Hafnium, HF tal-metall, numru atomiku 72, piż atomiku 178.49, huwa metall ta 'transizzjoni griż tleqq tal-fidda.
Hafnium għandu sitt iżotopi stabbli b'mod naturali: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179, u 180. Hafnium ma jirreaġixxix bl-aċidu idrokloriku dilwit, aċidu sulfuriku dilwit, u soluzzjonijiet alkalini qawwija, iżda jinħall fl-aċidu idrofluworiku u l-Aqua Regia. L-isem tal-element ġej mill-isem Latin tal-Belt ta ’Kopenħagen.
Fl-1925, l-ispiżjar Żvediż Hervey u l-fiżiċista Olandiż Koster kisbu melħ ta 'hafnium pur permezz ta' kristallizzazzjoni frazzjonali ta 'mluħa kumplessi fluworinati, u naqqsuh bis-sodju metalliku biex jikseb hafnium tal-metall pur. Hafnium fih 0.00045% tal-qoxra tad-dinja u ħafna drabi huwa assoċjat ma 'żirkonju fin-natura.
Isem tal-Prodott: Hafnium
Element Simbolu: HF
Piż Atomiku: 178.49
Tip ta 'element: element metalliku
Propjetajiet fiżiċi:
Hafniumhuwa metall griż tal-fidda bi tleqqija metallika; Hemm żewġ varjanti ta 'hafnium tal-metall: α hafnium huwa varjant eżagonali ppakkjat mill-qrib (1750 ℃) b'temperatura ta' trasformazzjoni ogħla minn żirkonju. Il-hafnium tal-metall għandu varjanti tal-allotrope f'temperaturi għoljin. Hafnium tal-metall għandu sezzjoni trasversali ta 'assorbiment ta' newtroni għolja u jista 'jintuża bħala materjal ta' kontroll għar-reatturi.
Hemm żewġ tipi ta 'strutturi tal-kristall: ippakkjar dens eżagonali f'temperaturi taħt il-1300 ℃ (α- ekwazzjoni); F'temperaturi 'l fuq minn 1300 ℃, hija ekwazzjoni kubika ((((β). Metall bil-plastiċità li jibbies u jsir fraġli fil-preżenza ta 'impuritajiet. Stabbli fl-arja, jiskura biss fuq il-wiċċ meta jinħaraq. Il-filamenti jistgħu jinxtegħlu mill-fjamma ta 'taqbila. Proprjetajiet simili għaż-żirkonju. Ma jirreaġixxix bl-ilma, aċidi dilwiti, jew bażijiet b'saħħithom, iżda jinħall faċilment fl-aqua regia u l-aċidu idrofluworiku. Prinċipalment f'komposti b'valenza + 4. Liga tal-hafnium (TA4HFC5) hija magħrufa li għandha l-ogħla punt ta 'tidwib (bejn wieħed u ieħor 4215 ℃).
Struttura tal-kristall: iċ-ċellula tal-kristall hija eżagonali
Numru CAS: 7440-58-6
Punt tat-tidwib: 2227 ℃
Punt tat-togħlija: 4602 ℃
Propjetajiet kimiċi:
Il-proprjetajiet kimiċi ta 'hafnium huma simili ħafna għal dawk taż-żirkonju, u għandu reżistenza tajba għall-korrużjoni u mhux faċilment imsaddad minn soluzzjonijiet ta' l-aċidu alkali ġenerali; Soluzzjoni faċilment fl-aċidu idrofluworiku biex tifforma kumplessi fluworinati. F'temperaturi għoljin, hafnium jista 'wkoll jgħaqqad direttament ma' gassijiet bħal ossiġnu u nitroġenu biex jifforma ossidi u nitridi.
