Hafnium, logam Hf, nomer atom 72, beurat atom 178,49, mangrupakeun logam transisi abu pérak ngagurilap.
Hafnium boga genep isotop stabil alami: hafnium 174, 176, 177, 178, 179, jeung 180. Hafnium teu meta jeung asam hidroklorat éncér, asam sulfat éncér, jeung leyuran basa kuat, tapi larut dina asam hidrofluorat jeung aqua regia. Ngaran unsur asalna tina ngaran Latin Kota Copenhagen.
Dina 1925, kimiawan Swedia Hervey jeung fisikawan Walanda Koster meunang uyah hafnium murni ku kristalisasi fractional uyah kompléks fluorinated, sarta ngurangan eta kalawan natrium logam pikeun ménta hafnium logam murni. Hafnium ngandung 0,00045% kerak bumi sareng sering dikaitkeun sareng zirconium di alam.
Ngaran produk: hafnium
Simbol unsur: Hf
Beurat atom: 178,49
Jenis unsur: unsur logam
Pasipatan fisik:
Hafniumnyaéta logam abu pérak jeung luster logam; Aya dua varian logam hafnium: α Hafnium mangrupakeun varian héksagonal raket dipak (1750 ℃) kalawan suhu transformasi leuwih luhur batan zirconium. Hafnium logam memiliki varian alotrop pada suhu tinggi. Hafnium logam ngagaduhan bagian melintang nyerep neutron anu luhur sareng tiasa dianggo salaku bahan kontrol pikeun réaktor.
Aya dua jenis struktur kristal: bungkusan padet héksagonal dina suhu handap 1300 ℃（ Persamaan α-); Dina suhu luhur 1300 ℃, éta awak dipuseurkeun kubik（ β- Persamaan). A logam kalawan plasticity nu hardens sarta jadi regas dina ayana najis. Stabil dina hawa, ngan darkens dina beungeut cai lamun dibeuleum. Filamén tiasa hurung ku seuneu tina pertandingan. Sipat sarupa zirconium. Teu meta jeung cai, asam éncér, atawa basa kuat, tapi gampang leyur dina aqua regia jeung asam hidrofluorat. Utamana dina sanyawa kalayan valénsi +4. alloy Hafnium (Ta4HfC5) dipikawanoh boga titik lebur pangluhurna (kira-kira 4215 ℃).
Struktur kristal: Sél kristal nyaéta héksagonal
Jumlah CAS: 7440-58-6
Titik lebur: 2227 ℃
Titik didih: 4602 ℃
Sipat kimiawi:
Sipat kimia hafnium pisan sarupa pamadegan zirconium, sarta mibanda résistansi korosi alus tur teu gampang corroded ku asam umum solusi cai alkali; Gampang leyur dina asam hidrofluorat pikeun ngabentuk kompléx fluorinated. Dina suhu anu luhur, hafnium ogé tiasa langsung ngagabung sareng gas sapertos oksigén sareng nitrogén pikeun ngabentuk oksida sareng nitrida.
Hafnium sering gaduh valénsi +4 dina sanyawa. Sanyawa utama nyaétahafnium oksidaHfO2. Aya tilu varian béda tina hafnium oksida:hafnium oksidadiala ku calcination kontinyu hafnium sulfat jeung klorida oksida mangrupakeun varian monoclinic; Oksida hafnium anu diala ku pemanasan hidroksida tina hafnium kira-kira 400 ℃ nyaéta varian tétragonal; Lamun calcined luhur 1000 ℃, varian kubik bisa diala. Sanyawa séjén nyaétahafnium tetraklorida, nu mangrupakeun bahan baku pikeun Nyiapkeun logam hafnium sarta bisa disiapkeun ku ngaréaksikeun gas klorin dina campuran hafnium oksida jeung karbon. Hafnium tetraklorida asup kana cai sarta langsung ngahidrolisis jadi ion HfO (4H2O) 2+ anu kacida stabilna. Ion HfO2+ aya dina loba sanyawa hafnium, sarta bisa crystallize jarum ngawangun hydrated hafnium oxychloride HfOCl2 · 8H2O kristal dina leyuran asam hidroklorat acidified hafnium tetraklorida.
