Hafn, Metal HF, liczba atomowa 72, masa atomowa 178.49, to błyszczący srebrny szary metal przejściowy.
Hafnium ma sześć naturalnie stabilnych izotopów: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 i 180. Hafnium nie reaguje z rozcieńczonym kwasem chlorowodorowym, rozcieńczonym kwasem siarkowym i silnymi roztworami alkalicznymi, ale jest rozpuszczalne w kwasie hydrofluorowym i obrotowym. Nazwa elementu pochodzi z łacińskiej nazwy miasta Kopenhagi.
W 1925 r. Szwedzki chemik Hervey i holenderski fizyk Koster uzyskali czystą sól hafnium przez ułamkową krystalizację fluorowanych złożonych soli i zmniejszył ją metalicznym sodem w celu uzyskania czystego metalowego hafnium. Hafnium zawiera 0,00045% skorupy ziemskiej i jest często związany z tlenkiem cyrkonu.
Nazwa produktu: Hafnium
Symbol elementu: HF
Waga atomowa: 178,49
Typ elementu: element metaliczny
Właściwości fizyczne:
Hafnjest srebrnym szarym metalem z metalicznym połyskiem; Istnieją dwa warianty metalowego hafnium: α hafnium jest sześciokątnym wariantem (1750 ℃) o wyższej temperaturze transformacji niż cyrkon. Metal Hafnium ma warianty alotropowe w wysokich temperaturach. Metal hafnium ma wysoki przekrój absorpcji neutronów i może być stosowany jako materiał kontrolny dla reaktorów.
Istnieją dwa rodzaje struktur krystalicznych: gęste gęste opakowanie w temperaturach poniżej 1300 （（α-równania); W temperaturach powyżej 1300 ℃ jest to równanie sześcienne （（β). Metal o plastyczności, która staje się krucha w obecności zanieczyszczeń. Stabilny w powietrzu, po spaleniu ciemnieje tylko na powierzchni. Włókna można zapalić płomieniem meczu. Właściwości podobne do cyrkonu. Nie reaguje z wodą, rozcieńczonymi kwasami ani silnymi zasadami, ale jest łatwo rozpuszczalny w Aqua Regia i kwasu hydrofluorowym. Głównie w związkach o wartościowości A+4. Wiadomo, że stop hafnium (TA4HFCC5) ma najwyższą temperaturę topnienia (około 4215 ℃).
Struktura krystaliczna: komórka krystaliczna jest sześciokątna
Numer CAS: 7440-58-6
Punkt topnienia: 2227 ℃
Punkt wrzenia: 4602 ℃
Właściwości chemiczne:
Właściwości chemiczne hafnium są bardzo podobne do właściwości cyrkonu i ma dobrą odporność na korozję i nie są łatwo skorodowane przez ogólne roztwory wodne kwasu; Łatwo rozpuszczalne w kwasu hydrofluorowym, tworząc fluorowane kompleksy. W wysokich temperaturach hafnium może również bezpośrednio łączyć się z gazami takimi jak tlen i azot, tworząc tlenki i azotki.
Hafnium często ma wartościowość A+4 w związkach. Główny związek toTlenek hafniumHFO2. Istnieją trzy różne warianty tlenku hafnium:Tlenek hafniumUzyskane przez ciągłe kalcynację siarczanu hafnium i tlenku chlorku jest wariantem monoklinicznym; Tlenek hafnium uzyskany przez ogrzewanie wodorotlenku hafnium przy około 400 ℃ jest wariantem tetragonalnym; Jeśli zostanie wyliczony powyżej 1000 ℃, można uzyskać wariant sześcienny. Kolejny związek jestTetrachlorek hafnium, który jest surowcem do przygotowywania metalowego hafnium i można go przygotować przez reakcję gazu chloru na mieszaninę tlenku hafnium i węgla. Tetrachlorek hafnium wchodzi w kontakt z wodą i natychmiast hydrolizuje w wysoce stabilne jony HFO (4H2O) 2+. Jony HFO2+istnieją w wielu związkach Hafnium i mogą krystalizować nawodniony hafnium kryształy hafnium w kształcie igły kryształy HFOCL2 · 8H2O w roztworze tetrachlorku hafnium hafnium.
