Hafnium, logam HF, nomor atom 72, berat atom 178,49, adalah logam transisi abu -abu perak mengkilap.
Hafnium memiliki enam isotop yang stabil secara alami: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179, dan 180. Hafnium tidak bereaksi dengan asam klorida encer, asam sulfat encer, dan larutan alkali yang kuat, tetapi larut dalam asam hydrofluoric dan aqua. Nama elemen berasal dari nama Latin Kota Kopenhagen.
Pada tahun 1925, ahli kimia Swedia Hervey dan fisikawan Belanda Koster memperoleh garam hafnium murni dengan kristalisasi fraksional dari garam kompleks berfluorinasi, dan mereduksi dengan sodium logam untuk mendapatkan hafnium logam murni. Hafnium mengandung 0,00045% dari kerak bumi dan sering dikaitkan dengan zirkonium di alam.
Nama Produk: Hafnium
Simbol Elemen: HF
Berat atom: 178.49
Jenis Elemen: Elemen Logam
Sifat Fisik:
Hafniumadalah logam abu -abu perak dengan kilau logam; Ada dua varian hafnium logam: α hafnium adalah varian heksagonal yang dikemas erat (1750 ℃) dengan suhu transformasi yang lebih tinggi daripada zirkonium. Hafnium logam memiliki varian alotrop pada suhu tinggi. Hafnium logam memiliki penampang penyerapan neutron tinggi dan dapat digunakan sebagai bahan kontrol untuk reaktor.
Ada dua jenis struktur kristal: pengemasan padat heksagonal pada suhu di bawah 1300 ℃（ α- persamaan); Pada suhu di atas 1300 ℃, itu adalah persamaan body cubic （β-β). Logam dengan plastisitas yang mengeras dan menjadi rapuh dengan adanya kotoran. Stabil di udara, hanya gelap di permukaan saat terbakar. Filamen dapat dinyalakan oleh nyala api. Sifat mirip dengan zirkonium. Itu tidak bereaksi dengan air, asam encer, atau basa yang kuat, tetapi mudah larut dalam aqua regia dan asam hidrofluorat. Terutama dalam senyawa dengan valensi+4. Paduan Hafnium (TA4HFC5) diketahui memiliki titik leleh tertinggi (sekitar 4215 ℃).
Struktur kristal: Sel kristal adalah heksagonal
Nomor CAS: 7440-58-6
Titik Melting: 2227 ℃
Titik didih: 4602 ℃
Sifat Kimia:
Sifat kimia hafnium sangat mirip dengan zirkonium, dan memiliki resistensi korosi yang baik dan tidak mudah dikorosi oleh larutan air alkali asam umum; Mudah larut dalam asam hidrofluorat untuk membentuk kompleks berfluorinasi. Pada suhu tinggi, hafnium juga dapat secara langsung bergabung dengan gas seperti oksigen dan nitrogen untuk membentuk oksida dan nitrida.
Hafnium sering memiliki valensi+4 dalam senyawa. Senyawa utamanya adalahHafnium oksidaHfo2. Ada tiga varian hafnium oksida yang berbeda:Hafnium oksidadiperoleh dengan kalsinasi kontinu hafnium sulfat dan klorida oksida adalah varian monoklinik; Hafnium oksida yang diperoleh dengan memanaskan hidroksida hafnium di sekitar 400 ℃ adalah varian tetragonal; Jika dikalsinasi di atas 1000 ℃, varian kubik dapat diperoleh. Senyawa lain adalahHafnium tetrachloride, yang merupakan bahan baku untuk menyiapkan hafnium logam dan dapat disiapkan dengan bereaksi gas klorin pada campuran hafnium oksida dan karbon. Hafnium tetrachloride bersentuhan dengan air dan segera menghidrolisis menjadi ion HFO (4H2O) 2+yang sangat stabil. Ion HFO2+ada di banyak senyawa hafnium, dan dapat mengkristal kristal hafnium oxychloride terhidrasi hafnium hFocl2 · 8H2O dalam larutan hafnium tetrachloride asam hidroklorat yang diasamkan.
