Хафниум, Метал HF, атомски број 72, атомска тежина 178,49, е сјаен метал од сребрена сива транзиција.
Хафниум има шест природно стабилни изотопи: Хафниум 174, 176, 177, 178, 179 и 180. Хафниум не реагира со разредена хидрохлорна киселина, разредена сулфурна киселина и силни алкални раствори, но е растворлив во хидрофлуоророророчна киселина и аква Регија. Името на елементот потекнува од латинското име на градот Копенхаген.
Во 1925 г. Хафниум содржи 0,00045% од Земјината кора и честопати е поврзана со циркониум во природа.
Име на производот: Хафниум
Симбол на елементите: HF
Атомска тежина: 178,49
Тип на елемент: Метален елемент
Физички својства:
Хафниуме сребрен сив метал со метален сјај; Постојат две варијанти на метален хафниум: α hafnium е хексагонална тесно спакувана варијанта (1750 ℃) со повисока температура на трансформација од циркониум. Металниот хафниум има варијанти на алотроп на високи температури. Металниот хафниум има висок пресек на апсорпција на неутрони и може да се користи како контролен материјал за реакторите.
Постојат два вида на кристални структури: хексагонално густо пакување на температури под 1300 ℃（ α- равенка); На температури над 1300 ℃, тоа е кубна во центарот на телото （β- равенка). Метал со пластичност што се зацврстува и станува кршлив во присуство на нечистотии. Стабилен во воздухот, само се затемнува на површината кога е запалена. Филаментите можат да бидат запалени од пламенот на натпревар. Својства слични на циркониум. Не реагира со вода, разредени киселини или силни основи, но лесно е растворлив во аква регија и хидрофлуорна киселина. Главно во соединенија со валентност+4. Легура на Хафниум (TA4HFC5) е познато дека има најголема точка на топење (приближно 4215 ℃).
Кристална структура: Кристалната клетка е хексагонална
Број на CAS: 7440-58-6
Точка на топење: 2227
Точка на вриење: 4602
Хемиски својства:
Хемиските својства на хафниум се многу слични на оние на циркониум, и има добра отпорност на корозија и не е лесно кородиран од општи алкални водни раствори; Лесно растворлив во хидрофлуорна киселина за да формира флуорирани комплекси. На високи температури, Хафниум исто така може директно да се комбинира со гасови како што се кислород и азот за да формираат оксиди и нитриди.
Хафниум често има валентност+4 во соединенија. Главното соединение еХафниум оксидHFO2. Постојат три различни варијанти на хафниум оксид:Хафниум оксидДобиено со континуирана калцинација на хафниум сулфат и хлорид оксид е моноклиничка варијанта; Хафниум оксид добиен со загревање на хидроксидот на хафниум на околу 400 ℃ е тетрагонална варијанта; Доколку се калцинира над 1000 ℃, може да се добие кубна варијанта. Друго соединение еХафниум тетрахлорид, што е суровина за подготовка на метален хафниум и може да се подготви со реагирање на хлор гас на мешавина од хафниум оксид и јаглерод. Хафниум тетрахлорид доаѓа во контакт со вода и веднаш се хидролизира во високо стабилен HFO (4H2O) 2+јони. HFO2+јони постојат во многу соединенија на хафниум и можат да го кристализираат хидрираниот игла во облик на игла, хидниум оксихлорид HFOCL2 · 8H2O кристали во раствор на хидрохлорна киселина закиселена раствор на хафниум тетрахлорид.
4-Valent Hafnium е исто така склон да формира комплекси со флуорид, кој се состои од K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 и (NH4) 3HFF7. Овие комплекси се користат за одвојување на циркониум и хафниум.
Заеднички соединенија:
Хафниум диоксид: Име Хафниум диоксид; Хафниум диоксид; Молекуларна формула: HFO2 [4]; Сопственост: Бел прав со три кристални структури: моноклинички, тетрагонални и кубни. Густините се 10,3, 10.1 и 10.43g/cm3, соодветно. Точка на топење 2780-2920K. Точка на вриење 5400K. Коефициент на термичка експанзија 5,8 × 10-6/. Нерастворлив во вода, хлороводородна киселина и азотна киселина, но растворливи во концентрирана сулфурна киселина и хидрофлуорна киселина. Произведено со термичко распаѓање или хидролиза на соединенија како што се хафниум сулфат и хафниум оксихлорид. Суровини за производство на метални легури на хафниум и хафниум. Се користи како огноотпорни материјали, анти -радиоактивни облоги и катализатори. [5] Ниво на атомска енергија HFO е производ добиен истовремено при производство на атомска енергија на ниво ZRO. Почнувајќи од секундарна хлоризација, процесите на прочистување, намалување и вакуумска дестилација се скоро идентични со оние на циркониум.