Hafnium spiss ikollu valenza + 4 fil-komposti. Il-kompost ewlieni huwaOssidu tal-hafniumHFO2. Hemm tliet varjanti differenti ta 'ossidu tal-hafnium:Ossidu tal-hafniummiksub permezz ta 'kalċinazzjoni kontinwa ta' sulfat tal-hafnium u ossidu tal-klorur huwa varjant monokliniku; L-ossidu tal-hafnium miksub billi ssaħħan l-idrossidu ta 'hafnium għal madwar 400 ℃ huwa varjant tetragonali; Jekk kalċinat 'il fuq minn 1000 ℃, tista' tinkiseb varjant kubu. Kompost ieħor huwaHafnium tetrachloride, li hija l-materja prima għall-preparazzjoni tal-hafnium tal-metall u tista 'tkun ippreparata billi tirreaġixxi l-gass tal-klorin fuq taħlita ta' ossidu tal-hafnium u karbonju. Hafnium tetrachloride jiġi f'kuntatt ma 'l-ilma u immedjatament idroliz f'jonji 2 + stabbli ħafna HFO (4H2O) 2 +. Joni HFO2 + jeżistu f'ħafna komposti ta 'hafnium, u jistgħu jikkristallizzaw il-kristalli ta' hafnium oxychloride hfocl2 · 8H2O f'forma ta 'labra fis-soluzzjoni idroklorika aċiduża aċiduża ta' hafnium tetrachloride.
4-valent hafnium huwa wkoll suxxettibbli li jifforma kumplessi bil-fluworidu, li jikkonsistu minn K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6, u (NH4) 3HFF7. Dawn il-kumplessi ntużaw għas-separazzjoni taż-żirkonju u tal-hafnium.
Komposti Komuni:
Dijossidu Hafnium: Isem Dijossidu Hafnium; Dijossidu tal-hafnium; Formula Molekulari: HFO2 [4]; Propjetà: Trab abjad bi tliet strutturi tal-kristall: monokliniċi, tetragonali, u kubiċi. Id-densitajiet huma 10.3, 10.1, u 10.43g / cm3, rispettivament. Punt ta 'tidwib 2780-2920K. Punt tat-togħlija 5400k. Koeffiċjent ta 'espansjoni termali 5.8 × 10-6 / ℃. Li ma jinħallx fl-ilma, l-aċidu idrokloriku, u l-aċidu nitriku, iżda jinħall fl-aċidu sulfuriku kkonċentrat u l-aċidu idrofluworiku. Prodott minn dekompożizzjoni termali jew idroliżi ta 'komposti bħal hafnium sulfate u hafnium oxychloride. Materja prima għall-produzzjoni ta 'ligi tal-hafnium tal-metall u hafnium. Użat bħala materjali refrattarji, kisi anti-radjuattiv, u katalizzaturi. [5] Livell ta 'enerġija atomika HFO huwa prodott miksub fl-istess ħin meta timmanifattura l-livell ta' enerġija atomika ZRO. Tibda mill-klorinazzjoni sekondarja, il-proċessi ta 'purifikazzjoni, tnaqqis u distillazzjoni bil-vakwu huma kważi identiċi għal dawk taż-żirkonju.
Hafnium tetrachloride: Hafnium (iv) klorur, hafnium tetrachloride formula molekulari HFCL4 piż molekulari 320.30 karattru: blokka kristallina bajda. Sensittiva għall-umdità. Solubbli fl-aċetun u metanol. Hydrolyze fl-ilma biex tipproduċi hafnium oxychloride (HFOCL2). Saħħan għal 250 ℃ u evapora. Irritanti għall-għajnejn, sistema respiratorja, u ġilda.
Hydroxide Hafnium: Hafnium hydroxide (H4HFO4), ġeneralment preżenti bħala ossidu idratat HFO2 · NH2O, huwa li ma jinħallx fl-ilma, li jinħall faċilment fl-aċidi inorganiċi, li ma jinħallx fl-ammonja, u rarament jinħall fl-idrossidu tas-sodju. Sħana sa 100 ℃ biex tiġġenera idrossidu tal-hafnium HFO (OH) 2. Il-preċipitat tal-idrossidu tal-hafnium abjad jista 'jinkiseb billi jirreaġixxi melħ hafnium (IV) b'ilma tal-ammonja. Jista 'jintuża biex jipproduċi komposti oħra ta' hafnium.