4-valent hafnium juga rentan membentuk kompleks dengan fluoride, terdiri dari K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6, dan (NH4) 3HFF7. Kompleks ini telah digunakan untuk pemisahan zirkonium dan hafnium.
Senyawa umum:
Hafnium dioksida: nama hafnium dioksida; Hafnium dioksida; Formula Molekul: HFO2 [4]; Properti: bubuk putih dengan tiga struktur kristal: monoklinik, tetragonal, dan kubik. Kepadatannya adalah 10.3, 10.1, dan 10.43g/cm3, masing -masing. Titik Melting 2780-2920K. Titik didih 5400k. Koefisien Ekspansi Termal 5.8 × 10-6/℃. Tidak larut dalam air, asam klorida, dan asam nitrat, tetapi larut dalam asam sulfat pekat dan asam hidrofluorat. Diproduksi oleh dekomposisi termal atau hidrolisis senyawa seperti hafnium sulfat dan hafnium oxychloride. Bahan baku untuk produksi paduan logam hafnium dan hafnium. Digunakan sebagai bahan refraktori, pelapis anti radioaktif, dan katalis. [5] Level Energi Atom HFO adalah produk yang diperoleh secara bersamaan ketika memproduksi tingkat energi atom ZRO. Mulai dari klorinasi sekunder, proses pemurnian, reduksi, dan distilasi vakum hampir identik dengan zirkonium.
Hafnium tetrachloride: Hafnium (iv) klorida, hafnium tetrachloride molekul rumus hfcl4 berat molekul 320.30 Karakter: blok kristal putih. Peka terhadap kelembaban. Larut dalam aseton dan metanol. Hidrolisis dalam air untuk menghasilkan hafnium oxychloride (HFOCL2). Panaskan hingga 250 ℃ dan menguap. Mengiritasi mata, sistem pernapasan, dan kulit.
Hafnium hidroksida: Hafnium hidroksida (H4HFO4), biasanya hadir sebagai oksida terhidrasi HFO2 · NH2O, tidak larut dalam air, mudah larut dalam asam anorganik, tidak larut dalam amonia, dan jarang larut dalam sodium hidroksida. Panaskan hingga 100 ℃ untuk menghasilkan hafnium hidroksida HFO (OH) 2. Endapan hafnium hidroksida putih dapat diperoleh dengan bereaksi garam hafnium (IV) dengan air amonia. Ini dapat digunakan untuk menghasilkan senyawa hafnium lainnya.
Sejarah Penelitian
Sejarah Penemuan:
Pada tahun 1923, ahli kimia Swedia Hervey dan fisikawan Belanda D. Koster menemukan hafnium di zirkon diproduksi di Norwegia dan Greenland, dan menamakannya Hafnium, yang berasal dari nama Latin Hafnia dari Kopenhagen. Pada tahun 1925, hervey dan coster memisahkan zirkonium dan titanium menggunakan metode kristalisasi fraksional dari garam kompleks berfluorinasi untuk mendapatkan garam hafnium murni; Dan mengurangi garam hafnium dengan natrium logam untuk mendapatkan hafnium logam murni. Hervey menyiapkan sampel beberapa miligram hafnium murni.