Хафниум тетрахлорид: Hafnium (IV) хлорид, хафниум тетрахлорид молекуларна формула HFCL4 молекуларна тежина 320,30 Карактер: Бел кристален блок. Чувствителен на влага. Растворлив во ацетон и метанол. Хидролиз во вода за производство на хафниум оксихлорид (HFOCL2). Топлина до 250 ℃ и испарувајте. Иритирачки на очите, респираторниот систем и кожата.
Хафниум хидроксид: Хафниум хидроксид (H4HFO4), обично присутен како хидран оксид HFO2 · NH2O, е нерастворлив во вода, лесно растворлив во неоргански киселини, нерастворлив во амонијак и ретко растворлив во содиум хидроксид. Топлина до 100 ℃ за да се генерира хафниум хидроксид HFO (OH) 2. Белиот хафниум хидроксид талог може да се добие со реагирање на сол Hafnium (IV) со вода од амонијак. Може да се користи за производство на други соединенија на хафниум.
Историја на истражување
Историја на откривање:
Во 1923 година, шведскиот хемичар Херви и холандскиот физичар Д. Костер го откриле Хафниум во Циркон, произведен во Норвешка и Гренланд, и го именувала Хафниум, кој потекнува од латинското име Хафнија на Копенхаген. Во 1925 година, Херви и Костер ги разделија циркониумот и титаниумот користејќи го методот на фракционо кристализација на флуорирани комплексни соли за да добијат чисти соли на хафниум; И намалување на сол на хафниум со метален натриум за да се добие чист метален хафниум. Херви подготви примерок од неколку милиграми чист хафниум.
Хемиски експерименти на циркониум и хафниум:
Во експериментот спроведен од професорот Карл Колинс на Универзитетот во Тексас во 1998 година, се тврдеше дека гама-озрачениот хафниум 178M2 (изомерот хафниум-178M2 [7]) може да ослободи огромна енергија, што е пет нарачки со големина повисока од хемиските реакции, но три нарачки со големина пониска од нуклеарните реакции. [8] HF178M2 (Hafnium 178M2) има најдолг животен век кај слични долговечни изотопи: HF178M2 (Hafnium 178M2) има полуживот од 31 година, што резултира во природна радиоактивност од приближно 1,6 трилиони беккелели. Во извештајот на Колинс се наведува дека еден грам чист HF178M2 (Hafnium 178M2) содржи приближно 1330 мегајули, што е еквивалентно на енергијата објавена со експлозија на 300 килограми експлозиви на ТНТ. Извештајот на Колинс покажува дека целата енергија во оваа реакција е ослободена во форма на Х-зраци или гама зраци, кои ослободуваат енергија со исклучително брза брзина, а HF178M2 (Hafnium 178M2) сè уште може да реагира при екстремно ниски концентрации. [9] Пентагон издвои средства за истражување. 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 Емисија на гама зраци за ослободување на енергија од HF178M2 (Hafnium 178M2) [15], но другите научници теоретски докажаа дека оваа реакција не може да се постигне. [16] HF178M2 (Hafnium 178M2) широко се верува во академската заедница да не биде извор на енергија
Поле за апликација:
Хафниумот е многу корисен поради неговата способност да емитува електрони, како што е како што се користи како влакно во ламби за блескаво. Се користи како катода за рендгенски цевки, а легурите на хафниум и волфрам или молибден се користат како електроди за цевки за празнење со висок напон. Најчесто се користи во индустријата за производство на жици од катода и волфрам за Х-зраци. Чистиот хафниум е важен материјал во индустријата за атомска енергија заради неговата пластичност, лесна обработка, отпорност на висока температура и отпорност на корозија. Хафниум има голем пресек на термички неутронски фаќање и е идеален абсорбер на неутрони, кој може да се користи како контролна шипка и заштитен уред за атомски реактори. Hafnium во прав може да се користи како гориво за ракети. Катодата на рендгенски цевки може да се произведе во електричната индустрија. Легурата на Хафниум може да послужи како напред заштитен слој за ракетни млазници и летање со повторно влегување во авиони, додека легурата HF TA може да се користи за производство на челик и материјали за отпорност на алатка. Хафниумот се користи како додаток елемент во легури отпорни на топлина, како што се волфрам, молибден и танталум. HFC може да се користи како додаток за тврди легури заради неговата висока цврстина и точката на топење. Точката на топење на 4TACHFC е приближно 4215 ℃, што го прави соединението со најпозната точка на топење. Хафниум може да се користи како добитник во многу системи за инфлација. Добитоците на Хафниум можат да ги отстранат непотребните гасови како што се кислород и азот присутни во системот. Хафниумот често се користи како додаток во хидрауличното масло за да се спречи испарувањето на хидрауличното масло за време на операциите со висок ризик и има силни својства против нестабилност. Затоа, генерално се користи во индустриско хидраулично масло. Медицинско хидраулично масло.