Storja tar-Riċerka
Storja tal-iskoperta:
Fl-1923, l-ispiżjar Żvediż Hervey u l-fiżiċista Olandiż D. Koster skoprew hafnium fiż-żirkon prodott fin-Norveġja u l-Groenlandja, u semmieh Hafnium, li oriġina mill-isem Latin Hafnia ta 'Kopenħagen. Fl-1925, Hervey u Coster isseparaw iż-żirkonju u t-titanju bl-użu tal-metodu ta 'kristallizzazzjoni frazzjonali ta' mluħa kumplessi fluworinati biex jinkisbu mluħa tal-hafnium pur; U tnaqqas il-melħ tal-hafnium bis-sodju metalliku biex jikseb hafnium tal-metall pur. Hervey ħejja kampjun ta 'diversi milligrammi ta' hafnium pur.
Esperimenti kimiċi fuq iż-żirkonju u l-hafnium:
F’esperiment immexxi mill-Professur Carl Collins fl-Università ta ’Texas fl-1998, ġie ddikjarat li l-hafnium irradjat gamma 178m2 (l-iżomeru hafnium-178m2 [7]) jista’ jirrilaxxa enerġija enormi, li hija ħames ordnijiet ta ’kobor ogħla minn reazzjonijiet kimiċi iżda tliet ordnijiet ta’ kobor inqas mir-reazzjonijiet nukleari. [8] HF178M2 (hafnium 178m2) għandu l-itwal ħajja fost iżotopi ta 'ħajja twila simili: HF178M2 (hafnium 178m2) għandu half-life ta' 31 sena, li jirriżulta f'radjuattività naturali ta 'madwar 1.6 trillion becquerels. Ir-rapport ta 'Collins jiddikjara li gramma waħda ta' HF178M2 pur (hafnium 178m2) fiha madwar 1330 megajoules, li hija ekwivalenti għall-enerġija rilaxxata mill-isplużjoni ta '300 kilogramma ta' splussivi TNT. Ir-rapport ta 'Collins jindika li l-enerġija kollha f'din ir-reazzjoni hija rilaxxata fil-forma ta' raġġi X jew raġġi gamma, li jirrilaxxaw l-enerġija b'rata estremament mgħaġġla, u HF178M2 (hafnium 178m2) xorta tista 'tirreaġixxi f'konċentrazzjonijiet estremament baxxi. [9] Il-Pentagon alloka fondi għar-riċerka. Fl-esperiment, il-proporzjon sinjal-ħoss kien baxx ħafna (bi żbalji sinifikanti), u minn dakinhar, minkejja esperimenti multipli minn xjenzati minn organizzazzjonijiet multipli inklużi d-Dipartiment tad-Difiża ta 'l-Istati Uniti ta' Proġetti Avvanzati Aġenzija ta 'Riċerka (DARPA) u l-grupp ta' konsulenza tad-Difiża ta 'Jason [13], l-ebda xjentist ma kien kapaċi jikseb din ir-reazzjoni taħt il-kundizzjonijiet mitluba minn Collins, u Collins L-emissjoni tar-raġġi gamma biex tirrilaxxa l-enerġija minn HF178M2 (hafnium 178m2) [15], iżda xjenzati oħra teoretikament ippruvaw li din ir-reazzjoni ma tistax tinkiseb. [16] HF178M2 (hafnium 178m2) huwa maħsub ħafna fil-komunità akkademika li ma tkunx sors ta 'enerġija
Qasam tal-Applikazzjoni:
Hafnium huwa utli ħafna minħabba l-abbiltà tiegħu li jarmi elettroni, bħal dak użat bħala filament f'lampi inkandexxenti. Użati bħala l-katodu għal tubi tar-raġġi X, u ligi ta 'hafnium u tungstenu jew molibdenum jintużaw bħala elettrodi għal tubi ta' kwittanza ta 'vultaġġ għoli. Użat komunement fl-industrija tal-manifattura tal-wajer tal-katodu u tat-tungstenu għar-raġġi X. Hafnium pur huwa materjal importanti fl-industrija tal-enerġija atomika minħabba l-plastiċità tagħha, l-ipproċessar faċli, ir-reżistenza għolja tat-temperatura, u r-reżistenza għall-korrużjoni. Hafnium għandu sezzjoni trasversali ta 'qbid termali kbir u huwa assorbitur tan-newtroni ideali, li jista' jintuża bħala virga ta 'kontroll u apparat protettiv għar-reatturi atomiċi. Trab tal-hafnium jista 'jintuża bħala propellant għar-rokits. Il-katodu tat-tubi tar-raġġi X jista 'jiġi manifatturat fl-industrija elettrika. Il-liga tal-hafnium tista 'sservi bħala