Хафнијум, метални ХФ, атомски број 72, атомска тежина 178.49, је сјајна сребрна сива прелазни метал.
Хафниум има шест природно стабилних изотопа: Хафниум 174, 176, 177, 178, 179, а 180. Хафниум не реагује са разблаженом хлороводоничном киселином, разблажити сумпорну киселину и снажна алкална решења, али је растворљива у хидроифлуоричној киселини и Акуа Региа. Назив елемента долази из латинског имена града Копенхагена.
1925. године, шведски хемичар Хервеи и холандски физичар КОСТЕР добио је чисту хафнијум сол фракцијском кристализацијом флуорисаних сложених соли и смањио је металним натријумом да би се добио чисти метални хафнијум. Хафниум садржи 0,00045% Земљине коре и често је повезано са цирконијумским природи.
Назив производа: Хафниум
Симбол елемента: ХФ
Атомска тежина: 178.49
Тип елемента: Метални елемент
Физичка својства:
Хафнијумје сребрни сиви метал са металним сјајем; Постоје две варијанте металног хафнијума: α Хафниум је шестерокутна пажљиво пакована варијанта (1750 ℃) са већом температуром трансформације од цирконијума. Метални хафниум има варијанте алотропа на високим температурама. Метални хафниум има висок пресек за апсорпцију неутрона и може се користити као контролни материјал за реакторе.
Постоје две врсте кристалних структура: шестерокутни густо паковање на температурама испод 1300 ℃ (Α - једначина); На температурама изнад 1300 ℃, то је кубична (β-једначина). Метал са пластиком који се очвршћује и постаје крхка у присуству нечистоће. Стабилан у ваздуху, само је потамњен само на површини када је спаљено. Филаменти се могу запалити пламен меча. Својства слична цирконијуму. Не реагује са водом, разблаженим киселинама или јаким базама, али је лако растворљив у Акуа Региа и хидрофлуоричној киселини. Углавном у једињењима са + 4 валенцијом. Познато је да је хафнијум легура (ТА4ХФЦ5) има највећу тачку топљења (приближно 4215 ℃).
Кристална структура: Кристална ћелија је шестерокутни
ЦАС број: 7440-58-6
Тачка топљења: 2227 ℃
Тачка кључања: 4602 ℃
Хемијска својства:
Хемијска својства хафнијума су врло слична онима цирконијум-а, а има добру отпорност на корозију и није лако кородирати водени раствори алкалне киселине; Лако се раствори у хидрофлуоричној киселини да формирају флуориране комплексе. На високим температурама Хафниум се такође може директно комбиновати са гасовима као што су кисеоник и азот који ће формирати оксиде и нитриде.
Хафнијум често има + 4 валенцију у једињењима. Главно једињење јехафнијум оксидХФО2. Постоје три различите варијанте хафнијум оксида:хафнијум оксидДобијени непрекидним калцитацијом хафнијум-сулфата и хлорида оксида је моноклиничка варијанта; Хафнијум оксид добијен гријањем хидроксида хафнијума на око 400 ℃ је тетрагонална варијанта; Ако се региструје изнад 1000 ℃, може се добити кубична варијанта. Још једно једињење јеХафниум тетраклорид, који је сировина за припрему металног хафнијума и може се припремити реакцијом хлора на мешавини хафнијум-оксида и угљеника. Хафниум тетраклорид долази у контакт са водом и одмах хидролизе у високо стабилно ХФО (4Х2О) 2 + јони. ХФО2 + јони постоје у многим једињењима хафнијума и могу кристализирати хидририсани хафнијум оксихлорид ХФОЦЛ2 · 8Х2О кристали у хлороводоничној киселини закисељене хафниум тетрахлоридно раствор.
4-валентна хафниум је такође склона да формира комплексе са флуоридом, који се састоје од К2ХФФ6, К3ХФФ7, (НХ4) 2ХФФ6 и (НХ4) 3ХФФ7 и (НХ4) 3ХФФ7. Ови комплекси су коришћени за одвајање цирконијума и хафнијума.
