Hafnium, logam Hf, nomer atom 72, bobot atom 178,49, iku logam transisi abu-abu perak mengilap.
Hafnium nduweni enem isotop stabil alamiah: hafnium 174, 176, 177, 178, 179, lan 180. Hafnium ora bereaksi karo asam hidroklorat encer, asam sulfat encer, lan larutan alkali sing kuwat, nanging larut ing asam hidrofluorat lan aqua regia. Jeneng unsur kasebut asale saka jeneng Latin Kutha Copenhagen.
Ing taun 1925, ahli kimia Swedia Hervey lan fisikawan Walanda Koster entuk uyah hafnium murni kanthi kristalisasi fraksional saka uyah kompleks fluorinated, lan ngurangi karo sodium metalik kanggo entuk hafnium logam murni. Hafnium ngandhut 0,00045% saka kerak bumi lan asring digandhengake karo zirkonium ing alam.
Jeneng produk: hafnium
Simbol unsur: Hf
Bobot atom: 178,49
Jinis unsur: unsur logam
Sifat fisik:
Hafniumyaiku logam abu-abu salaka kanthi luster metalik; Ana rong varian saka hafnium logam: α Hafnium minangka varian heksagonal rapet (1750 ℃) kanthi suhu transformasi sing luwih dhuwur tinimbang zirkonium. Hafnium logam nduweni varian alotrop ing suhu dhuwur. Hafnium logam nduweni bagean panyerepan neutron sing dhuwur lan bisa digunakake minangka bahan kontrol kanggo reaktor.
Ana rong jinis struktur kristal: pengepakan padhet heksagonal ing suhu ngisor 1300 ℃（ Persamaan α-); Ing suhu ndhuwur 1300 ℃, iku kubik pusat awak ( β- Persamaan). A logam karo plasticity sing hardens lan dadi brittle ing ngarsane impurities. Stabil ing udhara, mung peteng ing permukaan nalika diobong. Filamen bisa diobong kanthi nyala api pertandingan. Properti sing padha karo zirkonium. Ora bereaksi karo banyu, asam encer, utawa basa sing kuwat, nanging gampang larut ing aqua regia lan asam hidrofluorat. Utamane ing senyawa kanthi valensi +4. Paduan Hafnium (Ta4HfC5) dikenal nduweni titik lebur paling dhuwur (kira-kira 4215 ℃).
Struktur kristal: Sèl kristal iku heksagonal
Nomer CAS: 7440-58-6
Titik lebur: 2227 ℃
Titik didih: 4602 ℃
Sifat kimia:
Sifat kimia saka hafnium meh padha karo zirconium, lan nduweni resistance karat sing apik lan ora gampang karat dening larutan alkali asam umum; Gampang larut ing asam hidrofluorat kanggo mbentuk kompleks fluorinated. Ing suhu dhuwur, hafnium uga bisa langsung gabung karo gas kayata oksigen lan nitrogen kanggo mbentuk oksida lan nitrida.
Hafnium asring nduweni valensi +4 ing senyawa. Senyawa utama yaikuhafnium oksidaHfO2. Ana telung varian saka hafnium oksida:hafnium oksidadipikolehi kanthi kalsinasi terus-terusan saka hafnium sulfat lan klorida oksida minangka varian monoklin; Hafnium oksida sing dipikolehi kanthi pemanasan hidroksida saka hafnium watara 400 ℃ minangka varian tetragonal; Yen dikalsinasi ing ndhuwur 1000 ℃, varian kubik bisa dipikolehi. Senyawa liyane yaikuhafnium tetraklorida, yaiku bahan mentah kanggo nyiapake hafnium logam lan bisa disiapake kanthi reaksi gas klorin ing campuran hafnium oksida lan karbon. Hafnium tetraklorida kena banyu lan langsung dihidrolisis dadi ion HfO (4H2O) 2+ sing stabil banget. Ion HfO2+ ana ing pirang-pirang senyawa hafnium, lan bisa ngkristalisasi kristal hafnium oksiklorida terhidrasi berbentuk jarum HfOCl2 · 8H2O ing larutan hafnium tetraklorida asam hidroklorida.