s-saff protettiv' il quddiem għaż-żennuni tar-rokits u l-inġenji tal-ajru li jerġgħu jiddaħħlu, filwaqt li l-liga HF TA tista 'tintuża biex timmanifattura għodda ta' l-azzar u materjali tar-reżistenza. Hafnium jintuża bħala element addittiv f'ligi reżistenti għas-sħana, bħal tungstenu, molibdenu, u tantalu. HFC jista 'jintuża bħala addittiv għal ligi iebsa minħabba l-ebusija għolja u l-punt ta' tidwib tiegħu. Il-punt tat-tidwib ta '4TachFC huwa bejn wieħed u ieħor 4215 ℃, u jagħmilha l-kompost bl-ogħla punt ta' tidwib magħruf. Hafnium jista 'jintuża bħala getter f'ħafna sistemi ta' inflazzjoni. Il-getters tal-hafnium jistgħu jneħħu gassijiet bla bżonn bħal ossiġnu u nitroġenu preżenti fis-sistema. Il-hafnium spiss jintuża bħala addittiv fiż-żejt idrawliku biex jipprevjeni l-volatilizzazzjoni taż-żejt idrawliku waqt operazzjonijiet ta 'riskju għoli, u għandu proprjetajiet qawwija kontra l-volatilità. Għalhekk, ġeneralment jintuża fiż-żejt idrawliku industrijali. Żejt idrawliku mediku.
L-element Hafnium jintuża wkoll fl-aħħar nanoprocessors Intel 45. Minħabba l-manifattura tad-dijossidu tas-silikon (SiO2) u l-abbiltà tiegħu li tnaqqas il-ħxuna biex ittejjeb kontinwament il-prestazzjoni tat-transistor, il-manifatturi tal-proċessur jużaw id-dijossidu tas-silikon bħala l-materjal għad-dielettriċi tal-bieb. Meta Intel introduċa l-proċess ta 'manifattura ta' 65 nanometru, għalkemm kien għamel kull sforz biex inaqqas il-ħxuna tal-bieb tad-dijossidu tas-silikon dielettriku għal 1.2 nanometri, ekwivalenti għal 5 saffi ta 'atomi, id-diffikultà ta' konsum ta 'enerġija u d-dissipazzjoni tas-sħana tiżdied ukoll meta t-transistor tnaqqset ukoll meta t-transistor tnaqqas għad-daqs ta' atomu u mhux meħtieġa. Għalhekk, jekk il-materjali kurrenti jkomplu jintużaw u l-ħxuna titnaqqas aktar, it-tnixxija tal-bieb dielettriku tiżdied b'mod sinifikanti, u tnaqqas it-teknoloġija tat-transistor għal-limiti tagħha. Biex tindirizza din il-kwistjoni kritika, Intel qed tippjana li tuża materjali K eħxen għoljin (materjali bbażati fuq il-hafnium) bħala dielettriċi tal-bieb minflok dijossidu tas-silikon, li naqqas b'suċċess it-tnixxija b'aktar minn 10 darbiet. Meta mqabbel mal-ġenerazzjoni preċedenti tat-teknoloġija 65NM, il-proċess ta '45nm Intel iżid id-densità tat-transistor bi kważi darbtejn, li jippermetti żieda fl-għadd totali ta' transistors jew tnaqqis fil-volum tal-proċessur. Barra minn hekk, il-qawwa meħtieġa għall-iswiċċ tat-transistor hija inqas, u tnaqqas il-konsum tal-enerġija bi kważi 30%. Il-konnessjonijiet interni huma magħmula minn wajer tar-ram imqabbad ma 'k dielettriku baxx, li jtejjeb bla xkiel l-effiċjenza u t-tnaqqis tal-konsum tal-enerġija, u l-veloċità tal-bidla hija madwar 20% aktar mgħaġġla
Distribuzzjoni minerali:
Hafnium għandu abbundanza tal-qoxra ogħla minn metalli użati b'mod komuni bħal bismut, kadmju, u merkurju, u huwa ekwivalenti fil-kontenut għal berillju, ġermanju, u uranju. Il-minerali kollha li fihom iż-żirkonju fihom hafnium. Zircon użat fl-industrija fih 0.5-2% hafnium. Iż-żirkon tal-berillju (Alvite) fiż-żirkonju sekondarju jista 'jkun fih sa 15% hafnium. Hemm ukoll tip ta 'żirkon metamorfiku, cyrtolite, li fih aktar minn 5% HFO. Ir-riservi ta 'dawn l-aħħar żewġ minerali huma żgħar u għadhom ma ġewx adottati fl-industrija. Hafnium huwa rkuprat prinċipalment waqt il-produzzjoni taż-żirkonju.
