Hafnium, Metal HF, Numri Atomik 72, Pesha Atomike 178.49, është një metal i ndritshëm i tranzicionit Grey.
Hafnium ka gjashtë izotopë natyrisht të qëndrueshëm: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179 dhe 180. Hafnium nuk reagon me acid hidroklorik të holluar, acid të holluar sulfurik dhe zgjidhje të forta alkaline, por është i tretshëm në acidin hidrofluorik dhe Aqua Regia. Emri i elementit vjen nga emri latin i qytetit të Kopenhagës.
Në vitin 1925, kimisti suedez Hervey dhe fizikani Hollandez Koster morën kripë të pastër hafnium nga kristalizimi i pjesshëm i kripërave komplekse të fluorinuara, dhe e zvogëluan atë me natrium metalik për të marrë hafnium të pastër metalik. Hafnium përmban 0.00045% të kore të Tokës dhe shpesh shoqërohet me natyrën e zirkonit.
Emri i produktit: Hafnium
Simboli i elementit: HF
Pesha atomike: 178.49
Lloji i elementit: elementi metalik
Karakteristikat fizike:
Hafniumështë një metal gri argjendi me një shkëlqim metalik; Ekzistojnë dy variante të hafniumit metalik: α hafnium është një variant gjashtëkëndor i mbushur ngushtë (1750 ℃) me një temperaturë më të lartë të transformimit sesa zirkoni. Hafniumi metalik ka variante allotrope në temperatura të larta. Hafniumi metalik ka një seksion kryq të përthithjes së lartë të neutronit dhe mund të përdoret si një material kontrolli për reaktorët.
Ekzistojnë dy lloje të strukturave kristalore: paketimi i dendur gjashtëkëndor në temperatura nën 1300 ℃ （α- ekuacioni); Në temperaturat mbi 1300 ℃, është ekuacioni kub i përqendruar në trup). Një metal me plasticitet që forcohet dhe bëhet i brishtë në prani të papastërtive. I qëndrueshëm në ajër, errësohet vetëm në sipërfaqe kur digjet. Filamentet mund të ndizen nga flaka e një ndeshje. Karakteristikat e ngjashme me zirkon. Ai nuk reagon me ujë, acide të holluar ose baza të forta, por është lehtësisht i tretshëm në aku regia dhe acid hidrofluorik. Kryesisht në komponime me një valencë+4. Aliazh Hafnium (TA4HFC5) dihet se ka pikën më të lartë të shkrirjes (afërsisht 4215 ℃).
Struktura kristal: Qeliza kristal është gjashtëkëndore
Numri i CAS: 7440-58-6
Pika e shkrirjes: 2227
Pika e vlimit: 4602
Karakteristikat kimike:
Karakteristikat kimike të hafniumit janë shumë të ngjashme me ato të zirkonit, dhe ka rezistencë të mirë për korrozionin dhe nuk gërryhet lehtë nga solucionet ujore alkali të acidit të përgjithshëm; Lehtësisht i tretshëm në acid hidrofluorik për të formuar komplekse të fluorinuara. Në temperatura të larta, hafniumi gjithashtu mund të kombinohet drejtpërdrejt me gazra të tillë si oksigjeni dhe azoti për të formuar oksidet dhe nitridet.
Hafniumi shpesh ka një valencë+4 në komponime. Përbërja kryesore ështëoksid hafniumiHFO2. Ekzistojnë tre variante të ndryshme të oksidit të hafniumit:oksid hafniumimarrë nga kalcifikimi i vazhdueshëm i sulfatit hafnium dhe oksidi i klorurit është një variant monoklinik; Oksidi i hafniumit i marrë nga ngrohja e hidroksidit të hafniumit në rreth 400 ℃ është një variant tetragonal; Nëse kalcinohet mbi 1000 ℃, mund të merret një variant kub. Një përbërje tjetër ështëhafnium tetrachloride, që është lënda e parë për përgatitjen e hafniumit metalik dhe mund të përgatitet duke reaguar gazin e klorit në një përzierje të oksidit të hafniumit dhe karbonit. Tetrachloride hafnium bie në kontakt me ujin dhe menjëherë hidrolizohet në jone shumë të qëndrueshme HFO (4H2O) 2+. Jonet HFO2+ekzistojnë në shumë komponime të hafniumit, dhe mund të kristalizojnë kristalet e hidruar të hidratuar të hafniumit hFOCL2 · 8H2O në solucionin e tetraklorurit të hafniumit të acidit hidroklorik.