4-valén hafnium ogé rawan ngabentuk kompléx jeung fluorida, diwangun ku K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6, jeung (NH4) 3HfF7. Kompleks ieu parantos dianggo pikeun misahkeun zirconium sareng hafnium.
Sanyawa umum:
Hafnium dioksida: ngaran Hafnium dioksida; Hafnium dioksida; Rumus molekul: HfO2 [4]; Harta: Bubuk bodas kalayan tilu struktur kristal: monoclinic, tetragonal, sareng kubik. Kapadetanna nyaéta 10,3, 10,1, sareng 10,43g / cm3, masing-masing. Titik lebur 2780-2920K. Titik didih 5400K. Koéfisién ékspansi termal 5,8 × 10-6 / ℃. Teu leyur dina cai, asam hidroklorat, jeung asam nitrat, tapi leyur dina asam sulfat pekat jeung asam hidrofluorat. Dihasilkeun ku dékomposisi termal atanapi hidrolisis sanyawa sapertos hafnium sulfat sareng hafnium oxychloride. Bahan baku pikeun produksi logam hafnium sareng alloy hafnium. Dipaké salaku bahan refractory, coatings anti radioaktif, sarta katalis. [5] Tingkat énergi atom HfO nyaéta produk anu dicandak sakaligus nalika ngahasilkeun tingkat énergi atom ZrO. Dimimitian tina klorinasi sekundér, prosés purifikasi, réduksi, sareng distilasi vakum ampir sami sareng zirconium.
Hafnium tetraklorida: Hafnium (IV) klorida, Hafnium tetraklorida Rumus molekul HfCl4 Beurat molekul 320,30 Karakter: Blok kristalin bodas. Sensitip kana kalembaban. Leyur dina aseton jeung métanol. Hidrolisis dina cai pikeun ngahasilkeun hafnium oxychloride (HfOCl2). Panas nepi ka 250 ℃ sarta menguap. Ngairitasi panon, sistem pernapasan, sareng kulit.
Hafnium hidroksida: Hafnium hidroksida (H4HfO4), biasana hadir salaku oksida terhidrasi HfO2 · nH2O, teu leyur dina cai, gampang leyur dina asam anorganik, teu leyur dina amonia, sarta jarang leyur dina natrium hidroksida. Panas nepi ka 100 ℃ pikeun ngahasilkeun hafnium hidroksida HfO (OH) 2. Endapanana hafnium hidroksida bodas bisa diala ku ngaréaksikeun uyah hafnium (IV) jeung cai amonia. Ieu bisa dipaké pikeun ngahasilkeun sanyawa hafnium séjén.
Sajarah Panalungtikan
Sajarah Papanggihan:
Dina 1923, kimiawan Swedia Hervey jeung fisikawan Walanda D. Koster kapanggih hafnium dina zircon dihasilkeun di Norwégia jeung Greenland, sarta ngaranna hafnium, nu asalna tina ngaran Latin Hafnia of Copenhagen. Dina 1925, Hervey jeung Coster misahkeun zirconium jeung titanium ngagunakeun métode kristalisasi fractional uyah kompléks fluorinated pikeun ménta uyah hafnium murni; Jeung ngurangan uyah hafnium jeung natrium logam pikeun ménta hafnium logam murni. Hervey nyiapkeun sampel sababaraha miligram hafnium murni.