4-valent hafnium uga rentan kanggo mbentuk kompleks karo fluoride, dumadi saka K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6, lan (NH4) 3HfF7. Kompleks iki digunakake kanggo misahake zirkonium lan hafnium.
Senyawa umum:
Hafnium dioxide: jeneng Hafnium dioxide; Hafnium dioksida; Rumus molekul: HfO2 [4]; Properti: Wêdakakêna putih kanthi telung struktur kristal: monoklinik, tetragonal, lan kubik. Kapadhetan yaiku 10.3, 10.1, lan 10.43g/cm3. Titik lebur 2780-2920K. Titik didih 5400K. Koefisien ekspansi termal 5,8 × 10-6 / ℃. Ora larut ing banyu, asam klorida, lan asam nitrat, nanging larut ing asam sulfat pekat lan asam hidrofluorat. Diprodhuksi dening dekomposisi termal utawa hidrolisis senyawa kayata hafnium sulfat lan hafnium oxychloride. Bahan baku kanggo produksi logam hafnium lan paduan hafnium. Digunakake minangka bahan refraktori, lapisan anti radioaktif, lan katalis. [5] Tingkat energi atom HfO minangka produk sing dipikolehi bebarengan nalika nggawe tingkat energi atom ZrO. Wiwit saka klorinasi sekunder, proses pemurnian, reduksi, lan distilasi vakum meh padha karo zirkonium.
Hafnium tetraklorida: Hafnium (IV) klorida, Hafnium tetraklorida Rumus molekul HfCl4 Bobot molekul 320,30 Karakter: Blok kristal putih. Sensitif kanggo kelembapan. Larut ing aseton lan metanol. Hidrolisis ing banyu kanggo ngasilake hafnium oxychloride (HfOCl2). Kalor nganti 250 ℃ lan nguap. Iritasi mata, sistem pernapasan, lan kulit.
Hafnium hidroksida: Hafnium hidroksida (H4HfO4), biasane ana minangka oksida terhidrasi HfO2 · nH2O, ora larut ing banyu, gampang larut ing asam anorganik, ora larut ing amonia, lan arang larut ing natrium hidroksida. Kalor nganti 100 ℃ kanggo ngasilake hafnium hidroksida HfO (OH) 2. Endapan hafnium hidroksida putih bisa dipikolehi kanthi reaksi uyah hafnium (IV) karo banyu amonia. Bisa digunakake kanggo ngasilake senyawa hafnium liyane.
Riwayat Panaliten
Riwayat Penemuan:
Ing taun 1923, ahli kimia Swedia Hervey lan fisikawan Walanda D. Koster nemokake hafnium ing zirkon sing diprodhuksi ing Norwegia lan Greenland, lan menehi jeneng hafnium, sing asale saka jeneng Latin Hafnia saka Kopenhagen. Ing taun 1925, Hervey lan Coster misahake zirkonium lan titanium nggunakake metode kristalisasi pecahan saka uyah kompleks fluorinated kanggo entuk uyah hafnium murni; Lan ngurangi uyah hafnium karo natrium metalik kanggo entuk hafnium logam murni. Hervey nyiapake sampel sawetara miligram hafnium murni.