4-Valent Hafnium është gjithashtu i prirur për të formuar komplekse me fluorid, i përbërë nga K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6, dhe (NH4) 3HFF7. Këto komplekse janë përdorur për ndarjen e zirkonit dhe hafniumit.
Përbërjet e zakonshme:
Dioksidi i hafniumit: emri dioksidi i hafniumit; Dioksidi i hafniumit; Formula molekulare: HFO2 [4]; Prona: Pluhuri i bardhë me tre struktura kristalore: monoklinike, tetragonal dhe kub. Dendësitë janë përkatësisht 10.3, 10.1 dhe 10.43g/cm3. Pika e shkrirjes 2780-2920K. Pika e vlimit 5400K. Koeficienti i zgjerimit termik 5.8 × 10-6/℃. I patretshëm në ujë, acid klorhidrik dhe acid nitrik, por i tretshëm në acidin sulfurik të përqendruar dhe acidin hidrofluorik. Prodhuar nga dekompozimi termik ose hidroliza e komponimeve të tilla si hafnium sulfat dhe hafnium oksiklorur. Lëndë të para për prodhimin e hafniumit metalik dhe lidhjet e hafniumit. Përdoren si materiale zjarrduruese, veshje anti -radioaktive dhe katalizatorë. [5] Niveli i energjisë atomike HFO është një produkt i marrë njëkohësisht kur prodhoni nivelin e energjisë atomike ZRO. Duke filluar nga klorinimi sekondar, proceset e pastrimit, zvogëlimit dhe distilimit të vakumit janë pothuajse identike me ato të zirkonit.
Hafnium tetrachloride: Hafnium (IV) Klorur, Formula molekulare e tetraklorurit hafnium HFCL4 Pesha molekulare 320.30 Karakteri: Bllok kristalor i bardhë. E ndjeshme ndaj lagështisë. I tretshëm në aceton dhe metanol. Hidrolizoni në ujë për të prodhuar hafnium oksiklorur (HFOCL2). Nxehtësia në 250 ℃ dhe avulloni. Irrituese për sytë, sistemin e frymëmarrjes dhe lëkurën.
Hafroksidi i hafniumit: Hafroksidi i hafniumit (H4HFO4), zakonisht i pranishëm si një oksid i hidratuar HFO2 · NH2O, është i pazgjidhshëm në ujë, lehtësisht i tretshëm në acide inorganike, e patretshme në amoniak, dhe rrallë e tretshme në hidroksidin e natriumit. Nxehtësia në 100 ℃ Për të gjeneruar Hafrnium Hydroksid HFO (OH) 2. REKULLI I HYDROKIDIT HAFNIUM të Bardhë mund të merret duke reaguar kripë hafnium (IV) me ujë të amoniakut. Mund të përdoret për të prodhuar komponime të tjera hafnium.
Histori e hulumtimit
Historia e zbulimit:
Më 1923, kimisti suedez Hervey dhe fizikani Hollandez D. Koster zbuloi hafnium në zirkon të prodhuar në Norvegji dhe Greenland, dhe e quajti atë Hafnium, i cili e kishte origjinën nga emri latin Hafnia e Kopenhagenit. Në vitin 1925, Hervey dhe Coster ndanë zirkoni dhe titanin duke përdorur metodën e kristalizimit të fraksionit të kripërave komplekse të fluorinuara për të marrë kripëra të pastra të hafniumit; Dhe zvogëloni kripën e hafniumit me natrium metalik për të marrë hafnium të pastër metalik. Hervey përgatiti një mostër të disa miligramëve të Hafniumit të pastër.