Заједничка једињења:
Хафниум диоксид: Име Хафниум диоксид; Хафнијум диоксид; Молекуларна формула: ХФО2 [4]; Некретнине: Бели прах са три кристалне структуре: моноклинични, тетрагонални и кубни. Густина је 10.3, 10.1 и 10.43г / цм3, респективно. Тачка топљења 2780-2920К. Тачка кључања 5400к. Коефицијент топлотне експанзије 5.8 × 10-6 / ℃. Нерастворљиво у води, хлороводоничној киселини и азоричној киселини, али растворљив у концентрованој сумпорној киселини и хидрофричној киселини. Произведено термичком распадањем или хидролизом једињења као што су хафнијум сулфат и хафнијум оксихлорид. Сировине за производњу металних хафнијум и легура хафнијум-а. Користи се као ватростални материјали, анти радиоактивни премази и катализатори. [5] Атомски ниво енергије ХФО је производ добијен истовремено када производи атомски ниво енергије Зро. Полазећи од секундарног хлорирања, процеси пречишћавања, смањења и вакуум дестилације готово су идентични онима цирконијума.
Хафниум тетраклорид: Хафниум (ив) хлорид, хафниум тетрахлорид молекуларна формула ХФЦл4 молекуларна тежина 320.30 Карактер: Бели кристални блок. Осетљив на влагу. Растворљив у ацетону и метанолу. Хидролиза у води за производњу хафнијум-оксихлорида (ХФОЦЛ2). Топлота до 250 ℃ и испарава. Иритација очију, респираторног система и коже.
Хафниум хидроксид: Хафниум хидроксид (Х4ХФО4), обично је присутан као хидрирани оксид ХФО2 · НХ2О, нерастворљив је у води, лако растворљив у неорганским киселинама, нерастворљивим у амонијаку и ретко растворљив у натријум хидроксиду. Топлина до 100 ℃ за генерисање хафнијум хидроксида ХФО (ОХ) 2. Талог белих хафнијум хидроксида може се добити реакцијом хафниум (ив) соли са амонијаком воде. Може се користити за производњу других хафнских једињења.
Историја истраживања
Историја открића:
1923. године, шведски хемичар Хервеи и холандски физичар Д. Кострестер је открио хафнијум у Зирцану произведен у Норвешкој и Гренланду и назвао га је Хафниум, који потиче из латинског имена Хафнија из Копенхагена. 1925. године, Хервеи и Цостер одвојили су цирконијум и титанијум користећи методу фракцијске кристализације флуорисаних сложених соли за добијање чистих хафнских соли; И смањите хафнијум сол са металним натријумом да бисте добили чисти метални хафнијум. Хервеи је припремио узорак неколико милиграма чисте хафнијума.
Хемијски експерименти на цирконијуму и хафнијуму:
У експерименту који је 1998. спроведен професор Царл Цоллинс на Универзитету у Тексасу, тврди се да је гама озрачена хафнијум 178м2 (изомер хафниум-178м2 [7]) може ослободити огромну енергију, што је пет наредба величине веће од хемијских реакција, али три наредбе величине ниже од нуклеарних реакција. [8] ХФ178М2 (Хафниум 178м2) има најдужи животни век између сличних дуготрајних изотопа: ХФ178м2 (Хафниум 178м2) има полуживотни живот од 31 године, што је резултирало природном радиоактивношћу од око 1,6 билиона бекуерела. Извештај Цоллинса наводи да један грам чисте ХФ178М2 (Хафниум 178М2) садржи око 1330 мегајоула, што је еквивалентно енергији коју је објавила експлозија од 300 килограма ТНТ експлозива. Извештај Цоллинсова указује да се сва енергија у овој реакцији пуштена у облику рендгенских зрака или гама зрака, која пушта енергију у изузетно брзу стопу и ХФ178М2 (Хафниум 178М2) и даље могу да реагују у изузетно ниске концентрације. [9] Пентагон је издвојио средства за истраживање. У експерименту је омјер сигнала-шум био врло низак (са значајним грешкама), а од тада, упркос вишеструким експериментима научника, укључујући одељење Сједињених Држава Адванцед Пројецтион Агенци (Дарпа) и Саветодавну групу Јасона, а ниједан научник није могао да постигне снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе, а Цоллинс није пружио снажне доказе. Гама Раи Емисија за ослобађање енергије из ХФ178М2 (Хафниум 178М2) [15], али други научници теоретски доказују да се ова реакција не може постићи. [16] ХФ178М2 (Хафниум 178м2) се широко верује у академску заједницу да не буде извор енергије
Поље апликације:
Хафниум је веома користан због своје способности да емитује електроне, попут као што је коришћено као никакву лампицу са жарним сигналима. Користи се као катода за рендгенске цеви и легуре хафнијума и волфнина или молибдена користе се као електроде за цеви са високим напоном. Обично се користи у индустрији производње катоде и волфрам жице за рендгенске зраке. Чисти хафниум је важан материјал у индустрији атомске енергије због његове пластичности, једноставне прераде, отпорност на високу температуру и отпорност на корозију. Хафниум има велики пресек за хватање термичког неутрона и идеалан је неутрон апсорбер, који се може користити као контролни штап и заштитни уређај за атомске реакте. Хафниум прах се може користити као гориво за ракете. Катода рендгенских цеви се могу произвести у електричној индустрији. Алуција у хафнијуму може послужити као напредни заштитни слој за ракетне млазнице и авионе за поновно улазак у Глиде, док се ХФ ТА легура може користити за производњу алатних челичних и отпора. Хафниум се користи као адитивни елемент у легурама отпорно на топлоте, као што су волфрам, молибден и танталум. ХФЦ се може користити као адитив за тешко легуре због велике тврдоће и татења. Тачка топљења 4ТацхФЦ је приближно 4215 ℃, што га чини једињењем са најпознатијом тачком топљења. Хафнијум се може користити као геттер у многим системима инфлације. Хафнијум геттерс може уклонити непотребне гасове као што су кисеоник и азот присутни у систему. Хафниум се често користи као адитив у хидрауличком уљу да би се спречило испагавање хидрауличког уља током пословања високог ризика и има снажне анти-волатилности. Стога се углавном користи у индустријском хидрауличној уљу. Медицинско хидраулично уље.
Хафнијумски елемент се такође користи у најновијој Интеловој 45 нанопроцесора. Због производње силицијумског диоксида (Си02) и њене способности да се смањи дебљина да континуирано побољша транзистор перформансе, произвођачи процесора користе силицијум диоксид као материјал за капију диелектрике. When Intel introduced the 65 nanometer manufacturing process, although it had made every effort to reduce the thickness of the silicon dioxide gate dielectric to 1.2 nanometers, equivalent to 5 layers of atoms, the difficulty of power consumption and heat dissipation would also increase when the transistor was reduced to the size of an atom, resulting in current waste and unnecessary heat energy. Стога, ако се наставак тренутних материјала и дебљина се даље смањи, цурење капије диелектричне ће се значајно повећати, доводећи транзисторску технологију на своје границе. Да бисте се позабавили овом критичном проблематиком, Интел планира да користи дебљи високи К материјали (материјали на бази хафнијума) као диелектрике у капији уместо силицијума диоксида, који је успешно смањио цурење за више од 10 пута. У поређењу са претходном генерацијом технологије од 65нм, Интелов 45нм процес повећава густину транзистор за готово два пута, омогућавајући пораст укупног броја транзистора или смањења јачине процесора. Поред тога, снага потребна за пребацивање транзистора је нижа, смањујући потрошњу електричне енергије за готово 30%. Интерне везе су направљене од бакрене жице упарене са ниским К диелектричним, глатко побољшањем ефикасности и смањење потрошње електричне енергије, а брзина преклопника је бржа око 20% бржа
Дистрибуција минерала:
Хафниум има вишу грубу крста од уобичајених метала као што су бизмут, кадмијум и жива и еквивалентно је у садржају берилијуму, германијуму и уранијуму. Сви минерали који садрже цирконијум садрже хафнијум. Зиркон који се користи у индустрији садржи 0,5-2% хафниум. Бериллиум циркон (алвите) у секундарном цирконијумској руди може да садржи до 15% хафнијума. Постоји и врста метаморфног циркона, циртолита који садржи преко 5% ХФО. Резерве последње две минерале су мале и још нису усвојене у индустрији. Хафнијум се углавном опоравља током производње цирконијума.
Постоји у већини цирконијумских руда. [18] [19] Јер у коре је врло мало садржаја. Често коегзистира са цирконијумом и нема одвојене руде.
Начин припреме:
1. Може се припремити магнезијум смањењем хафнијум-тетрахлорида или термичког распадања хафнијум јодида. ХФЦл4 и К2ХФФ6 се такође могу користити као сировине. Процес електролитичке производње у НаЦл КЦл ХФЦЛ4 или К2ХФФ6 је сличан оној електролитичкој производњи цирконијум-а.