Teżisti fil-biċċa l-kbira tal-minerali taż-żirkonju. [18] [19] Minħabba li hemm ftit kontenut fil-qoxra. Ħafna drabi jikkoeżisti maż-żirkonju u m'għandux minerali separat.
Metodu ta 'preparazzjoni:
1. Jista 'jkun ippreparat bit-tnaqqis tal-manjeżju ta' tetrachloride hafnium jew dekompożizzjoni termali ta 'hafnium jodur. HFCL4 u K2HFF6 jistgħu jintużaw ukoll bħala materja prima. Il-proċess ta 'produzzjoni elettrolitika fin-NaCl KCl HFCl4 jew K2HFF6 Melt huwa simili għal dak tal-produzzjoni elettrolitika taż-żirkonju.
2. Il-hafnium jeżisti maż-żirkonju, u m'hemm l-ebda materja prima separata għall-hafnium. Il-materja prima għall-manifattura tal-hafnium hija ossidu tal-hafnium mhux raffinat separat matul il-proċess tal-manifattura taż-żirkonju. Estratt ossidu tal-hafnium billi tuża reżina tal-iskambju tal-joni, u mbagħad uża l-istess metodu bħal żirkonju biex tipprepara hafnium tal-metall minn dan l-ossidu tal-hafnium.
3
L-ewwel metodi għas-separazzjoni taż-żirkonju u l-hafnium kienu kristallizzazzjoni frazzjonali ta 'melħ kumpless fluworinat u preċipitazzjoni frazzjonali tal-fosfati. Dawn il-metodi huma ingombranti biex joperaw u huma limitati għal użu fil-laboratorju. Teknoloġiji ġodda għas-separazzjoni taż-żirkonju u l-hafnium, bħal distillazzjoni tal-frazzjonament, estrazzjoni tas-solvent, skambju ta 'joni, u adsorbiment tal-frazzjonament, ħarġu waħda wara l-oħra, bl-estrazzjoni tas-solvent tkun aktar prattika. Iż-żewġ sistemi ta 'separazzjoni użati b'mod komuni huma s-sistema ta' cyclohexanone tat-tijokiana u s-sistema ta 'aċidu nitriku tat-tributil fosfat. Il-prodotti miksuba bil-metodi ta 'hawn fuq huma kollha idrossidu tal-hafnium, u l-ossidu tal-hafnium pur jista' jinkiseb permezz tal-kalċinazzjoni. Hafnium ta 'purità għolja jista' jinkiseb permezz ta 'metodu ta' skambju ta 'joni.
Fl-industrija, il-produzzjoni ta 'hafnium tal-metall ħafna drabi tinvolvi kemm il-proċess Kroll kif ukoll il-proċess ta' Debor Aker. Il-proċess Kroll jinvolvi t-tnaqqis ta 'hafnium tetrachloride bl-użu ta' manjeżju metalliku:
2mg + HFCL4- → 2mgCl2 + HF
Il-metodu ta 'Debor Aker, magħruf ukoll bħala l-metodu ta' jodizzazzjoni, jintuża biex jippurifika l-isponża bħal hafnium u jikseb hafnium tal-metall malleabbli.