Eksperimentet kimike në zirkon dhe hafnium:
Në një eksperiment të kryer nga Profesor Carl Collins në Universitetin e Teksasit në 1998, u pohua se gama rrezatuar hafnium 178M2 (izomeri hafnium-178M2 [7]) mund të lëshojë energji të madhe, e cila është pesë urdhra me madhësi më të larta se reagimet kimike, por tre urdhëra të madhësisë më të ulëta se reagimet nukleare. [8] HF178M2 (Hafnium 178M2) ka jetëgjatësinë më të gjatë midis izotopeve të ngjashëm me jetë të gjatë: HF178M2 (Hafnium 178M2) ka një gjysmë jete prej 31 vjetësh, duke rezultuar në një radioaktivitet natyral prej afërsisht 1.6 trilion Becquerels. Raporti i Collins thotë se një gram i pastër HF178M2 (Hafnium 178M2) përmban afërsisht 1330 megajoules, i cili është i barabartë me energjinë e lëshuar nga shpërthimi i 300 kilogramëve të eksplozivëve TNT. Raporti i Collins tregon se e gjithë energjia në këtë reagim lëshohet në formën e rrezeve X ose rrezeve gama, të cilat lëshojnë energji me një ritëm jashtëzakonisht të shpejtë, dhe HF178M2 (Hafnium 178M2) ende mund të reagojnë në përqendrime jashtëzakonisht të ulëta. [9] Pentagoni ka ndarë fonde për kërkime. Në eksperiment, raporti sinjal-zhurmë ishte shumë i ulët (me gabime të konsiderueshme), dhe që nga atëherë, përkundër eksperimenteve të shumta nga shkencëtarë nga organizata të shumta, përfshirë Departamentin e Shteteve të Bashkuara të Projekteve të Avancuara të Projekteve Emetimi i rrezeve gama për të lëshuar energji nga HF178M2 (Hafnium 178M2) [15], por shkencëtarët e tjerë kanë vërtetuar teorikisht se ky reagim nuk mund të arrihet. [16] HF178M2 (Hafnium 178M2) besohet gjerësisht në komunitetin akademik për të mos qenë burim energjie
Fusha e aplikimit:
Hafniumi është shumë i dobishëm për shkak të aftësisë së tij për të lëshuar elektrone, të tilla si aq sa përdoret si filament në llamba inkandeshente. Përdoret si katodë për tubat me rreze X, dhe lidhjet e hafniumit dhe tungstenit ose molibdenit përdoren si elektroda për tuba shkarkimi me tension të lartë. Përdoret zakonisht në industrinë e prodhimit të telave të katodës dhe tungstenit për rrezet X. Hafniumi i pastër është një material i rëndësishëm në industrinë e energjisë atomike për shkak të plasticitetit të tij, përpunimit të lehtë, rezistencës së lartë të temperaturës dhe rezistencës ndaj korrozionit. Hafniumi ka një seksion të madh të kapjes së neutronit termik dhe është një amortizues ideal i neutronit, i cili mund të përdoret si një shufër kontrolli dhe pajisje mbrojtëse për reaktorët atomikë. Pluhuri hafnium mund të përdoret si një shtytës për raketat. Katoda e tubave me rreze X mund të prodhohet në industrinë elektrike. Aliazh hafnium mund të shërbejë si shtresa mbrojtëse përpara për grykët e raketave dhe avionë të ri-hyrjes së rrëshqitjes, ndërsa aliazh HF TA mund të përdoret për të prodhuar çelikun e mjeteve dhe materialeve të rezistencës. Hafniumi përdoret si një element shtesë në lidhjet rezistente ndaj nxehtësisë, të tilla si tungsten, molibden dhe tantal. HFC mund të përdoret si një shtesë për lidhjet e vështira për shkak të ngurtësisë së tij të lartë dhe pikës së shkrirjes. Pika e shkrirjes së 4TACHFC është afërsisht 4215 ℃, duke e bërë atë kompleksin me pikën më të lartë të njohur të shkrirjes. Hafniumi mund të përdoret si një marrës në shumë sisteme të inflacionit. Marrësit e hafniumit mund të heqin gazrat e panevojshëm siç janë oksigjeni dhe azoti i pranishëm në sistem. Hafniumi shpesh përdoret si një shtesë në vajin hidraulik për të parandaluar volatilizimin e vajit hidraulik gjatë operacioneve me rrezik të lartë, dhe ka veti të forta kundër paqëndrueshmërisë. Prandaj, ajo zakonisht përdoret në vajin hidraulik industrial. Vaji hidraulik mjekësor.