4-wartościowe hafnium jest również podatne na tworzenie kompleksów z fluorkiem, składającym się z K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6 i (NH4) 3HFF7. Kompleksy te zostały wykorzystane do oddzielenia cyrkonu i hafnium.
Wspólne związki:
Dwutlenek hafnium: Nazwa dwutlenku hafnium; Dwutlenek hafnium; Wzór molekularny: HFO2 [4]; Właściwość: biały proszek z trzema strukturami krystalicznymi: monokliniczny, tetragonalny i sześcienny. Gęstości wynoszą odpowiednio 10,3, 10.1 i 10,43 g/cm3. Punkt topnienia 2780-2920K. Punkt wrzenia 5400K. Współczynnik rozszerzalności cieplnej 5,8 × 10-6/℃. Nierozpuszczalny w wodzie, kwasie solnym i kwasie azotowym, ale rozpuszczalne w stężonym kwasie siarkowym i kwasu hydrofluorowym. Wytwarzane przez rozkład termiczny lub hydrolizę związków, takich jak siarczan hafnium i oksychlorek hafnium. Surowce do produkcji stopów metalowych hafnium i hafnium. Stosowane jako materiały oporne na oporność, powłoki przeciw radioaktywne i katalizatory. [5] HFO poziomu energii atomowej jest produktem uzyskanym jednocześnie przy produkcji poziomu energii atomowej Zro. Począwszy od wtórnego chlorowania, procesy oczyszczania, redukcji i destylacji próżniowej są prawie identyczne z procesami cyrkonu.
Tetrachlorek hafnium: Hafnium (IV) Chlorek, wzór cząsteczkowy tetrachlorku hafnium Masa cząsteczkowa HFCL4 320.30 Postać: Biały krystaliczny blok. Wrażliwy na wilgoć. Rozpuszczalne w acetonie i metanolu. Hydrolizowanie w wodzie do wytwarzania oksychlorku hafnium (HFOCL2). Ogrzewać do 250 ℃ i odparowuj. Irytujący dla oczu, układu oddechowego i skóry.
Wodorotlenek hafnium: wodorotlenek hafnium (H4HFO4), zwykle obecny jako uwodniony tlenek HFO2 · NH2O, jest nierozpuszczalny w wodzie, łatwo rozpuszczalny w kwasach nieorganicznych, nierozpuszczalny w amoniaku i rzadko rozpuszczalny w wodorotlenku sodu. Ciepło do 100 ℃ W celu wytworzenia wodorotlenku hafnium HFO (OH) 2. Białe osad wodorotlenku hafnium można uzyskać przez reakcję soli hafnium (IV) z wodą amoniaku. Może być stosowany do produkcji innych związków Hafnium.
Historia badań
Historia odkrywania:
W 1923 r. Szwedzki chemik Hervey i holenderski fizyk D. Koster odkryli Hafnium w cyrkonie produkowanym w Norwegii i Grenlandii i nazwał go Hafnium, który pochodzi od łacińskiej nazwy Hafnia w Kopenhadze. W 1925 r. Hervey i Coster oddzielili cyrkon i tytan, stosując metodę frakcyjnej krystalizacji fluorowanych soli złożonych w celu uzyskania czystych soli hafnium; I zmniejsz sól hafnium z metalicznym sodem, aby uzyskać czyste metalowe hafnium. Hervey przygotował próbkę kilku miligramów czystego hafnium.