Eksperimen kimia ing zirkonium lan hafnium:
Ing eksperimen sing ditindakake dening Profesor Carl Collins ing Universitas Texas ing taun 1998, diklaim manawa hafnium sing disinari gamma 178m2 (isomer hafnium-178m2 [7]) bisa ngeculake energi gedhe banget, yaiku limang ordo magnitudo sing luwih dhuwur tinimbang reaksi kimia. telung ordo magnitudo luwih murah tinimbang reaksi nuklir. [8] Hf178m2 (hafnium 178m2) nduweni umur paling dawa ing antarane isotop umur dawa sing padha: Hf178m2 (hafnium 178m2) nduweni umur paruh 31 taun, nyebabake radioaktivitas alami kira-kira 1,6 triliun Becquerels. Laporan Collins nyatakake yen siji gram Hf178m2 murni (hafnium 178m2) ngemot kira-kira 1330 megajoules, sing padha karo energi sing dibebasake dening jeblugan 300 kilogram bahan peledak TNT. Laporan Collins nuduhake yen kabeh energi ing reaksi iki dibebasake ing bentuk sinar-X utawa sinar gamma, sing ngeculake energi kanthi cepet banget, lan Hf178m2 (hafnium 178m2) isih bisa bereaksi ing konsentrasi sing sithik banget. [9] Pentagon wis ngalokasikan dana kanggo riset. Ing eksperimen kasebut, rasio sinyal-kanggo-noise kurang banget (kanthi kesalahan sing signifikan), lan wiwit iku, sanajan ana pirang-pirang eksperimen dening ilmuwan saka pirang-pirang organisasi kalebu Badan Penelitian Proyek Lanjutan Departemen Pertahanan Amerika Serikat (DARPA) lan Penasihat Pertahanan JASON. Grup [13], ora ana ilmuwan sing bisa nggayuh reaksi kasebut miturut kondisi sing diklaim dening Collins, lan Collins durung menehi bukti sing kuat kanggo mbuktekake anane reaksi iki, Collins ngusulake cara nggunakake ngindhuksi emisi sinar gamma kanggo mbebasake energi saka Hf178m2 (hafnium 178m2) [15], nanging ilmuwan liya kanthi teori mbuktekake manawa reaksi iki ora bisa ditindakake. [16] Hf178m2 (hafnium 178m2) diyakini umum ing komunitas akademisi ora dadi sumber energi.
Bidang aplikasi:
Hafnium migunani banget amarga kemampuane ngetokake elektron, kayata digunakake minangka filamen ing lampu pijar. Digunakake minangka katoda kanggo tabung sinar-X, lan campuran saka hafnium lan tungsten utawa molybdenum digunakake minangka elektroda kanggo tabung discharge voltase dhuwur. Biasane digunakake ing industri manufaktur kabel katoda lan tungsten kanggo sinar-X. Hafnium murni minangka bahan penting ing industri energi atom amarga plastisitas, gampang diproses, tahan suhu dhuwur, lan tahan korosi. Hafnium nduweni penangkapan neutron termal sing gedhe lan minangka penyerap neutron sing becik, sing bisa digunakake minangka rod kontrol lan piranti protèktif kanggo reaktor atom. Bubuk hafnium bisa digunakake minangka propelan kanggo roket. Katoda tabung sinar-X bisa diprodhuksi ing industri listrik. alloy Hafnium bisa ngawula minangka lapisan protèktif maju kanggo nozzles roket lan ngleyang re-entry pesawat, nalika Hf Ta alloy bisa digunakake kanggo Pabrik baja alat lan bahan resistance. Hafnium digunakake minangka unsur aditif ing wesi tahan panas, kayata tungsten, molybdenum, lan tantalum. HfC bisa digunakake minangka aditif kanggo wesi hard amarga atose dhuwur lan titik leleh. Titik lebur 4TaCHfC kira-kira 4215 ℃, dadi senyawa kanthi titik lebur paling dhuwur. Hafnium bisa digunakake minangka getter ing akeh sistem inflasi. Getter Hafnium bisa mbusak gas sing ora perlu kayata oksigen lan nitrogen sing ana ing sistem kasebut. Hafnium asring digunakake minangka aditif ing lenga hidraulik kanggo nyegah volatilisasi lenga hidrolik sajrone operasi beresiko dhuwur, lan nduweni sifat anti volatilitas sing kuwat. Mulane, umume digunakake ing lenga hidrolik industri. Minyak hidrolik medis.