Eksperimen Kimia pada Zirkonium dan Hafnium:
Dalam sebuah percobaan yang dilakukan oleh Profesor Carl Collins di University of Texas pada tahun 1998, diklaim bahwa Gamma mengiradiasi Hafnium 178M2 (isomer Hafnium-178M2 [7]) dapat melepaskan energi besar, yang merupakan lima pesanan besarnya reaksi kimia yang lebih tinggi tetapi tiga pesanan besar dari magnitudo lebih rendah daripada reaksi nuklir. [8] HF178M2 (Hafnium 178m2) memiliki umur terpanjang di antara isotop berumur panjang yang sama: HF178M2 (Hafnium 178m2) memiliki waktu paruh 31 tahun, menghasilkan radioaktivitas alami sekitar 1,6 triliun becquerel. Laporan Collins menyatakan bahwa satu gram HF178M2 murni (Hafnium 178m2) mengandung sekitar 1330 megajoule, yang setara dengan energi yang dilepaskan oleh ledakan 300 kilogram bahan peledak TNT. Laporan Collins menunjukkan bahwa semua energi dalam reaksi ini dilepaskan dalam bentuk sinar-X atau sinar gamma, yang melepaskan energi pada laju yang sangat cepat, dan HF178M2 (hafnium 178M2) masih dapat bereaksi pada konsentrasi yang sangat rendah. [9] Pentagon telah mengalokasikan dana untuk penelitian. 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 gamma Emisi Ray untuk melepaskan energi dari HF178M2 (Hafnium 178M2) [15], tetapi ilmuwan lain secara teoritis membuktikan bahwa reaksi ini tidak dapat dicapai. [16] HF178M2 (Hafnium 178m2) secara luas diyakini pada komunitas akademik untuk tidak menjadi sumber energi
Bidang Aplikasi:
Hafnium sangat berguna karena kemampuannya untuk memancarkan elektron, seperti seperti yang digunakan sebagai filamen pada lampu pijar. Digunakan sebagai katoda untuk tabung sinar-X, dan paduan hafnium dan tungsten atau molibdenum digunakan sebagai elektroda untuk tabung pelepasan tegangan tinggi. Biasanya digunakan dalam industri manufaktur kawat katoda dan kawat tungsten untuk sinar-X. Hafnium murni adalah bahan penting dalam industri energi atom karena plastisitasnya, pemrosesan yang mudah, ketahanan suhu tinggi, dan ketahanan korosi. Hafnium memiliki penampang penangkapan neutron termal yang besar dan merupakan penyerap neutron yang ideal, yang dapat digunakan sebagai batang kontrol dan perangkat pelindung untuk reaktor atom. Hafnium Powder dapat digunakan sebagai propelan untuk roket. Katoda tabung sinar-X dapat diproduksi di industri listrik. Paduan Hafnium dapat berfungsi sebagai lapisan pelindung ke depan untuk nozel roket dan meluncur masuknya masuk kembali, sementara paduan HF TA dapat digunakan untuk memproduksi baja pahat dan bahan resistansi. Hafnium digunakan sebagai elemen aditif dalam paduan yang tahan panas, seperti tungsten, molibdenum, dan tantalum. HFC dapat digunakan sebagai aditif untuk paduan keras karena kekerasan dan titik peleburannya yang tinggi. Titik leleh 4tachfc adalah sekitar 4215 ℃, menjadikannya senyawa dengan titik leleh tertinggi yang diketahui. Hafnium dapat digunakan sebagai pengambil di banyak sistem inflasi. Getters hafnium dapat menghilangkan gas yang tidak perlu seperti oksigen dan nitrogen yang ada dalam sistem. Hafnium sering digunakan sebagai aditif dalam oli hidrolik untuk mencegah volatilisasi oli hidrolik selama operasi risiko tinggi, dan memiliki sifat anti volatilitas yang kuat. Oleh karena itu, umumnya digunakan dalam minyak hidrolik industri. Minyak hidrolik medis.
