam a théamh ag thart ar 400 ℃; Má tá sé cailcínithe os cionn 1000 ℃, is féidir leagan ciúbach a fháil. Is cumaisc eileteitreaclóiríd hafnium, arb é an t-amhábhar é chun haifniam miotail a ullmhú agus is féidir é a ullmhú trí ghás clóirín a imoibriú ar mheascán de ocsaíd hafnium agus carbóin. Tagann teitreaclóiríd Hafnium i dteagmháil le huisce agus hidrealaíonn láithreach é ina hiain HfO (4H2O) 2+ an-chobhsaí. Tá iain HfO2+ ann i go leor comhdhúile haifniam, agus is féidir leo criostalú a dhéanamh ar chriostail hfOCl2 ocsaclóiríd haifniam hiodráitithe múnlaithe snáthaide i dtuaslagán teitreaclóiríde haifniam aigéadaithe aigéad hidreaclórach.
Tá seans maith freisin go gcruthóidh hafnium 4-valent coimpléisc le fluairíd, comhdhéanta de K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6, agus (NH4) 3HfF7. Baineadh úsáid as na coimpléisc seo chun siorcóiniam agus haifniam a scaradh.
Comhdhúile coitianta:
Dé-ocsaíd Hafnium: ainm dé-ocsaíd Hafnium; dé-ocsaíd Hafnium; Foirmle mhóilíneach: HfO2 [4]; Maoin: Púdar bán le trí struchtúr criostail: monoclinic, tetragonal, agus ciúbach. Is iad na dlúis ná 10.3, 10.1, agus 10.43g/cm3, faoi seach. Leáphointe 2780-2920K. Fiuchphointe 5400K. Comhéifeacht leathnú teirmeach 5.8 × 10-6 / ℃. Dothuaslagtha in uisce, aigéad hidreaclórach, agus aigéad nítreach, ach intuaslagtha in aigéad sulfarach tiubhaithe agus aigéad hidreafluarach. Táirgthe trí dhianscaoileadh teirmeach nó hidrealú comhdhúile amhail sulfáit haifniam agus ocsaclóiríd haifniam. Amhábhair le haghaidh táirgeadh miotail haifniam agus cóimhiotail haifniam. Úsáidtear é mar ábhair teasfhulangacha, bratuithe frith-radaighníomhacha, agus catalaíoch. [5] Leibhéal fuinnimh adamhach Is táirge é HfO a fhaightear go comhuaineach nuair a dhéantar leibhéal fuinnimh adamhach ZrO a mhonarú. Ag tosú ó chlóiríniú tánaisteach, tá na próisis íonú, laghdaithe, agus driogadh folúis beagnach mar an gcéanna leis na próisis a bhaineann le siorcóiniam.
Teitreaclóiríd Hafnium: Clóiríd Hafnium (IV), teitreaclóiríd Hafnium Foirmle mhóilíneach HfCl4 Meáchan móilíneach 320.30 Carachtar: Bloc criostalach bán. Íogaire don taise. Intuaslagtha in aicéatón agus meatánól. Hidrealú in uisce chun ocsaclóiríd haifniam (HfOCl2) a tháirgeadh. Teas go 250 ℃ agus galú. Greannmhar do na súile, don chóras riospráide, agus don chraiceann.
Hiodrocsaíd Hafnium: Tá hiodrocsaíd Hafnium (H4HfO4), i láthair de ghnáth mar ocsaíd hiodráitithe HfO2 · nH2O, dothuaslagtha in uisce, intuaslagtha go héasca in aigéid neamhorgánacha, dothuaslagtha in amóinia, agus is annamh a intuaslagtha i hiodrocsaíd sóidiam. Teas go 100 ℃ chun hiodrocsaíd haifniam a ghiniúint HfO (OH) 2. Is féidir deascán hiodrocsaíd haifniam bán a fháil trí salann hafnium (IV) a imoibriú le huisce amóinia. Is féidir é a úsáid chun comhdhúile haifniam eile a tháirgeadh.