Unsur Hafnium uga digunakake ing paling anyar Intel 45 nanoprosesor. Amarga manufaktur silikon dioksida (SiO2) lan kemampuan kanggo nyuda kekandelan kanggo terus ningkatake kinerja transistor, manufaktur prosesor nggunakake silikon dioksida minangka bahan kanggo dielektrik gerbang. Nalika Intel ngenalake proses manufaktur 65 nanometer, sanajan wis ngupayakake kabeh upaya kanggo nyuda kekandelan gerbang dielektrik silikon dioksida dadi 1,2 nanometer, padha karo 5 lapisan atom, kangelan konsumsi daya lan boros panas uga bakal nambah nalika transistor. dikurangi dadi ukuran atom, nyebabake sampah saiki lan energi panas sing ora perlu. Mulane, yen bahan saiki terus digunakake lan kekandelan luwih suda, bocor saka dielektrik gapura bakal nambah Ngartekno, Nggawa mudhun teknologi transistor kanggo sawijining watesan. Kanggo ngatasi masalah kritis iki, Intel ngrancang nggunakake bahan K dhuwur sing luwih kenthel (bahan adhedhasar hafnium) minangka dielektrik gerbang tinimbang silikon dioksida, sing wis kasil nyuda bocor luwih saka 10 kali. Dibandhingake karo teknologi 65nm generasi sadurunge, proses 45nm Intel nambah Kapadhetan transistor meh kaping pindho, saéngga nambah jumlah transistor utawa nyuda volume prosesor. Kajaba iku, daya sing dibutuhake kanggo ngoper transistor luwih murah, nyuda konsumsi daya nganti meh 30%. Sambungan internal digawe saka kabel tembaga dipasangake karo dielektrik k kurang, lancar ningkatake efisiensi lan ngurangi konsumsi daya, lan kacepetan ngoper kira-kira 20% luwih cepet.
Distribusi Mineral:
Hafnium nduweni kelimpahan kerak sing luwih dhuwur tinimbang logam sing umum digunakake kayata bismut, kadmium, lan merkuri, lan isine padha karo berilium, germanium, lan uranium. Kabeh mineral sing ngandhut zirkonium ngandhut hafnium. Zirkon digunakake ing industri ngandhut 0,5-2% hafnium. Zirkon berilium (Alvite) ing bijih zirkonium sekunder bisa ngemot nganti 15% hafnium. Ana uga jinis zirkon metamorf, cyrtolite, sing ngandhut luwih saka 5% HfO. Cadangan saka rong mineral pungkasan cilik lan durung diadopsi ing industri. Hafnium utamane ditemokake sajrone produksi zirkonium.
Ana ing pirang-pirang bijih zirkonium. [18] [19] Amarga isi ing kerak bumi sithik banget. Asring coexist karo zirkonium lan ora duwe bijih kapisah.
Cara preparation:
1. Bisa disiapake kanthi ngurangi magnesium saka hafnium tetraklorida utawa dekomposisi termal saka hafnium iodide. HfCl4 lan K2HfF6 uga bisa digunakake minangka bahan mentah. Proses produksi elektrolitik ing NaCl KCl HfCl4 utawa K2HfF6 leleh padha karo produksi elektrolitik saka zirkonium.
2. Hafnium urip bebarengan karo zirkonium, lan ora ana bahan mentah sing kapisah kanggo hafnium. Bahan mentah kanggo manufaktur hafnium yaiku hafnium oksida mentah sing dipisahake sajrone proses manufaktur zirkonium. Extract hafnium oxide nggunakake resin exchange ion, lan banjur nggunakake cara padha zirconium kanggo nyiapake hafnium logam saka hafnium oxide iki.
3. Bisa disiapake dening co-panas hafnium tetraklorida (HfCl4) karo sodium liwat abang.
Cara paling wiwitan kanggo misahake zirkonium lan hafnium yaiku kristalisasi fraksional saka uyah kompleks fluorinated lan presipitasi pecahan fosfat. Cara iki angel digunakake lan diwatesi kanggo panggunaan laboratorium. Teknologi anyar kanggo misahake zirkonium lan hafnium, kayata distilasi fraksinasi, ekstraksi pelarut, ijol-ijolan ion, lan adsorpsi fraksinasi, wis muncul siji-sijine, kanthi ekstraksi pelarut luwih praktis. Rong sistem pemisahan sing umum digunakake yaiku sistem sikloheksanone tiosianat lan sistem asam nitrat tributil fosfat. Produk sing dipikolehi kanthi cara ing ndhuwur yaiku kabeh hafnium hidroksida, lan hafnium oksida murni bisa dipikolehi kanthi kalsinasi. Hafnium kemurnian dhuwur bisa dipikolehi kanthi metode pertukaran ion.