Percobaan kimia dina zirconium sareng hafnium:
Dina hiji percobaan anu dilakukeun ku Professor Carl Collins di Universitas Texas di 1998, diklaim yén gamma iradiasi hafnium 178m2 (isomér hafnium-178m2 [7]) bisa ngaleupaskeun énergi gede pisan, nu lima ordo gedena leuwih luhur ti réaksi kimia. tilu ordo gedéna leuwih handap tina réaksi nuklir. [8] Hf178m2 (hafnium 178m2) boga umur pangpanjangna diantara isotop umur panjang sarupa: Hf178m2 (hafnium 178m2) boga satengah hirup 31 taun, hasilna radioaktivitas alam kurang leuwih 1,6 triliun Becquerels. Laporan Collins nyatakeun yén hiji gram Hf178m2 murni (hafnium 178m2) ngandung kira-kira 1330 megajoules, anu sami sareng énergi anu dikaluarkeun ku ledakan 300 kilogram bahan peledak TNT. Laporan Collins nunjukkeun yén sakabéh énérgi dina réaksi ieu dileupaskeun dina bentuk sinar-X atawa sinar gamma, nu ngaleupaskeun énergi dina laju pisan gancang, sarta Hf178m2 (hafnium 178m2) masih bisa meta dina konsentrasi pisan low. [9] Pentagon parantos nyayogikeun dana pikeun panalungtikan. Dina percobaan, rasio sinyal-to-noise pisan low (kalawan kasalahan signifikan), sarta saprak éta, sanajan sababaraha percobaan ku élmuwan ti sababaraha organisasi kaasup Departemen Pertahanan Amérika Sarikat Advanced Projects Badan Panalungtikan (DARPA) jeung JASON Panaséhat Pertahanan. Grup [13], teu aya élmuwan anu tiasa ngahontal réaksi ieu dina kaayaan anu diklaim ku Collins, sareng Collins henteu masihan bukti anu kuat pikeun ngabuktikeun ayana réaksi ieu, Collins ngusulkeun metode ngagunakeun ngainduksi émisi sinar gamma pikeun ngaleupaskeun énergi ti Hf178m2 (hafnium 178m2) [15], tapi élmuwan séjén sacara téoritis ngabuktikeun yén réaksi ieu teu bisa kahontal. [16] Hf178m2 (hafnium 178m2) loba dipercaya di civitas akademika teu jadi sumber énergi.
Widang aplikasi:
Hafnium pohara kapaké alatan kamampuhna pikeun ngaluarkeun éléktron, saperti dipaké salaku filamén dina lampu pijar. Dipaké salaku katoda pikeun tabung sinar-X, sarta alloy hafnium jeung tungsten atawa molybdenum dipaké salaku éléktroda pikeun tabung ngurangan tegangan tinggi. Biasana dianggo dina industri manufaktur kawat katoda sareng tungsten pikeun sinar-X. Hafnium murni mangrupa bahan penting dina industri énergi atom alatan plasticity na, gampang processing, résistansi suhu luhur, sarta lalawanan korosi. Hafnium ngabogaan penampang neutron termal badag sarta mangrupa absorber neutron idéal, nu bisa dipaké salaku rod kontrol jeung alat pelindung pikeun réaktor atom. Bubuk Hafnium tiasa dianggo salaku propelan pikeun rokét. Katoda tina tabung sinar-X tiasa didamel dina industri listrik. alloy Hafnium bisa ngawula salaku lapisan pelindung maju pikeun nozzles rokét sarta glide pesawat ulang Éntri, bari Hf Ta alloy bisa dipaké pikeun rancang baja alat jeung bahan lalawanan. Hafnium dipaké salaku unsur aditif dina alloy tahan panas, kayaning tungsten, molybdenum, sarta tantalum. HfC bisa dipaké salaku aditif pikeun alloy teuas alatan karasa luhur sarta titik lebur. Titik lebur 4TaCHfC kira-kira 4215 ℃, sahingga éta sanyawa anu paling dikenal titik leburna. Hafnium bisa dipaké salaku getter dina loba sistem inflasi. Hafnium getters tiasa ngaleungitkeun gas anu teu dipikabutuh sapertos oksigén sareng nitrogén anu aya dina sistem. Hafnium mindeng dipaké salaku aditif dina minyak hidrolik pikeun nyegah volatilization minyak hidrolik salila operasi-resiko tinggi, sarta mibanda sipat anti volatility kuat. Ku alatan éta, éta umumna dipaké dina minyak hidrolik industri. Minyak hidrolik médis.