Stair Taighde
Stair na Fionnachtana:
Sa bhliain 1923, d'aimsigh an poitigéir Sualannach Hervey agus an fisiceoir Ollannach D. Koster hafnium i siorcón a tháirgtear san Iorua agus sa Ghraonlainn, agus thug siad hafnium air, a tháinig ón ainm Laidine Hafnia de Chóbanhávan. I 1925, scar Hervey agus Coster siorcóiniam agus tíotáiniam ag baint úsáide as an modh criostalaithe codánach de shalainn choimpléascacha fhluairínithe chun salainn haifniam íon a fháil; Agus salann hafnium a laghdú le sóidiam miotalach chun hafnium miotail íon a fháil. D'ullmhaigh Hervey sampla de roinnt milleagram de haifniam íon.
Turgnaimh cheimiceacha ar siorcóiniam agus haifniam:
I dturgnamh a rinne an tOllamh Carl Collins in Ollscoil Texas i 1998, maíodh gur féidir le haifniam gáma ionradaithe 178m2 (an t-isiméir hafnium-178m2 [7]) fuinneamh ollmhór a scaoileadh, arb é sin cúig ordú méide níos airde ná imoibrithe ceimiceacha ach trí ord méide níos ísle ná imoibrithe núicléacha. [8] Tá an saolré is faide ag Hf178m2 (hafnium 178m2) i measc iseatóip fadsaoil comhchosúla: tá leathré 31 bliain ag Hf178m2 (hafnium 178m2), rud a fhágann radaighníomhaíocht nádúrtha de thart ar 1.6 trilliún Becquerels. Deir tuarascáil Uí Choileáin go bhfuil thart ar 1330 meigeafóil i ngraim amháin de Hf178m2 íon (hafnium 178m2), atá comhionann leis an bhfuinneamh a scaoiltear trí phléascadh 300 cileagram de phléascáin TNT. Léiríonn tuarascáil Collins go scaoiltear an fuinneamh ar fad san imoibriú seo i bhfoirm X-ghathanna nó gáma-ghathanna, a scaoileann fuinneamh ag ráta an-tapa, agus is féidir le Hf178m2 (hafnium 178m2) freagairt fós ag tiúchan an-íseal. [9] Tá cistí leithdháilte ag an bPeinteagán le haghaidh taighde. Sa turgnamh, bhí an cóimheas comhartha-go-torann an-íseal (le earráidí suntasacha), agus ó shin i leith, in ainneoin turgnaimh iolracha ag eolaithe ó eagraíochtaí iolracha lena n-áirítear an Ghníomhaireacht Taighde Ardtionscadail Roinn Cosanta na Stát Aontaithe (DARPA) agus JASON Defense Advisory Grúpa [13], níor éirigh le haon eolaí an t-imoibriú seo a bhaint amach faoi na coinníollacha a d’éiligh Collins, agus níor chuir Collins fianaise láidir ar fáil chun a chruthú go bhfuil an imoibriú seo ann, mhol Collins modh chun astú gáma-gha spreagtha a úsáid chun fuinneamh a scaoileadh ó. Hf178m2 (hafnium 178m2) [15], ach tá sé cruthaithe go teoiriciúil ag eolaithe eile nach féidir an t-imoibriú seo a bhaint amach. [16] Creidtear go forleathan sa phobal acadúil nach foinse fuinnimh Hf178m2 (hafnium 178m2)
Réimse iarratais:
Tá Hafnium an-úsáideach mar gheall ar a chumas leictreoin a astú, mar shampla mar a úsáidtear mar fhiliméad i lampaí gealbhruthacha. Úsáidtear é mar chatóid le haghaidh feadáin X-gha, agus úsáidtear cóimhiotail haifniam agus tungstain nó moluibdín mar leictreoidí le haghaidh feadáin urscaoilte ardvoltais. Úsáidtear go coitianta sa tionscal déantúsaíochta sreang catóide agus tungstain le haghaidh X-ghathanna. Is ábhar tábhachtach é haifniam íon sa tionscal fuinnimh adamhach mar gheall ar a plasticity, a phróiseáil éasca, a fhriotaíocht teocht ard, agus a fhriotaíocht creimeadh. Tá trasghearradh mór gabhála neodrón teirmeach ag Hafnium agus is ionsúire neodrón idéalach é, ar féidir é a úsáid mar shlat rialaithe agus gléas cosanta d'imoibreoirí adamhach. Is féidir púdar Hafnium a úsáid mar thiomántán do roicéid. Is féidir catóide feadáin X-gha a mhonarú sa tionscal leictreach. Is féidir le cóimhiotal Hafnium feidhmiú mar an ciseal cosanta ar aghaidh le haghaidh soic roicéad agus aerárthaí athiontrála glide, agus is féidir cóimhiotal Hf Ta a úsáid chun cruach uirlisí agus ábhair friotaíochta a mhonarú. Úsáidtear Hafnium mar eilimint bhreiseáin i gcóimhiotail teas-resistant, mar shampla tungstain, moluibdín, agus tantalam. Is féidir HfC a úsáid mar bhreiseán le haghaidh cóimhiotail chrua mar gheall ar a chruas ard agus a leáphointe. Tá thart ar 4215 ℃ ar an leáphointe 4TaCHfC, rud a fhágann gurb é an cumaisc leis an leáphointe is airde ar a dtugtar. Is féidir Hafnium a úsáid mar fhaighteoir i go leor córais boilscithe. Is féidir le faighteoirí Hafnium gáis neamhriachtanacha amhail ocsaigin agus nítrigin atá sa chóras a bhaint. Is minic a úsáidtear Hafnium mar bhreiseán in ola hiodrálach chun luaineacht ola hiodrálach a chosc le linn oibríochtaí ard-riosca, agus tá airíonna frith-luaineachta láidir aige. Dá bhrí sin, úsáidtear é go ginearálta in ola hiodrálacha tionsclaíoch. Ola hiodrálacha leighis.
Úsáidtear eilimint Hafnium freisin sna nanaphróiseálaithe Intel 45 is déanaí. Mar gheall ar dhéantúsaíocht dé-ocsaíd sileacain (SiO2) agus a chumas tiús a laghdú chun feidhmíocht trasraitheora a fheabhsú go leanúnach, úsáideann monaróirí próiseálaithe dé-ocsaíd sileacain mar an t-ábhar le haghaidh tréleictreach geata. Nuair a thug Intel an próiseas déantúsaíochta 65 nanaiméadar isteach, cé go ndearna sé gach iarracht tiús tréleictreach geata dé-ocsaíd sileacain a laghdú go 1.2 nanaiméadar, comhionann le 5 sraithe adamh, mhéadódh an deacracht a bhaineann le tomhaltas cumhachta agus diomailt teasa freisin nuair a bhíonn an trasraitheoir. laghdaíodh an méid adamh, rud a fhágann dramhaíl reatha agus fuinneamh teasa gan ghá. Dá bhrí sin, má leantar le húsáid na n-ábhar atá ann faoi láthair agus go laghdaítear an tiús a thuilleadh, méadóidh sceitheadh tréleictreach an gheata go suntasach, Teicneolaíocht trasraitheora a thabhairt síos dá theorainneacha. Chun aghaidh a thabhairt ar an tsaincheist ríthábhachtach seo, tá Intel ag pleanáil ábhair tiubh ard K (ábhair atá bunaithe ar haifniam) a úsáid mar thréleictreach geata in ionad dé-ocsaíd sileacain, rud a d'éirigh le sceitheadh a laghdú níos mó ná 10 n-uaire. I gcomparáid leis an nglúin roimhe seo de theicneolaíocht 65nm, méadaíonn próiseas 45nm Intel dlús trasraitheora beagnach dhá uair, rud a ligeann do mhéadú ar líon iomlán na trasraitheoirí nó laghdú ar mhéid an phróiseálaí. Ina theannta sin, tá an chumhacht atá ag teastáil le haghaidh aistriú trasraitheora níos ísle, ag laghdú tomhaltas cumhachta beagnach 30%. Tá na naisc inmheánacha déanta as sreang copair péireáilte le tréleictreach íseal k, go réidh feabhas a chur ar éifeachtúlacht agus tomhaltas cumhachta a laghdú, agus tá an luas aistrithe thart ar 20% níos tapúla