Ing industri, produksi hafnium logam asring melu proses Kroll lan proses Debor Aker. Proses Kroll nglibatake pengurangan hafnium tetraklorida kanthi nggunakake magnesium metalik:
2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf
Metode Debor Aker, uga dikenal minangka metode iodisasi, digunakake kanggo ngresiki spons kaya hafnium lan entuk hafnium logam sing gampang dibentuk.
5. Peleburan hafnium ing dasare padha karo zirkonium:
Langkah pisanan yaiku dekomposisi bijih, sing kalebu telung cara: klorinasi zirkon kanggo entuk (Zr, Hf) Cl. Peleburan alkali saka zirkon. Zirkon lebur karo NaOH ing watara 600, lan liwat 90% saka (Zr, Hf) O malih dadi Na (Zr, Hf) O, karo SiO malih dadi NaSiO, kang larut ing banyu kanggo dibusak. Na (Zr, Hf) O bisa digunakake minangka solusi asli kanggo misahake zirkonium lan hafnium sawise larut ing HNO. Nanging, anane koloid SiO ndadekake pemisahan ekstraksi pelarut angel. Sinter karo KSiF lan rendhem ing banyu kanggo njupuk K (Zr, Hf) solusi F. Solusi kasebut bisa misahake zirkonium lan hafnium liwat kristalisasi pecahan;
Langkah kapindho yaiku pamisahan zirkonium lan hafnium, sing bisa ditindakake kanthi nggunakake metode pemisahan ekstraksi pelarut nggunakake sistem MIBK (metil isobutyl keton) asam hidroklorat lan sistem HNO-TBP (tributil fosfat). Teknologi fraksinasi multi-tataran nggunakake prabédan tekanan uap antarane HfCl lan ZrCl leleh ing tekanan dhuwur (ndhuwur 20 atmosfer) wis suwe diteliti, sing bisa nylametake proses klorinasi sekunder lan nyuda biaya. Nanging, amarga masalah korosi (Zr, Hf) Cl lan HCl, ora gampang kanggo nemokake bahan kolom fraksinasi sing cocok, lan uga bakal nyuda kualitas ZrCl lan HfCl, nambah biaya pemurnian. Ing taun 1970-an, isih ana ing tahap uji coba tanduran penengah;
Langkah katelu yaiku klorinasi sekunder saka HfO kanggo entuk HfCl mentah kanggo reduksi;
Langkah kaping papat yaiku pemurnian HfCl lan reduksi magnesium. Proses iki padha karo pemurnian lan pengurangan ZrCl, lan produk semi-rampung sing diasilake yaiku hafnium spons kasar;
Langkah kaping lima yaiku nyuling hafnium spons mentah kanggo mbusak MgCl lan mbalekake magnesium logam sing berlebihan, ngasilake produk rampung saka hafnium logam spons. Yen agen nyuda nggunakake sodium tinimbang magnesium, langkah kaping lima kudu diowahi dadi kecemplung banyu
Cara panyimpenan:
Simpen ing gudang sing adhem lan berventilasi. Tetep adoh saka sparks lan sumber panas. Sampeyan kudu disimpen kanthi kapisah saka oksidan, asam, halogen, lan liya-liyane, lan supaya panyimpenan ora dicampur. Nggunakake fasilitas cahya lan ventilasi sing tahan bledosan. Larangan nggunakake peralatan mekanik lan alat sing rawan kanggo sparks. Wilayah panyimpenan kudu dilengkapi bahan sing cocog kanggo ngemot bocor.
Wektu kirim: Sep-25-2023