Elementi hafnium përdoret gjithashtu në nanoprocesorët më të fundit Intel 45. Për shkak të prodhueshmërisë së dioksidit të silikonit (SiO2) dhe aftësisë së tij për të zvogëluar trashësinë për të përmirësuar vazhdimisht performancën e transistorit, prodhuesit e procesorëve përdorin dioksid silikoni si material për dielektrikën e portës. Kur Intel prezantoi procesin e prodhimit të nanometrit 65, megjithëse kishte bërë çdo përpjekje për të zvogëluar trashësinë e dielektrikës së portës së dioksidit të silikonit në 1.2 nanometra, ekuivalente me 5 shtresa të atomeve, vështirësia e konsumit të energjisë dhe shpërndarja e nxehtësisë do të rritet gjithashtu kur transistori u ul në madhësinë e një atomi, duke rezistuar në mbeturinat aktuale dhe të panevojshme të energjisë së nxehtësisë. Prandaj, nëse materialet aktuale vazhdojnë të përdoren dhe trashësia zvogëlohet më tej, rrjedhja e dielektrikës së portës do të rritet ndjeshëm, duke sjellë poshtë teknologjinë e transistorit në kufijtë e saj. Për të adresuar këtë çështje kritike, Intel po planifikon të përdorë materiale më të trasha të K K (materiale të bazuara në hafnium) si dielektrikë të portës në vend të dioksidit të silikonit, i cili ka zvogëluar me sukses rrjedhjet për më shumë se 10 herë. Në krahasim me gjeneratën e mëparshme të teknologjisë 65nm, procesi 45nm i Intel rrit densitetin e transistorit me gati dy herë, duke lejuar një rritje të numrit të përgjithshëm të transistorëve ose një ulje të vëllimit të procesorit. Për më tepër, fuqia e kërkuar për ndërrimin e transistorit është më e ulët, duke zvogëluar konsumin e energjisë me gati 30%. Lidhjet e brendshme janë bërë prej teli bakri të çiftuar me dielektrik të ulët K, duke përmirësuar pa probleme efikasitetin dhe duke zvogëluar konsumin e energjisë, dhe shpejtësia e ndërrimit është rreth 20% më e shpejtë
Shpërndarja minerale:
Hafniumi ka një bollëk më të lartë kore sesa metale të përdorura zakonisht si bismuth, kadmium dhe merkur, dhe është ekuivalent i përmbajtjes me beryllium, germanium dhe uranium. Të gjitha mineralet që përmbajnë zirkoni përmbajnë hafnium. Zirkoni i përdorur në industri përmban 0.5-2% hafnium. Zirkoni Beryllium (Alvite) në xeheror sekondar të zirkonit mund të përmbajë deri në 15% hafnium. Ekziston gjithashtu një lloj i zirkonit metamorfik, cyrtolite, i cili përmban mbi 5% HFO. Rezervat e dy mineraleve të fundit janë të vogla dhe ende nuk janë adoptuar në industri. Hafniumi është rikuperuar kryesisht gjatë prodhimit të zirkonit.
Ajo ekziston në shumicën e xehes zirkoni. [18] [19] Sepse ka shumë pak përmbajtje në kore. Shpesh bashkëjeton me zirkon dhe nuk ka mineral të veçantë.
Metoda e përgatitjes:
1. Mund të përgatitet nga ulja e magnezit të tetrachloridit hafnium ose dekompozimit termik të jodidit të hafniumit. HFCL4 dhe K2HFF6 mund të përdoren gjithashtu si lëndë të para. Procesi i prodhimit elektrolitik në NACL KCL HFCL4 ose K2HFF6 shkrirje është i ngjashëm me atë të prodhimit elektrolitik të zirkonit.
2. Hafnium bashkëjeton me zirkoni, dhe nuk ka asnjë lëndë të parë të veçantë për hafnium. Lënda e parë për prodhimin e hafniumit është oksidi i papërpunuar i hafniumit i ndarë gjatë procesit të prodhimit të zirkonit. Ekstraktoni oksidin e hafniumit duke përdorur rrëshirën e shkëmbimit të joneve, dhe më pas përdorni të njëjtën metodë si zirkoni për të përgatitur hafnium metalik nga ky oksid hafnium.
3. Mund të përgatitet nga Tetrachloride Hafnium Hafnium CO (HFCL4) me natrium përmes zvogëlimit.
Metodat më të hershme për ndarjen e zirkonit dhe hafniumit ishin kristalizimi fraksional i kripërave komplekse të fluorinuara dhe reshjeve fraksionale të fosfateve. Këto metoda janë të vështira për të operuar dhe janë të kufizuara në përdorimin laboratorik. Teknologjitë e reja për ndarjen e zirkonit dhe hafniumit, të tilla si distilimi i fraksionit, nxjerrja e tretësit, shkëmbimi i joneve dhe adsorbimi i fraksionit, janë shfaqur njëra pas tjetrës, me nxjerrjen e tretësit që janë më praktike. Të dy sistemet e ndarjes që përdoren zakonisht janë sistemi cikloheksanon thiocyanate dhe sistemi i acidit nitrik tribosyl fosfat. Produktet e marra nga metodat e mësipërme janë të gjitha hidroksidët e hafniumit, dhe oksidi i pastër i hafniumit mund të merret me kalcifikim. Hafniumi i pastërtisë së lartë mund të merret me metodën e shkëmbimit të joneve.