Unsur Hafnium ogé dipaké dina Intel panganyarna 45 nanoprocessors. Alatan manufaktur silikon dioksida (SiO2) jeung kamampuhna pikeun ngurangan ketebalan pikeun terus ngaronjatkeun kinerja transistor, pabrik processor ngagunakeun silikon dioksida salaku bahan pikeun diéléktrik Gerbang. Nalika Intel ngenalkeun prosés manufaktur 65 nanometer, sanaos parantos usaha pikeun ngirangan ketebalan diéléktrik gerbang silikon dioksida ka 1,2 nanométer, sami sareng 5 lapisan atom, kasusah konsumsi kakuatan sareng dissipation panas ogé bakal ningkat nalika transistor. diréduksi jadi ukuran hiji atom, hasilna runtah ayeuna jeung énergi panas teu perlu. Ku alatan éta, lamun bahan ayeuna terus dipaké sarta ketebalan nu salajengna ngurangan, leakage tina diéléktrik Gerbang bakal nyata ngaronjatkeun, Bringing handap téhnologi transistor ka wates na. Pikeun ngatasi masalah kritis ieu, Intel ngarencanakeun ngagunakeun bahan K anu langkung kandel (bahan dumasar hafnium) salaku diéléktrik gerbang tibatan silikon dioksida, anu parantos ngirangan bocor langkung ti 10 kali. Dibandingkeun sareng téknologi 65nm generasi saacanna, prosés 45nm Intel ningkatkeun kapadetan transistor ampir dua kali, ngamungkinkeun paningkatan jumlah transistor atanapi pangurangan volume prosésor. Sajaba ti éta, kakuatan diperlukeun pikeun transistor switching leuwih handap, ngurangan konsumsi kakuatan ku ampir 30%. Sambungan internal didamel tina kawat tambaga dipasangkeun sareng diéléktrik k anu rendah, lancar ningkatkeun efisiensi sareng ngirangan konsumsi kakuatan, sareng laju ngalihna sakitar 20% langkung gancang.
Distribusi mineral:
Hafnium gaduh kalimpahan kerak anu langkung luhur tibatan logam anu biasa dianggo sapertos bismut, kadmium, sareng raksa, sareng eusina sami sareng beryllium, germanium, sareng uranium. Sadaya mineral anu ngandung zirconium ngandung hafnium. Zirkon dipaké di industri ngandung 0,5-2% hafnium. The beryllium zircon (Alvite) dina bijih zirconium sekundér bisa ngandung nepi ka 15% hafnium. Aya ogé jenis zircon métamorf, cyrtolite, nu ngandung leuwih 5% HfO. Cadangan dua mineral anu terakhir leutik sareng henteu acan diadopsi dina industri. Hafnium utamana pulih nalika produksi zirconium.
Éta aya dina kalolobaan bijih zirconium. [18] [19] Kusabab eusi kerak bumi saeutik pisan. Ieu sering coexists kalawan zirconium sarta teu mibanda bijih misah.
Métode persiapan:
1. Ieu bisa disiapkeun ku réduksi magnésium of hafnium tetrachloride atawa dékomposisi termal of hafnium iodide. HfCl4 sareng K2HfF6 ogé tiasa dianggo salaku bahan baku. Prosés produksi éléktrolitik dina NaCl KCl HfCl4 atanapi K2HfF6 ngalembereh sami sareng produksi éléktrolitik zirconium.
2. Hafnium coexists kalawan zirconium, sarta euweuh bahan baku misah pikeun hafnium. Bahan baku pikeun manufaktur hafnium nyaeta hafnium oksida atah dipisahkeun salila prosés manufaktur zirconium. Ékstrak hafnium oksida nganggo résin bursa ion, teras nganggo cara anu sami sareng zirconium pikeun nyiapkeun hafnium logam tina hafnium oksida ieu.
3. Ieu bisa disiapkeun ku pemanasan ko hafnium tetrachloride (HfCl4) jeung natrium ngaliwatan réduksi.
Métode pangheubeulna pikeun misahkeun zirconium jeung hafnium nya éta kristalisasi fractional uyah kompléks fluorinated jeung présipitasi fractional fosfat. Métode ieu pajeujeut pikeun dioperasikeun sareng dugi ka pamakean laboratorium. Téknologi anyar pikeun misahkeun zirconium sareng hafnium, sapertos distilasi fraksinasi, ékstraksi pelarut, bursa ion, sareng adsorpsi fraksinasi, parantos muncul hiji-hiji, kalayan ékstraksi pelarut langkung praktis. Dua sistem pemisahan anu biasa dianggo nyaéta sistem sikloheksanone tiosianat sareng sistem asam nitrat tributil fosfat. Produk anu diala ku metode di luhur mangrupikeun hafnium hidroksida, sareng hafnium oksida murni tiasa didapet ku kalsinasi. Hafnium purity tinggi bisa dimeunangkeun ku métode bursa ion.