Eksperymenty chemiczne na temat cyrkonu i hafnium:
W eksperymencie przeprowadzonym przez profesora Carla Collinsa z University of Texas w 1998 r. Twierdzono, że gamma napromieniowała hafnium 178m2 (izomer hafnium-178m2 [7]) może uwalniać ogromną energię, która jest pięć rzędów wielkości większej niż reakcje chemiczne, ale trzy rzędu wielkości niższe niż reakcje nuklearne. [8] HF178M2 (HAFNIUM 178M2) ma najdłuższą żywotność wśród podobnych długotrwałych izotopów: HF178M2 (Hafnium 178M2) ma półtrwałe 31 lat, co powoduje naturalną radiuaktywność wynoszącą około 1,6 bilionach. Raport Collinsa stwierdza, że jeden gram czystego HF178M2 (Hafnium 178m2) zawiera około 1330 megajuli, co jest równoważne energii uwalnianej przez eksplozję 300 kilogramów materiałów wybuchowych TNT. Raport Collinsa wskazuje, że cała energia w tej reakcji jest uwalniana w postaci promieni rentgenowskich lub promieni gamma, które uwalniają energię z niezwykle szybką szybkością, a HF178m2 (Hafnium 178m2) mogą nadal reagować w bardzo niskich stężeniach. [9] Pentagon przeznaczył fundusze na badania. W eksperymencie stosunek sygnału do szumu był bardzo niski (ze znaczącymi błędami), a od tego czasu, pomimo wielu eksperymentów naukowców z wielu organizacji, w tym agencji badawczej Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych (DARPA) i Jason Defense Advisory Group [13], żaden naukowiec nie był w stanie osiągnąć tej reakcji w warunkach, w których domagano się Collins, a Collins nie dostarczył silnych dowodów na to, aby ta reakcja Collins, Collins, Collins, Collins, Collins, Collins, Collins, Collins, Collins, Collins, Collins, indukował insted. Emisja Ray Gamma do uwalniania energii z HF178M2 (Hafnium 178M2) [15], ale inni naukowcy teoretycznie udowodnili, że reakcji tej nie można osiągnąć. [16] HF178M2 (Hafnium 178M2) powszechnie uważa się za społeczność akademicką za źródło energii
Pole aplikacji:
Hafnium jest bardzo przydatny ze względu na jego zdolność do emitowania elektronów, takich jak używane jako włókno w lampach żarowych. Używany jako katoda do rur rentgenowskich, a stopy hafnium i wolframu lub molibdenu są stosowane jako elektrody do rur wyładowczych o wysokim napięciu. Powszechnie stosowany w branży produkcyjnej katody i drutu wolframu dla promieni rentgenowskich. Pure Hafnium jest ważnym materiałem w branży energii atomowej ze względu na jego plastyczność, łatwą przetwarzanie, odporność na wysoką temperaturę i odporność na korozję. Hafnium ma duży przekrój przechwytywania neutronów termicznych i jest idealnym absorborem neutronowym, który może być stosowany jako pręt kontrolny i urządzenie ochronne dla reaktorów atomowych. Hafnium proszek może być stosowany jako paliwo do rakiet. Katodę rur rentgenowskich można wytwarzać w przemyśle elektrycznym. Stop Hafnium może służyć jako warstwa ochronna do przodu dla dysz rakietowych i szybkich samolotów, a stop HF TA może być stosowany do produkcji stali narzędziowej i materiałów oporowych. Hafnium jest stosowany jako element addytywny w stopach opornych na ciepło, takich jak wolfram, molibden i tantalum. HFC może być używany jako dodatek do twardych stopów ze względu na jego wysoką twardość i temperaturę topnienia. Temperatura topnienia 4Tachfc wynosi około 4215 ℃, co czyni go związek o najwyższej znanej temperaturze topnienia. Hafnium może być stosowany jako getter w wielu systemach inflacji. Hafnium Getters może usuwać niepotrzebne gazo, takie jak tlen i azot obecny w układzie. Hafnium jest często stosowany jako dodatek w oleju hydraulicznym, aby zapobiec ulotce oleju hydraulicznego podczas operacji wysokiego ryzyka i ma silne właściwości przeciw zmienności. Dlatego jest ogólnie stosowany w przemysłowym oleju hydraulicznym. Medyczne olej hydrauliczny.