2 Хафнијум коегзисти са цирконијумом и не постоји одвојена сировина за Хафниум. Сировина за производњу хафнијума је сирови хафнијум оксид раздвојен током процеса производње цирконијума. Екстракт Хафниум оксид помоћу ИОН Екцханге Срансиса, а затим користите исту методу као што је цирконијум да припреми метални хафнијум из овог хафнијум-оксида.
3. Може се припремити за грејање Хафниум тетрахлоридом (ХФЦл4) са натријумом кроз смањење.
Најранији поступци за одвајање цирконијума и хафнијума били су фракцијска кристализација флуорисаних сложених сложених соли и фракцијских падавина фосфата. Ове методе су гломазна за рад и ограничена су на лабораторијску употребу. Нове технологије за раздвајање цирконијума и хафнијума, као што су дестилација фракционирања, екстракција растварача, ионске размене и адсорпције фракционирања, појавиле су се један за другим, а екстракција растварача је практичнија. Два која је најчешће коришћена система раздвајања су тиоцијанатни циклохексанонски систем и систем трибутил фосфата аронске киселине. Производи добијени горе наведеним методама су сви хафнијум хидроксид, а чисти хафнијум оксид може се добити калцинацијом. Хафнијум високе чистоће може се добити методом размене ионске размене.
У индустрији, производња металног хафнијума често укључује и процес КРОЛЛ-а и процеса Дебора Акера. Процес крола укључује смањење хафнијум тетрахлорида помоћу металног магнезијума:
2МГ + ХФЦЛ4- → 2МГЦЛ2 + ХФ
Дебора Акер метода, такође познат и као метода јодизације, користи се за пречишћавање сунђера попут хафнијума и добитак преласка метала хафниум.
5. Топљење хафнијума је у основи исто као и Зирконијум:
Први корак је распадање руде која укључује три методе: хлорирање циркона за добијање (ЗР, ХФ) Цл. Алкали се топи циркона. Зирцон се топи са НаОХ на око 600, а преко 90% (ЗР, ХФ) о трансформише у (ЗР, ХФ) О, са Сио трансформисаним у Насио, који је растворен у води за уклањање. НА (ЗР, ХФ) О може се користити као оригинално решење за одвајање цирконијума и хафнијума након што се раствори у ХНО-у. Међутим, присуство СиО колоида отежава одвајање екстракције растварача. Синтер са КСИФ-ом и натопите у води да бисте добили К (ЗР, ХФ) Ф раствор. Раствор може да одвоји цирконијум и хафнијум кроз фракцијску кристализацију;
Други корак је одвајање цирконијума и хафнијума, који се може постићи коришћењем метода раздвајања екстракције растварача помоћу хлороводоничне киселине МИБК (метил изобутил кетон) систем и систем ХНО-ТБП (трибутил (трибутил (трибутил фосфат). Технологија мулти-факционе фракције користећи разлику у притиску паре између ХФЦЛ и ЗРЦЛ топи под високим притиском (изнад 20 атмосфера), што може да сачува процес секундарног хлорирања и смањење трошкова. Међутим, због проблема са корозијом (ЗР, ХФ) ЦЛ и ХЦл, није лако пронаћи одговарајуће фракциониране солијске материјале и то ће такође смањити квалитет ЗРЦЛ-а и ХФЦл, повећавајући трошкове пречишћавања. 1970-их је и даље било у средњем фази испитивања биља;
Трећи корак је секундарно хлорирање ХФО-а за добијање сировог ХФЦЛ-а за смањење;
Четврти корак је пречишћавање ХФЦЛ и смањења магнезијума. Овај поступак је исти као и пречишћавање и смањење ЗРЦЛ-а, а резултирајући полупроизвод је груба сунђерана хафниум;
Пети корак је вакуум дистилл сирови сунђерасти хафниум да бисте уклонили МГЦЛ и опоравите вишак метала магнезијума, што резултира готовим производом од сунђераног металног хафнијума. Ако средство за смањење користи натријум уместо магнезијума, петог корака треба променити у урањање воде
Метода складиштења:
Чувати у хладном и вентилираном складишту. Држите се даље од извора искра и извора топлоте. Требало би се чувати одвојено од оксиданса, киселина, халогена итд. И избегавајте мешање складиштења. Користећи експлозије отпорне на расветљење и вентилационе објекте. Забранити употребу механичке опреме и алата који су склони варницама. Површина складиштења треба да буде опремљена одговарајућим материјалима који садрже цури.
Вријеме поште: сеп-25-2023