Afnio, metallo HF, numero atomico 72, peso atomico 178,49, è un metallo di transizione grigio argento lucido.
Hafnium ha sei isotopi naturalmente stabili: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 e 180. L'hafnium non reagisce con acido cloridrico diluito, acido solforico diluito e soluzioni alcaline forti, ma è solubile in acido idrofluorico e regia aqua. Il nome dell'elemento proviene dal nome latino di Copenaghen City.
Nel 1925, il chimico svedese Hervey e il fisico olandese Koster ottennero sale di hafnium puro mediante cristallizzazione frazionaria di sali complessi fluorunati e lo ridotto con sodio metallico per ottenere hafnium di metallo puro. L'hafnium contiene 0,00045% della crosta terrestre ed è spesso associato allo zirconio in natura.
Nome prodotto: Hafnium
Simbolo dell'elemento: hf
Peso atomico: 178.49
Tipo di elemento: elemento metallico
Proprietà fisiche:
Afnioè un metallo grigio argento con una lucentezza metallica; Esistono due varianti di hafnium metallico: α Hafnium è una variante esagonale strettamente imballata (1750 ℃) con una temperatura di trasformazione più elevata rispetto allo zirconio. Il metallo hafnium ha varianti di altropio ad alte temperature. L'hafnium metallico ha un'elevata sezione di assorbimento di neutroni e può essere usato come materiale di controllo per i reattori.
Esistono due tipi di strutture cristalline: imballaggio denso esagonale a temperature inferiori a 1300 ℃ （α- equazione); A temperature superiori a 1300 ℃, è un'equazione （β cubica centrata sul corpo). Un metallo con plasticità che si indurisce e diventa fragile in presenza di impurità. Stabile in aria, si oscura solo sulla superficie quando bruciata. I filamenti possono essere accesi dalla fiamma di una partita. Proprietà simili allo zirconio. Non reagisce con acqua, acidi diluiti o basi forti, ma è facilmente solubile in Aqua Regia e Acido idrofluorico. Principalmente nei composti con una valenza+4. La lega di hafnium (TA4HFC5) è noto per avere il punto di fusione più alto (circa 4215 ℃).
Struttura cristallina: la cellula cristallina è esagonale
Numero CAS: 7440-58-6
Punto di fusione: 2227 ℃
Punto di ebollizione: 4602 ℃
Proprietà chimiche:
Le proprietà chimiche di Hafnium sono molto simili a quelle dello zirconio e ha una buona resistenza alla corrosione e non è facilmente corrogato da soluzioni acquose alcali acide generali; Facilmente solubile in acido idrofluorico per formare complessi fluorurati. A temperature elevate, l'afnio può anche combinarsi direttamente con gas come ossigeno e azoto per formare ossidi e nitruri.
Hafnium ha spesso una valenza+4 nei composti. Il composto principale èossido di hafniumHFO2. Esistono tre diverse varianti di ossido di hafnium:ossido di hafniumOttenuto mediante calcinazione continua di solfato di afnio e ossido di cloruro è una variante monoclinica; L'ossido di hafnium ottenuto riscaldando l'idrossido di hafnio a circa 400 ℃ è una variante tetragonale; Se calcolato sopra 1000 ℃, è possibile ottenere una variante cubica. Un altro composto èhafnium tetracloruro, che è la materia prima per la preparazione di hafnium metallico e può essere preparata reagendo il gas di cloro su una miscela di ossido di hafnium e carbonio. Il tetracloruro di hafnium entra in contatto con l'acqua e si idrolizza immediatamente in ioni HFO (4H2O) 2+altamente stabili. Gli ioni HFO2+esistono in molti composti di hafnium e possono cristallizzare l'ossicloruro di afnio idratato a forma di ago in cristalli Hfocl2 · 8H2O in una soluzione di tetracloruro di afnium acidificato acido cloridrico.
L'hafnium 4-valore è anche soggetto a formare complessi con fluoro, costituito da K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 e (NH4) 3HFF7. Questi complessi sono stati usati per la separazione di zirconio e hafnium.
Composti comuni:
Biossido di hafnium: nome di ossido di hafnium; Biossido di hafnium; Formula molecolare: HFO2 [4]; Proprietà: polvere bianca con tre strutture cristalline: monoclino, tetragonale e cubico. Le densità sono rispettivamente 10.3, 10.1 e 10.43g/cm3. Punto di fusione 2780-2920K. Punto di ebollizione 5400k. Coefficiente di espansione termica 5,8 × 10-6/℃. Insolubile in acqua, acido cloridrico e acido nitrico, ma solubile in acido solforico concentrato e acido idrofluorico. Prodotto dalla decomposizione termica o dall'idrolisi di composti come il solfato di hafnio e l'ossicloruro di hafnio. Materie prime per la produzione di leghe di hafnium e hafnium metalliche. Utilizzato come materiali refrattari, rivestimenti anti radioattivi e catalizzatori. [5] Il livello di energia atomica HFO è un prodotto ottenuto contemporaneamente quando si produce il livello di energia atomica ZRO. A partire dalla clorazione secondaria, i processi di purificazione, riduzione e distillazione del vuoto sono quasi identici a quelli dello zirconio.