Dáileadh mianraí:
Tá flúirse screamh níos airde ag Hafnium ná miotail a úsáidtear go coitianta ar nós biosmat, caidmiam, agus mearcair, agus tá sé comhionann ó thaobh ábhar le beirilliam, gearmáiniam, agus úráiniam. Tá haifniam i ngach mianraí ina bhfuil siorcóiniam. Tá 0.5-2% haifniam i siorcón a úsáidtear i dtionscal. Is féidir suas le 15% haifniam a bheith sa siorcón beiriliam (Alvite) i méine siorcóiniam tánaisteach. Tá cineál siorcón meiteamorfach ann freisin, cyrtolite, a bhfuil níos mó ná 5% HfO ann. Is beag cúlchistí an dá mhianra deiridh agus níor glacadh leo fós sa tionscal. Aisghabhtar Hafnium go príomha le linn táirgeadh siorcóiniam.
Tá sé ann i bhformhór na mianta siorcóiniam. [18] [19] Toisc gur beag ábhar atá sa screamh. Is minic a chónaíonn sé le siorcóiniam agus níl aon mhianach ar leith aige.
Modh ullmhúcháin:
1. Is féidir é a ullmhú trí laghdú maignéisiam teitreaclóiríd hafnium nó dianscaoileadh teirmeach iaidíd hafnium. Is féidir HfCl4 agus K2HfF6 a úsáid mar amhábhair freisin. Tá an próiseas táirgthe leictrealaíoch i leá NaCl KCl HfCl4 nó K2HfF6 cosúil leis an bpróiseas a bhaineann le táirgeadh leictrealaíoch siorcóiniam.
2. Tá Hafnium cómhaireachtála le siorcóiniam, agus níl aon amhábhar ar leith ann do hafnium. Is é an t-amhábhar le haghaidh déantúsaíochta haifniam ná ocsaíd haifniam amh scartha le linn an phróisis déantúsaíochta siorcóiniam. Sliocht ocsaíd hafnium ag baint úsáide as roisín malairte ian, agus ansin bain úsáid as an modh céanna le siorcóiniam chun haifniam miotail a ullmhú ón ocsaíd haifniam seo.
3. Is féidir é a ullmhú trí teitreaclóiríd hafnium (HfCl4) a chomhthéamh le sóidiam trí laghdú.
Ba iad na modhanna is luaithe chun siorcóiniam agus haifniam a scaradh ná criostalú codánach de shalainn choimpléascacha fhluairínithe agus deascadh codánach fosfáití. Tá na modhanna seo deacair a oibriú agus tá siad teoranta d'úsáid saotharlainne. Tá teicneolaíochtaí nua chun siorcóiniam agus haifniam a scaradh, mar dhriogadh codánúcháin, eastóscadh tuaslagóirí, malartú ian, agus asaithe codánúcháin, tagtha chun cinn ceann i ndiaidh a chéile, agus tá eastóscadh tuaslagóirí níos praiticiúla. Is iad an dá chóras deighilte a úsáidtear go coitianta ná an córas thiocyanate cyclohexanone agus an córas aigéad nítreach fosfáit tributyl. Is iad na táirgí a fhaightear trí na modhanna thuas go léir hiodrocsaíd hafnium, agus is féidir ocsaíd hafnium íon a fháil trí chailcíniú. Is féidir hafnium ard íonachta a fháil trí mhodh malartaithe ian.