Хафниум елементот се користи и во најновите нанопроцесори Intel 45. Поради производство на силикон диоксид (SiO2) и неговата способност да ја намали дебелината за постојано подобрување на перформансите на транзистор, производителите на процесори користат силикон диоксид како материјал за диелектрици на портата. Кога Intel го воведе процесот на производство на 65 нанометар, иако вложи напори да ја намали дебелината на силиконскиот диоксид порта диелектрик на 1,2 нанометри, еквивалентно на 5 слоеви на атоми, тешкотијата на потрошувачката на енергија и дисипацијата на топлина ќе се зголеми и кога транзисторот беше сведена на големината на атом, што резултира во тековна отпад и непотребна топлинска енергија. Затоа, ако се користат сегашните материјали и дебелината е дополнително намалена, истекувањето на диелектрикот на портата значително ќе се зголеми, со што ќе се намали транзисторската технологија до нејзините граници. За решавање на ова критично прашање, Intel планира да користи подебели материјали со висок K (материјали засновани на хафниум) како диелектрики на портата наместо силикон диоксид, кој успешно го намали истекувањето за повеќе од 10 пати. Во споредба со претходната генерација на 65NM технологија, процесот на 45NM на Intel ја зголемува густината на транзисторот за скоро двапати, овозможувајќи зголемување на вкупниот број на транзистори или намалување на волуменот на процесорот. Покрај тоа, моќноста потребна за префрлување на транзистор е помала, намалувајќи ја потрошувачката на енергија за скоро 30%. Внатрешните врски се изработени од бакарна жица спарена со диелектрична ниска К, непречено подобрување на ефикасноста и намалување на потрошувачката на енергија, а брзината на префрлување е околу 20% побрза
Дистрибуција на минерали:
Хафниум има поголемо изобилство на кора од најчесто користените метали како што се бизмут, кадмиум и жива, и е еквивалентно во содржината на берилиум, германиум и ураниум. Сите минерали што содржат циркониум содржат хафниум. Циркон што се користи во индустријата содржи 0,5-2% хафниум. Beryllium цирконот (алвит) во секундарна руда на циркониум може да содржи до 15% хафниум. Исто така, постои еден вид метаморфен циркон, циртолит, кој содржи над 5% HFO. Резервите на последните два минерали се мали и сè уште не се усвоени во индустријата. Хафниум главно се обновува за време на производството на циркониум.
Постои во повеќето руди на циркониум. [18] [19] затоа што има многу малку содржина во кората. Честопати коегзистира со циркониум и нема посебна руда.
Метод на подготовка:
1. Може да се подготви со намалување на магнезиум на хафниум тетрахлорид или термичко распаѓање на хафниум јодид. HFCL4 и K2HFF6 исто така може да се користат како суровини. Процесот на електролитичко производство во NaCl KCL HFCL4 или K2HFF6 се топи е сличен на оној на електролитичкото производство на циркониум.
2. Хафниум коегзистира со циркониум и нема посебна суровина за хафниум. Суровината за производство на хафниум е суров хафниум оксид одделен за време на процесот на производство на циркониум. Извадете го хафниум оксид со помош на јонска размена на смола, а потоа користете го истиот метод како циркониум за да подготвите метален хафниум од овој хафниум оксид.