Element Hafnium jest również używany w najnowszych nanoprocesorach Intel 45. Ze względu na produkcję dwutlenku krzemu (SiO2) i jego zdolność do zmniejszenia grubości do ciągłej poprawy wydajności tranzystora, producenci procesorów stosują dwutlenek krzemu jako materiał do dielektryki bramki. Kiedy Intel wprowadził 65 nanometrowy proces produkcji, chociaż dołożył wszelkich starań, aby zmniejszyć grubość dielektryki bramki dwutlenku krzemowego do 1,2 nanometrów, równoważnych 5 warstw atomów, trudność zużycia mocy i rozpuszczanie ciepła wzrosłaby również, gdy tranzystor został zmniejszony do wielkości atomu, co spowodowało bieżące odpoczynek i niepotrzebne energię cieplną. Dlatego jeśli nadal stosuje się obecne materiały, a grubość zostanie jeszcze bardziej zmniejszona, wyciek dielektryki bramki znacznie wzrośnie, zmniejszając technologię tranzystorową do jej granic. Aby rozwiązać ten krytyczny problem, Intel planuje użyć grubszych materiałów wysokich K (materiały oparte na Hafnium) jako dielektryki bramki zamiast dwutlenku krzemu, który z powodzeniem zmniejszył wyciek o ponad 10 razy. W porównaniu z poprzednią generacją technologii 65 nm, proces Intela 45 nm zwiększa gęstość tranzystora o prawie dwa razy, co pozwala na wzrost całkowitej liczby tranzystorów lub zmniejszenie objętości procesora. Ponadto moc wymagana do przełączania tranzystorowego jest niższa, zmniejszając zużycie energii o prawie 30%. Połączenia wewnętrzne są wykonane z drutu miedzianego w połączeniu z niskim dielektrykiem K, płynnie poprawiając wydajność i zmniejszając zużycie energii, a prędkość przełączania jest o około 20% szybsza
Rozkład minerałowy:
Hafnium ma wyższą obfitość skorupy niż powszechnie stosowane metale, takie jak bizmut, kadm i rtęć, i jest równoważny pod względem berylu, germanu i uranu. Wszystkie minerały zawierające cyrkon zawierają hafnium. Cyrkon stosowany w przemyśle zawiera 0,5-2% Hafnium. Berylu cyrkon (alwite) w wtórnej rudzie cyrkonu może zawierać do 15% hafnium. Istnieje również rodzaj cyrkonu metamorficznego, cyrtolitu, który zawiera ponad 5% HFO. Rezerwy dwóch ostatnich minerałów są małe i nie zostały jeszcze przyjęte w przemyśle. Hafnium jest odzyskiwane głównie podczas produkcji cyrkonu.
Hafn:
Istnieje w większości rudy cyrkonu. [18] [19] Ponieważ w skorupie jest bardzo mało treści. Często współistnieje z cyrkonem i nie ma oddzielnej rudy.
Metoda przygotowania:
1. Można go przygotować przez redukcję magnezu tetrachlorku hafnium lub rozkładu termicznego jodku hafnium. HFCL4 i K2HFF6 mogą być również stosowane jako surowce. Proces wytwarzania elektrolitycznego w MET NACL KCL HFCL4 lub K2HFF6 jest podobny do elektrolitycznej produkcji cyrkon.
2. Hafnium współistnieje z cyrkonu i nie ma oddzielnego surowca dla hafnium. Surowcem do produkcji hafnium jest prymitywny tlenek hafnium oddzielony podczas procesu produkcji cyrkonu. Wyciągnij tlenek hafnium za pomocą żywicy wymiany jonowej, a następnie użyj tej samej metody co cyrkon, aby przygotować metalowy hafnium z tego tlenku hafnium.
3. Można go przygotować przez ogrzewanie tetrachlorku Hafnium (HFCL4) z sodą poprzez redukcję.
Najwcześniejszymi metodami oddzielania cyrkonu i hafnium były ułamkową krystalizację fluorowanych złożonych soli i ułamkowe wytrącanie fosforanów. Metody te są uciążliwe do działania i ograniczają się do użytku laboratoryjnego. Nowe technologie oddzielania cyrkonu i hafnium, takie jak destylacja frakcjonowania, ekstrakcja rozpuszczalnika, wymiana jonów i adsorpcja frakcjonowania, pojawiły się jeden po drugim, a ekstrakcja rozpuszczalnika była bardziej praktyczna. Dwa powszechnie stosowane systemy separacji to układ cykloheksanonu tiocyjanianu i układ fosforanowy fosforanowego kwasu azotowego. Produkty uzyskane powyższymi metodami są wodorotlenek hafnium, a czysty tlenek hafnium można uzyskać przez kalcynację. Hafnium o wysokiej czystości można uzyskać metodą wymiany jonowej.