Elemen Hafnium juga digunakan dalam nanoprosesor Intel 45 terbaru. Karena produksi silikon dioksida (SiO2) dan kemampuannya untuk mengurangi ketebalan untuk terus meningkatkan kinerja transistor, produsen prosesor menggunakan silikon dioksida sebagai bahan untuk dielektrik gerbang. Ketika Intel memperkenalkan proses pembuatan 65 nanometer, meskipun telah melakukan segala upaya untuk mengurangi ketebalan dielektrik gerbang silikon dioksida menjadi 1,2 nanometer, setara dengan 5 lapisan atom, kesulitan konsumsi daya dan disipasi panas juga akan meningkat ketika transistor dikurangi menjadi ukuran atom, yang diakibatkannya. Oleh karena itu, jika bahan saat ini terus digunakan dan ketebalan lebih berkurang, kebocoran dielektrik gerbang akan meningkat secara signifikan, menurunkan teknologi transistor ke batasnya. Untuk mengatasi masalah kritis ini, Intel berencana untuk menggunakan bahan K tinggi yang lebih tebal (bahan berbasis hafnium) sebagai dielektrik gerbang alih -alih silikon dioksida, yang telah berhasil mengurangi kebocoran lebih dari 10 kali. Dibandingkan dengan generasi sebelumnya dari teknologi 65nm, proses 45nm Intel meningkatkan kepadatan transistor hampir dua kali, memungkinkan untuk peningkatan jumlah total transistor atau pengurangan volume prosesor. Selain itu, daya yang diperlukan untuk switching transistor lebih rendah, mengurangi konsumsi daya hingga hampir 30%. Koneksi internal terbuat dari kawat tembaga yang dipasangkan dengan dielektrik K rendah, meningkatkan efisiensi dengan lancar dan mengurangi konsumsi daya, dan kecepatan switching sekitar 20% lebih cepat
Distribusi mineral:
Hafnium memiliki kelimpahan kerak yang lebih tinggi daripada logam yang biasa digunakan seperti bismut, kadmium, dan merkuri, dan setara dengan konten dengan berilium, germanium, dan uranium. Semua mineral yang mengandung zirkonium mengandung hafnium. Zirkon yang digunakan dalam industri mengandung 0,5-2% hafnium. Berilium zirkon (Alvite) dalam bijih zirkonium sekunder dapat mengandung hingga 15% hafnium. Ada juga jenis zirkon metamorf, cyrtolite, yang mengandung lebih dari 5% HFO. Cadangan dari dua mineral terakhir adalah kecil dan belum diadopsi dalam industri. Hafnium terutama ditemukan selama produksi zirkonium.
Itu ada di sebagian besar bijih zirkonium. [18] [19] Karena ada sangat sedikit konten di kerak. Ini sering hidup berdampingan dengan zirkonium dan tidak memiliki bijih yang terpisah.
Metode persiapan:
1. Ini dapat disiapkan dengan pengurangan magnesium hafnium tetrachloride atau dekomposisi termal hafnium iodida. HFCL4 dan K2HFF6 juga dapat digunakan sebagai bahan baku. Proses produksi elektrolitik di NaCl KCl HFCL4 atau K2HFF6 Melt mirip dengan produksi elektrolitik zirkonium.
2. Hafnium hidup berdampingan dengan zirkonium, dan tidak ada bahan baku terpisah untuk hafnium. Bahan baku untuk pembuatan hafnium adalah mentah hafnium oksida yang dipisahkan selama proses pembuatan zirkonium. Ekstrak hafnium oksida menggunakan resin pertukaran ion, dan kemudian gunakan metode yang sama dengan zirkonium untuk menyiapkan hafnium logam dari hafnium oksida ini.
3. Ini dapat disiapkan dengan pemanasan CO Hafnium tetrachloride (HFCL4) dengan natrium melalui reduksi.
Metode paling awal untuk memisahkan zirkonium dan hafnium adalah kristalisasi fraksional dari garam kompleks berfluorinasi dan presipitasi fraksional fosfat. Metode -metode ini rumit untuk beroperasi dan terbatas pada penggunaan laboratorium. Teknologi baru untuk memisahkan zirkonium dan hafnium, seperti distilasi fraksinasi, ekstraksi pelarut, pertukaran ion, dan adsorpsi fraksinasi, telah muncul satu demi satu, dengan ekstraksi pelarut lebih praktis. Dua sistem pemisahan yang umum digunakan adalah sistem tiosianat sikloheksanon dan sistem asam nitrat tributil fosfat. Produk yang diperoleh dengan metode di atas adalah semua hafnium hidroksida, dan hafnium oksida murni dapat diperoleh dengan kalsinasi. Hafnium kemurnian tinggi dapat diperoleh dengan metode pertukaran ion.