Në industri, prodhimi i hafniumit metalik shpesh përfshin si procesin e Kroll ashtu edhe procesin e Debor Aker. Procesi i Kroll përfshin uljen e tetrachloride hafnium duke përdorur magnez metalik:
2mg+hfcl4- → 2mgcl2+hf
Metoda Debor Aker, e njohur gjithashtu si metoda e jodizimit, përdoret për të pastruar sfungjerin si hafnium dhe për të marrë hafnium metalik të lakueshëm.
5. Shkarkimi i hafniumit është në thelb i njëjtë me atë të zirkonit:
Hapi i parë është dekompozimi i xehes, i cili përfshin tre metoda: klorinimin e zirkonit për të marrë (ZR, HF) Cl. Shkrirja alkali e zirkonit. Zirkoni shkrihet me NaOH në rreth 600, dhe mbi 90% të (Zr, HF) O shndërrohet në Na (Zr, HF) O, me SIO të shndërruar në Nasio, e cila shpërndahet në ujë për heqjen. NA (ZR, HF) O mund të përdoret si zgjidhje origjinale për ndarjen e zirkonit dhe hafniumit pasi të shpërndahet në HNO. Sidoqoftë, prania e koloideve SiO e bën të vështirë ndarjen e nxjerrjes së tretësit. Sinter me ksif dhe zhyten në ujë për të marrë zgjidhjen k (zr, hf) f. Zgjidhja mund të ndajë zirkonin dhe hafniumin përmes kristalizimit të fraksionit;
Hapi i dytë është ndarja e zirkonit dhe hafnium, i cili mund të arrihet duke përdorur metoda të ndarjes së nxjerrjes së tretësit duke përdorur sistemin MIBK të acidit klorhidrik (metil izobutil keton) dhe sistemin HNO-TBP (tributyl fosfat). Teknologjia e fraksionimit shumë-fazor duke përdorur ndryshimin në presionin e avullit midis shkrirjes së HFCL dhe ZRCL nën presion të lartë (mbi 20 atmosfera) është studiuar prej kohësh, e cila mund të kursejë procesin sekondar të klorimit dhe të zvogëlojë kostot. Sidoqoftë, për shkak të problemit të korrozionit të (ZR, HF) CL dhe HCl, nuk është e lehtë të gjesh materiale të përshtatshme të kolonës së fraksionit, dhe gjithashtu do të zvogëlojë cilësinë e ZRCL dhe HFCL, duke rritur kostot e pastrimit. Në vitet 1970, ajo ishte akoma në fazën e testimit të bimëve të ndërmjetme;
Hapi i tretë është klorinimi sekondar i HFO për të marrë HFCL të papërpunuar për ulje;
Hapi i katërt është pastrimi i HFCL dhe ulja e magnezit. Ky proces është i njëjtë me pastrimin dhe zvogëlimin e ZRCL, dhe produkti gjysmë i mbaruar që rezulton është hafniumi i trashë i sfungjerit;
Hapi i pestë është që vakumi të distilojë hafniumin e sfungjerit të papërpunuar për të hequr MGCL dhe për të rikuperuar magnezin e tepërt të metaleve, duke rezultuar në një produkt të përfunduar të hafniumit metalik sfungjer. Nëse agjenti zvogëlues përdor natrium në vend të magnezit, hapi i pestë duhet të ndryshohet në zhytjen e ujit
Metoda e ruajtjes:
Ruani në një depo të freskët dhe të ventiluar. Mbajeni larg shkëndijave dhe burimeve të nxehtësisë. Ai duhet të ruhet veçmas nga oksidantët, acidet, halogjenët, etj., Dhe të shmangni ruajtjen e përzierjes. Përdorimi i lehtësirave të ndriçimit dhe ventilimit të provave të shpërthimit. Ndaloni përdorimin e pajisjeve mekanike dhe mjeteve që janë të prirur për shkëndija. Zona e ruajtjes duhet të jetë e pajisur me materiale të përshtatshme për të përmbajtur rrjedhje.
Koha e postimit: Shtator-25-2023