3. Може да се подготви со загревање на Hafnium тетрахлорид (HFCL4) со натриум преку намалување.
Најраните методи за одвојување на циркониум и хафниум беа фракционо кристализација на флуорирани комплексни соли и фракционо врнежи на фосфати. Овие методи се незгодни за работа и се ограничени на лабораториска употреба. Новите технологии за одвојување на циркониум и хафниум, како што се дестилација на фракција, екстракција на растворувач, јонска размена и адсорпција на фракција, се појавија еден по друг, при што екстракцијата на растворувач е попрактична. Двата најчесто користени системи за раздвојување се системот на тиоцијанат циклохексанон и системот за азотна киселина на азотна киселина на трибутил фосфат. Производите добиени со горенаведените методи се сите хафниум хидроксид, а чистиот хафниум оксид може да се добие со калцинирање. Хафниум со висока чистота може да се добие со метод на јонска размена.
Во индустријата, производството на метален хафниум често вклучува и процес на Крол и процес на Дебор Акер. Процесот на Крол вклучува намалување на хафниум тетрахлорид со употреба на метален магнезиум:
2mg+hfcl4- → 2mgCl2+hf
Методот Дебор Акер, познат и како метод на јодизација, се користи за прочистување на сунѓер како хафниум и добивање на податлив метален хафниум.
5. Топењето на хафниум е во основа исто како и на циркониумот:
Првиот чекор е распаѓање на рудата, што вклучува три методи: хлорирање на циркон за да се добие (ZR, HF) Cl. Алкално топење на циркон. Цирконот се топи со NaOH на околу 600, а над 90% од (Zr, HF) O се трансформира во Na (Zr, HF) o, со SIO трансформиран во назио, кој се раствора во вода за отстранување. Na (Zr, HF) O може да се користи како оригинално решение за одвојување на циркониум и хафниум откако ќе се раствори во HNO. Сепак, присуството на SiO колоиди го отежнува раздвојувањето на екстракција на растворувач. Синтер со KSIF и натопете во вода за да добиете раствор k (ZR, HF) F. Решението може да ги оддели циркониумот и хафниумот преку фракционата кристализација;
Вториот чекор е раздвојување на циркониум и хафниум, што може да се постигне со употреба на методи за раздвојување на екстракција на растворувач со употреба на систем на хидрохлорна киселина (метил изобутил кетон) и систем HNO-TBP (Трибутил фосфат). Технологијата на повеќестепена фракција со употреба на разликата во притисокот на пареата помеѓу HFCL и ZRCL се топи под висок притисок (над 20 атмосфери) веќе долго време се проучува, што може да го зачува секундарниот процес на хлорирање и да ги намали трошоците. Како и да е, поради проблемот со корозија на (ZR, HF) CL и HCL, не е лесно да се најдат соодветни материјали за колони за фракција, а исто така ќе го намали квалитетот на ZRCL и HFCL, зголемувајќи ги трошоците за прочистување. Во 1970 -тите, сè уште беше во фаза на тестирање на средно растение;
Третиот чекор е секундарна хлоризација на HFO за да се добие суров HFCL за намалување;
Четвртиот чекор е прочистување на HFCL и намалување на магнезиум. Овој процес е ист како и прочистувањето и намалувањето на ZRCL, а добиениот полу-завршен производ е груб сунѓер хафниум;
Петтиот чекор е да се вакуум дестилниот суров сунѓер хафниум за да се отстрани MgCl и да се врати вишокот на метален магнезиум, што резултира во готов производ на сунѓерски метал хафниум. Ако агентот за намалување користи натриум наместо магнезиум, петтиот чекор треба да се смени во потопување на вода
Метод на складирање:
Чувајте во ладен и вентилиран магацин. Чувајте подалеку од искри и извори на топлина. Треба да се чува одделно од оксиданти, киселини, халогени, итн., И да избегне мешање на складирање. Користејќи објекти за осветлување и вентилација докажано од експлозија. Забрана употреба на механичка опрема и алатки кои се склони кон искри. Областа за складирање треба да биде опремена со соодветни материјали за да содржи протекување.
Време на објавување: Сеп-25-2023