5. It-tidwib ta 'hafnium huwa bażikament l-istess bħal dak taż-żirkonju:
L-ewwel pass huwa d-dekompożizzjoni tal-minerali, li tinvolvi tliet metodi: il-klorinazzjoni taż-żirkon biex tinkiseb (zr, hf) cl. Alkali tidwib taż-żirkon. Zircon idub ma 'NaOH għal madwar 600, u aktar minn 90% ta' (Zr, HF) O jittrasforma f'Na (Zr, HF) O, b'SIO trasformat f'Nasio, li huwa maħlul fl-ilma għat-tneħħija. Na (Zr, HF) O tista 'tintuża bħala s-soluzzjoni oriġinali għas-separazzjoni taż-żirkonju u l-hafnium wara li tkun ġiet maħlula f'HNO. Madankollu, il-preżenza ta 'kollojdi SiO tagħmel is-separazzjoni tal-estrazzjoni tas-solventi diffiċli. Sinter bil-KSIF u jixxarrab fl-ilma biex jikseb soluzzjoni K (Zr, HF) F. Is-soluzzjoni tista 'tissepara ż-żirkonju u l-hafnium permezz ta' kristallizzazzjoni frazzjonali;
It-tieni pass huwa s-separazzjoni taż-żirkonju u l-hafnium, li jistgħu jinkisbu bl-użu ta 'metodi ta' separazzjoni ta 'estrazzjoni tas-solvent bl-użu ta' sistema ta 'aċidu idrokloriku MIBK (metil isobutil ketone) u sistema HNO-TBP (tributil fosfat). It-teknoloġija tal-frazzjonament multi-stadji bl-użu tad-differenza fil-pressjoni tal-fwar bejn HFCL u ZrCl idub taħt pressjoni għolja ('il fuq minn 20 atmosfera) ilha studjata, li tista' tiffranka l-proċess ta 'klorinazzjoni sekondarja u tnaqqas l-ispejjeż. Madankollu, minħabba l-problema tal-korrużjoni ta '(Zr, HF) Cl u HCl, mhux faċli li ssib materjali tal-kolonna ta' frazzjonament xierqa, u tnaqqas ukoll il-kwalità ta 'ZRCL u HFCL, u żżid l-ispejjeż tal-purifikazzjoni. Fis-snin sebgħin, kien għadu fl-istadju tal-ittestjar tal-pjanti intermedji;
It-tielet pass huwa l-klorinazzjoni sekondarja ta 'HFO biex tinkiseb HFCL mhux raffinat għal tnaqqis;
Ir-raba 'pass huwa l-purifikazzjoni tat-tnaqqis tal-HFCL u tal-manjeżju. Dan il-proċess huwa l-istess bħall-purifikazzjoni u t-tnaqqis ta 'ZrCl, u l-prodott semi-lest li jirriżulta huwa ta' hafnium ta 'sponża oħxon;
Il-ħames pass huwa li tiddistilla bil-vakwu l-isponża mhux raffinata hafnium biex tneħħi MGCL u tirkupra manjesju tal-metall żejjed, li tirriżulta fi prodott lest ta 'hafnium tal-metall ta' l-isponoż. Jekk l-aġent li jnaqqas juża s-sodju minflok il-manjeżju, il-ħames pass għandu jinbidel għall-immersjoni tal-ilma
Metodu tal-Ħażna:
Aħżen f'maħżen frisk u ventilat. Żomm il-bogħod minn xrar u sorsi tas-sħana. Għandha tinħażen separatament minn ossidanti, aċidi, aloġeni, eċċ., U tevita li tħallat il-ħażna. Uża faċilitajiet ta 'dawl u ventilazzjoni li ma jagħmlux splużjoni. Ipprojbixxi l-użu ta 'tagħmir u għodda mekkaniċi li huma suxxettibbli għal xrar. Iż-żona tal-ħażna għandha tkun mgħammra b'materjali xierqa biex tinkludi tnixxija.
POST ĦIN: 25-2023 ta 'Settembru