Sa tionscal, is minic a bhíonn próiseas Kroll agus próiseas Debor Aker i gceist le táirgeadh haifniam miotail. Baineann próiseas Kroll le laghdú teitreaclóiríde haifniam ag baint úsáide as maignéisiam miotalach:
2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf
Úsáidtear modh Debor Aker, ar a dtugtar an modh iodization freisin, chun spúinse cosúil le hafnium a íonú agus haifniam miotail intuargainte a fháil.
5. Go bunúsach tá bruithniú hafnium mar an gcéanna le siorcóiniam:
Is é an chéad chéim ná an méine a dhianscaoileadh, a bhfuil trí mhodh i gceist leis: clóirínú siorcón chun (Zr, Hf) Cl. Siorcón leá alcaile. Leáíonn Siorcón le NaOH ag thart ar 600, agus athraíonn níos mó ná 90% de (Zr, Hf) O go Na (Zr, Hf) O, le SiO a chlaochlú go NaSiO, a thuaslagtar in uisce lena bhaint. Is féidir Na (Zr, Hf) O a úsáid mar an réiteach bunaidh chun siorcóiniam agus hafnium a scaradh tar éis iad a thuaslagadh in HNO. Mar sin féin, déanann láithreacht colloids SiO deacair scaradh eastóscadh tuaslagóirí. Sintéir le KSiF agus soak in uisce chun tuaslagán K (Zr, Hf) F a fháil. Is féidir leis an réiteach siorcóiniam agus hafnium a scaradh trí chriostalú codánach;
Is é an dara céim scaradh siorcóiniam agus hafnium, is féidir a bhaint amach trí úsáid a bhaint as modhanna scaradh eastóscadh tuaslagóirí ag baint úsáide as córas aigéad hidreaclórach MIBK (meitile isobutyl ketone) agus córas HNO-TBP (fosfáit tributyl). Tá staidéar fada déanta ar theicneolaíocht chodánaithe ilchéime ag baint úsáide as an difríocht brú gaile idir HfCl agus ZrCl faoi bhrú ard (os cionn 20 atmaisféar), rud a d'fhéadfadh an próiseas clóirínithe tánaisteach a shábháil agus costais a laghdú. Mar sin féin, mar gheall ar fhadhb creimeadh (Zr, Hf) Cl agus HCl, níl sé éasca teacht ar ábhair cholún codánúcháin oiriúnacha, agus laghdóidh sé freisin cáilíocht ZrCl agus HfCl, ag méadú costais íonúcháin. Sna 1970í, bhí sé fós sa chéim tástála plandaí idirmheánach;
Is é an tríú céim ná clóiríniú tánaisteach HfO chun HfCl amh a fháil le haghaidh laghdaithe;
Is é an ceathrú céim íonú HfCl agus laghdú maignéisiam. Tá an próiseas seo mar an gcéanna le íonú agus laghdú ZrCl, agus is é an táirge leathchríochnaithe mar thoradh air sin ná hafnium spúinse garbh;
Is é an cúigiú céim ná haifniam spúinse amh a dhriogadh i bhfolús chun MgCl a bhaint agus ró-mhiotail maignéisiam a aisghabháil, rud a fhágann go mbeidh táirge críochnaithe de haifniam miotail spúinse ann. Má úsáideann an gníomhaire laghdaitheora sóidiam in ionad maignéisiam, ba cheart an cúigiú céim a athrú go tumoideachas uisce
Modh stórála:
Stóráil i stóras fionnuar agus aeráilte. Coinnigh ar shiúl ó Sparks agus foinsí teasa. Ba cheart é a stóráil ar leithligh ó ocsaídeoirí, aigéid, halaigine, etc., agus stóráil mheascadh a sheachaint. Úsáid a bhaint as áiseanna soilsithe agus aerála pléascadh. Cosc a chur ar úsáid trealaimh mheicniúil agus uirlisí atá seans maith go spréacha. Ba chóir go mbeadh an limistéar stórála feistithe le hábhair oiriúnacha chun sceitheadh a choinneáil.
Am postála: Meán Fómhair-25-2023