Hafnium tetracloruro: Hafnium (IV) cloruro, hafnium tetracloruro formula molecolare HFCL4 Peso molecolare 320,30 Caratteri: blocco cristallino bianco. Sensibile all'umidità. Solubile in acetone e metanolo. Idrolizza in acqua per produrre ossicloruro di hafnium (Hfocl2). Riscaldare a 250 ℃ ed evaporare. Irritante per gli occhi, il sistema respiratorio e la pelle.
L'idrossido di hafnio: idrossido di hafnio (H4HFO4), di solito presente come ossido idratato HFO2 · NH2O, è insolubile in acqua, facilmente solubile in acidi inorganici, insolubile in ammoniaca e raramente solubile in idrossido di sodio. Il calore a 100 ℃ per generare idrossido di hafnium HFO (OH) 2. Il precipitato di idrossido di afnio bianco può essere ottenuto reagendo a sale di hafnium (IV) con acqua di ammoniaca. Può essere usato per produrre altri composti di hafnium.
Storia della ricerca
Storia della scoperta:
Nel 1923, il chimico svedese Hervey e il fisico olandese D. Koster scoprirono Hafnium in zircone prodotto in Norvegia e Groenlandia, e lo chiamò Hafnium, che originava dal nome latino afnia di Copenaghen. Nel 1925, Hervey e Coster separarono zirconio e titanio usando il metodo di cristallizzazione frazionaria di sali complessi fluorurati per ottenere sali di hafnium puri; E ridurre il sale di hafnium con sodio metallico per ottenere hafnium in metallo puro. Hervey ha preparato un campione di diversi milligrammi di puro hafnium.
Esperimenti chimici su zirconio e hafnium:
In un esperimento condotto dal professor Carl Collins presso l'Università del Texas nel 1998, è stato affermato che il gamma irradiato afnio 178m2 (l'isomero hafnio-178m2 [7]) può rilasciare energia enorme, che è cinque ordini di magnitudo superiore rispetto alle reazioni chimiche ma tre ordini di magnitudo inferiore rispetto alle reazioni nucleari. [8] HF178M2 (Hafnium 178M2) ha la durata della vita più lunga tra isotopi di lunga durata simili: HF178M2 (Hafnium 178m2) ha un'emivita di 31 anni, con una radioattività naturale di circa 1,6 trilioni di beilioni. Il rapporto di Collins afferma che un grammo di puro HF178M2 (Hafnium 178M2) contiene circa 1330 Megajoule, che equivale all'energia rilasciata dall'esplosione di 300 chilogrammi di esplosivi TNT. Il rapporto di Collins indica che tutta l'energia in questa reazione viene rilasciata sotto forma di raggi X o raggi gamma, che rilasciano energia a una velocità estremamente rapida e HF178m2 (Hafnium 178m2) può ancora reagire a concentrazioni estremamente basse. [9] Il Pentagono ha assegnato fondi per la ricerca. Nell'esperimento, il rapporto segnale-rumore era molto basso (con errori significativi) e da allora, nonostante più esperimenti da parte di scienziati di più organizzazioni tra cui il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti Advanced Projects Research Agency (DARPA) e Jason Difesa Advisory Group [13], nessuno scienziato è stato in grado di raggiungere una reazione in grado di raggiungere una reazione in grado di ottenere una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di prove di una reazione per provare una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione a causa di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione di una reazione. Emissione di raggi gamma per rilasciare energia da HF178m2 (Hafnium 178m2) [15], ma altri scienziati hanno teoricamente dimostrato che questa reazione non può essere raggiunta. [16] HF178M2 (Hafnium 178m2) è ampiamente creduto nella comunità accademica non essere una fonte di energia
Campo di applicazione:
Hafnium è molto utile grazie alla sua capacità di emettere elettroni, come quello usato come un filamento nelle lampade a incandescenza. Utilizzati come catodo per tubi a raggi X e leghe di hafnium e tungsteno o molibdeno sono usati come elettrodi per tubi di scarico ad alta tensione. Comunemente utilizzato nel settore manifatturiero del filo catodo e di tungsteno per i raggi X. L'hafnium puro è un materiale importante nell'industria dell'energia atomica a causa della sua plasticità, facile lavorazione, resistenza ad alta temperatura e resistenza alla corrosione. Hafnium ha una sezione trasversale di cattura di neutroni termici di grande ed è un assorbitore di neutroni ideale, che può essere usato come canna