Dalam industri, produksi hafnium logam sering melibatkan proses Kroll dan proses Debor Aker. Proses Kroll melibatkan pengurangan hafnium tetrachloride menggunakan magnesium logam:
2mg+hfcl4- → 2mgcl2+hf
Metode Debor Aker, juga dikenal sebagai metode iodisasi, digunakan untuk memurnikan spons seperti hafnium dan mendapatkan hafnium logam yang dapat ditempa.
5. Peleburan hafnium pada dasarnya sama dengan zirkonium:
Langkah pertama adalah dekomposisi bijih, yang melibatkan tiga metode: klorinasi zirkon untuk mendapatkan (Zr, HF) Cl. Melting zirkon alkali. Zirkon meleleh dengan NaOH di sekitar 600, dan lebih dari 90% dari (Zr, HF) o berubah menjadi Na (Zr, HF) O, dengan SiO diubah menjadi Nasio, yang dilarutkan dalam air untuk dihilangkan. Na (Zr, HF) O dapat digunakan sebagai solusi asli untuk memisahkan zirkonium dan hafnium setelah dilarutkan dalam HNO. Namun, keberadaan koloid Sio membuat pemisahan ekstraksi pelarut menjadi sulit. Sinter dengan ksif dan rendam dalam air untuk mendapatkan solusi k (zr, hf) f. Solusinya dapat memisahkan zirkonium dan hafnium melalui kristalisasi fraksional;
Langkah kedua adalah pemisahan zirkonium dan hafnium, yang dapat dicapai dengan menggunakan metode pemisahan ekstraksi pelarut menggunakan sistem hidroklorat MIBK (metil isobutil keton) dan sistem HNO-TBP (Tributyl phosphate). Teknologi fraksinasi multi-tahap menggunakan perbedaan tekanan uap antara HFCL dan ZRCL meleleh di bawah tekanan tinggi (di atas 20 atmosfer) telah lama dipelajari, yang dapat menghemat proses klorinasi sekunder dan mengurangi biaya. Namun, karena masalah korosi (ZR, HF) CL dan HCl, tidak mudah untuk menemukan bahan kolom fraksinasi yang sesuai, dan juga akan mengurangi kualitas ZRCL dan HFCL, meningkatkan biaya pemurnian. Pada tahun 1970 -an, masih dalam tahap pengujian tanaman menengah;
Langkah ketiga adalah klorinasi sekunder HFO untuk mendapatkan HFCL mentah untuk pengurangan;
Langkah keempat adalah pemurnian HFCL dan reduksi magnesium. Proses ini sama dengan pemurnian dan pengurangan ZRCL, dan produk semi-selesai yang dihasilkan adalah spons kasar hafnium;
Langkah kelima adalah vakum penyuling spons mentah hafnium untuk menghilangkan mgcl dan memulihkan berlebih magnesium logam, menghasilkan produk jadi hafnium logam spons. Jika zat pereduksi menggunakan natrium, bukan magnesium, langkah kelima harus diubah menjadi perendaman air
Metode penyimpanan:
Simpan di gudang yang sejuk dan berventilasi. Jauhkan dari percikan dan sumber panas. Itu harus disimpan secara terpisah dari oksidan, asam, halogen, dll., Dan menghindari pencampuran penyimpanan. Menggunakan fasilitas pencahayaan dan ventilasi tahan ledakan. Melarang penggunaan peralatan mekanis dan alat yang rentan terhadap percikan. Area penyimpanan harus dilengkapi dengan bahan yang cocok untuk mengandung kebocoran.
Waktu posting: Sep-25-2023