Dina industri, produksi hafnium logam mindeng ngalibetkeun duanana prosés Kroll jeung prosés Debor Aker. Prosés Kroll ngalibatkeun réduksi hafnium tetraklorida ngagunakeun magnésium logam:
2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf
Métode Debor Aker, ogé katelah métode iodisasi, dipaké pikeun ngamurnikeun bolu kawas hafnium sarta ménta hafnium logam malleable.
5. Peleburan hafnium dasarna sami sareng zirkonium:
Hambalan munggaran nyaéta dékomposisi bijih, nu ngalibatkeun tilu métode: klorinasi zirkon pikeun ménta (Zr, Hf) Cl. Lebur alkali tina zirkon. Zirkon lebur jeung NaOH sakitar 600, sarta leuwih 90% tina (Zr, Hf) O robah jadi Na (Zr, Hf) O, jeung SiO robah jadi NaSiO, nu leyur dina cai pikeun ngaleupaskeun. Na (Zr, Hf) O bisa dipaké salaku solusi aslina pikeun misahkeun zirconium jeung hafnium sanggeus leyur dina HNO. Sanajan kitu, ayana koloid SiO ngajadikeun separation ékstraksi pangleyur hésé. Sinter kalawan KSiF sarta soak dina cai pikeun ménta K (Zr, Hf) solusi F. Leyuran bisa misahkeun zirconium na hafnium ngaliwatan kristalisasi fractional;
Lengkah kadua nyaéta separation of zirconium na hafnium, nu bisa dihontal ngagunakeun métode separation ékstraksi pangleyur ngagunakeun sistem MIBK asam hidroklorat (métil isobutyl keton) jeung HNO-TBP (tributil fosfat). Téknologi fraksinasi multi-tahap ngagunakeun bédana tekanan uap antara HfCl sareng ZrCl ngalebur dina tekanan anu luhur (di luhur 20 atmosfir) parantos lami ditaliti, anu tiasa ngahémat prosés klorinasi sekundér sareng ngirangan biaya. Nanging, kusabab masalah korosi (Zr, Hf) Cl sareng HCl, henteu gampang mendakan bahan kolom fraksinasi anu cocog, sareng éta ogé bakal ngirangan kualitas ZrCl sareng HfCl, ningkatkeun biaya purifikasi. Dina taun 1970-an, éta kénéh dina tahap nguji tutuwuhan panengah;
Lengkah katilu nyaéta klorinasi sekundér HfO pikeun meunangkeun HfCl atah pikeun réduksi;
Léngkah kaopat nyaéta purifikasi HfCl sareng réduksi magnésium. Proses ieu sami sareng purifikasi sareng réduksi ZrCl, sareng produk semi-rengse anu dihasilkeun nyaéta hafnium bolu kasar;
Léngkah kalima nyaéta nyulingan vakum hafnium bolu atah pikeun miceun MgCl sareng pulih magnésium logam kaleuwihan, hasilna produk bérés tina hafnium logam bolu. Lamun agén réduksi ngagunakeun natrium tinimbang magnésium, lengkah kalima kudu dirobah jadi immersion cai
Métode Panyimpenan:
Nyimpen dina gudang tiis tur ventilated. Jauhkeun tina sparks sareng sumber panas. Eta kudu disimpen misah ti oksidan, asam, halogén, jsb, sarta ulah aya campuran gudang. Ngagunakeun lampu-bukti ledakan jeung fasilitas ventilasi. Nyaram pamakéan alat-alat mékanis jeung parabot nu rawan sparks. Wewengkon panyimpen kedah dilengkepan ku bahan anu cocog pikeun ngandung bocor.
waktos pos: Sep-25-2023