di controllo e dispositivo protettivo per i reattori atomici. La polvere di hafnium può essere usata come propellente per i razzi. Il catodo dei tubi a raggi X può essere prodotto nell'industria elettrica. La lega di hafnium può fungere da strato di protezione in avanti per ugelli a razzo e aerei di rientro, mentre la lega HF TA può essere utilizzata per produrre acciaio per strumenti e materiali di resistenza. L'hafnium è usato come elemento additivo in leghe resistenti al calore, come tungsteno, molibdeno e tantalum. L'HFC può essere usato come additivo per leghe dure a causa della sua alta durezza e punto di fusione. Il punto di fusione di 4taChfc è di circa 4215 ℃, rendendolo il composto con il punto di fusione più alto noto. Hafnium può essere usato come getter in molti sistemi di inflazione. I getter di Hafnium possono rimuovere gas non necessari come ossigeno e azoto presenti nel sistema. L'hafnium è spesso usato come additivo nell'olio idraulico per impedire la volatilizzazione dell'olio idraulico durante le operazioni ad alto rischio e ha forti proprietà anti volatilità. Pertanto, viene generalmente utilizzato nell'olio idraulico industriale. Olio idraulico medico.
L'elemento Hafnium è anche utilizzato negli ultimi nanoprocessori Intel 45. A causa della produzione di biossido di silicio (SIO2) e della sua capacità di ridurre lo spessore per migliorare continuamente le prestazioni dei transistor, i produttori di processori utilizzano il biossido di silicio come materiale per i dielettrici del gate. Quando Intel ha introdotto il processo di produzione di 65 nanometri, sebbene avesse fatto ogni sforzo per ridurre lo spessore del cancello di biossido di silicio dielettrico a 1,2 nanometri, equivalente a 5 strati di atomi, la difficoltà del consumo di energia e la dissipazione del calore aumenterebbero anche quando il transistor era ridotto alle dimensioni di un atomo, che si tratteneva negli attuali cimite e non necessari. Pertanto, se i materiali attuali continuano a essere utilizzati e lo spessore viene ulteriormente ridotto, la perdita del dielettrico del gate aumenterà significativamente, riducendo la tecnologia a transistor ai suoi limiti. Per affrontare questo problema critico, Intel sta pianificando di utilizzare materiali k più alti più spessi (materiali a base di hafnium) come dielettrici di gate anziché biossido di silicio, che ha ridotto con successo perdite di oltre 10 volte. Rispetto alla generazione precedente di tecnologia a 65 nm, il processo a 45 nm di Intel aumenta la densità dei transistor di quasi due volte, consentendo un aumento del numero totale di transistor o una riduzione del volume del processore. Inoltre, la potenza richiesta per la commutazione del transistor è inferiore, riducendo il consumo di energia di quasi il 30%. Le connessioni interne sono realizzate in filo di rame abbinato a bassa K dielettrica, migliorando senza problemi l'efficienza e riducendo il consumo di energia e la velocità di commutazione è di circa il 20% più veloce
Distribuzione minerale:
Hafnium ha un'abbondanza crostale più elevata rispetto ai metalli comunemente usati come bismuto, cadmio e mercurio ed è equivalente a contenuto di berillio, germanio e uranio. Tutti i minerali contenenti zirconio contengono hafnium. Lo zircone utilizzato nell'industria contiene lo 0,5-2% di hafnium. Lo zircone di berillio (alvite) nel minerale di zirconio secondario può contenere fino al 15% di hafnium. Esiste anche un tipo di zircone metamorfico, cirtolite, che contiene oltre il 5% di HFO. Le riserve degli ultimi due minerali sono piccole e non sono state ancora adottate nell'industria. Hafnium viene recuperato principalmente durante la produzione di zirconio.
Esiste nella maggior parte dei minerali di zirconio. [18] [19] perché c'è pochissimo contenuto nella crosta. Spesso coesiste con zirconio e non ha minerale separato.
Metodo di preparazione:
1. Può essere preparato mediante riduzione del magnesio del tetracloruro di hafnium o decomposizione termica di ioduro di hafnium. HFCL4 e K2HFF6 possono anche essere utilizzati come materie prime. Il processo di produzione elettrolitica nella fusione NACL KCl HFCL4 o K2HFF6 è simile a quello della produzione elettrolitica di zirconio.