W przemyśle produkcja metalowego hafnium często obejmuje zarówno proces KROLL, jak i proces Debor Aker. Proces KROLL obejmuje zmniejszenie tetrachlorku hafnium za pomocą metalicznego magnezu:
2MG+HFCL4- → 2MGCL2+HF
Metoda Debor Aker, znana również jako metoda jodowania, służy do oczyszczania gąbki, takiej jak hafnium i uzyskiwania plastycznego metalowego hafnium.
5. Mopanie Hafnium jest zasadniczo takie samo jak w cyrkonium:
Pierwszym krokiem jest rozkład rudy, który obejmuje trzy metody: chlorowanie cyrkonu w celu uzyskania (Zr, HF) CL. Alkaliczne topienie cyrkonu. Cyrkon topi się z NaOH przy około 600, a ponad 90% (ZR, HF) O przekształca się w Na (Zr, Hf) O, z SIO przekształconym w Nasio, który rozpuszczany jest w wodzie do usuwania. Na (ZR, HF) O może być stosowane jako oryginalny roztwór do oddzielenia cyrkonu i hafnium po rozpuszczeniu w HNO. Jednak obecność koloidów SIO utrudnia rozdział ekstrakcji rozpuszczalnika. Spieknięcie z KSIF i moczy się w wodzie, aby uzyskać roztwór K (Zr, HF) F. Roztwór może oddzielić cyrkon i hafnium poprzez krystalizację ułamkową;
Drugim etapem jest oddzielenie cyrkonu i hafnium, które można osiągnąć przy użyciu metod separacji rozpuszczalnika przy użyciu układu MIBK kwasu chlorowodorowego (keton metylu izobutyl) i systemu HNO-TBP (fosforan tributylu). Technologia frakcjonowania wieloetapowego z wykorzystaniem różnicy ciśnienia pary między HFCL i ZRCL stopnie pod wysokim ciśnieniem (powyżej 20 atmosfer) od dawna badano, co może zaoszczędzić proces wtórnego chlorowania i zmniejszyć koszty. Jednak ze względu na problem korozji (ZR, HF) CL i HCL nie jest łatwo znaleźć odpowiednie materiały kolumnowe frakcjonowania, a także zmniejszy jakość ZRCL i HFCL, zwiększając koszty oczyszczania. W latach siedemdziesiątych nadal znajdował się na etapie testowania roślin;
Trzecim krokiem jest wtórne chlorowanie HFO w celu uzyskania surowego HFCL w celu zmniejszenia;
Czwarty krok to oczyszczanie HFCL i redukcji magnezu. Proces ten jest taki sam, jak oczyszczanie i redukcja ZRCL, a wynikowym częściowo wykończonym produktem jest gruboziarnista gąbka hafnium;
Piątym krokiem jest próżniowe destylowe hafnium surowe gąbki w celu usunięcia MGCL i odzyskania nadmiaru metalowego magnezu, co skutkuje gotowym produktem hafnium metalowego. Jeśli środek redukujący używa sodu zamiast magnezu, piąty krok należy zmienić na zanurzenie wody
Metoda przechowywania:
Przechowuj w chłodnym i wentylowanym magazynie. Trzymaj się z dala od iskier i źródeł ciepła. Powinien być przechowywany osobno od utleniaczy, kwasów, halogenów itp. I unikać mieszania. Wykorzystanie oświetlenia i wentylacji odpornych na eksplozję. Zakaz korzystania sprzętu mechanicznego i narzędzi, które są podatne na iskry. Obszar przechowywania powinien być wyposażony w odpowiednie materiały do zawierania wycieków.
Czas postu: 25-2023 września