2. Hafnium coesiste con zirconio e non vi è alcuna materia prima separata per hafnium. La materia prima per la produzione di hafnium è un ossido di hafnium grezzo separato durante il processo di produzione di zirconio. Estrarre l'ossido di hafnio mediante resina di scambio ionico e quindi utilizzare lo stesso metodo dello zirconio per preparare il metallo di afnium da questo ossido di hafnium.
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I primi metodi per separare zirconio e hafnium erano cristallizzazione frazionaria di sali complessi fluorurati e precipitazione frazionaria dei fosfati. Questi metodi sono ingombranti per operare e sono limitati all'uso di laboratorio. Nuove tecnologie per la separazione di zirconio e hafnium, come la distillazione del frazionamento, l'estrazione dei solventi, lo scambio di ioni e l'adsorbimento del frazionamento, sono emerse una dopo l'altra, con l'estrazione del solvente più pratico. I due sistemi di separazione comunemente usati sono il sistema di cicloesanone cicianato e il sistema di acido nitrico fosfato di tributile. I prodotti ottenuti con i metodi di cui sopra sono tutti idrossido di hafnium e l'ossido di hafnium puro può essere ottenuto mediante calcinazione. L'hafnium ad alta purezza può essere ottenuto con il metodo di scambio ionico.
Nell'industria, la produzione di hafnium metallico coinvolge spesso sia il processo di Kroll che il processo di Debor Aker. Il processo di Kroll prevede la riduzione del tetracloruro di hafnium usando magnesio metallico:
2mg+Hfcl4- → 2mgcl2+hf
Il metodo Debor Aker, noto anche come metodo di iodizzazione, viene utilizzato per purificare la spugna come Hafnium e ottenere il metallo malleabile di hafnium.
5. La fusione di Hafnium è sostanzialmente la stessa di quella dello zirconio:
Il primo passo è la decomposizione del minerale, che coinvolge tre metodi: clorazione dello zircone per ottenere (ZR, HF) Cl. Alcali che si scioglie di zircone. Lo zircone si scioglie con NaOH a circa 600 e oltre il 90% di (ZR, HF) O si trasforma in Na (Zr, HF) O, con SIO trasformato in Nasio, che viene sciolto in acqua per la rimozione. NA (Zr, HF) O può essere utilizzato come soluzione originale per separare zirconio e hafnium dopo essere stata sciolta in HNO. Tuttavia, la presenza di colloidi SIO rende difficile la separazione dell'estrazione del solvente. Sinter con KSIF e immergersi in acqua per ottenere una soluzione K (ZR, HF) F. La soluzione può separare zirconio e hafnium attraverso cristallizzazione frazionaria;
La seconda fase è la separazione di zirconio e hafnium, che può essere ottenuto utilizzando metodi di separazione dell'estrazione di solvente usando il sistema MIBK (metil isobutil ketone) e il sistema HNO-TBP (tributil fosfato). La tecnologia del frazionamento a più stadi utilizzando la differenza nella pressione di vapore tra HFCL e ZRCl si scioglie ad alta pressione (sopra 20 atmosfere) a lungo studiata, il che può salvare il processo di clorazione secondaria e ridurre i costi. Tuttavia, a causa del problema della corrosione di (ZR, HF) CL e HCl, non è facile trovare materiali di colonna di frazionamento adeguati e ridurrà anche la qualità di ZRCL e HFCL, aumentando i costi di purificazione. Negli anni '70, era ancora nella fase di test delle piante intermedie;
Il terzo passo è la clorazione secondaria di HFO per ottenere HFCL grezzo per la riduzione;
Il quarto passo è la purificazione di HFCL e riduzione del magnesio. Questo processo è lo stesso della purificazione e della riduzione di ZRCl e il prodotto semifinito risultante è la spugna grossolana di hafnium;
Il quinto passo è quello di aspirare la distillazione della spugna grezza per rimuovere MGCL e recuperare il magnesio in metallo in eccesso, risultando in un prodotto finito di spugna di hafnium. Se l'agente riducente utilizza sodio anziché magnesio, la quinta passo dovrebbe essere cambiata in immersione in acqua
Metodo di archiviazione:
Conservare in un magazzino fresco e ventilato. Tienilo lontano da scintille e fonti di calore. Dovrebbe essere conservato separatamente da ossidanti, acidi, alogeni, ecc. Ed evitare di miscelare lo stoccaggio. Utilizzo di strutture di illuminazione e ventilazione a prova di esplosione. Vietare l'uso di attrezzature meccaniche e strumenti che sono soggetti a scintille. L'area di stoccaggio deve essere dotata di materiali adatti per contenere perdite.
Tempo post: set-25-2023