Hafnium, Metal HF, nambari ya atomiki 72, uzani wa atomiki 178.49, ni chuma cha mpito cha kijivu cha fedha.
Hafnium ina isotopu sita za asili: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179, na 180. Hafnium haina kuguswa na asidi ya hydrochloric, kuongeza asidi ya sulfuri, na suluhisho kali za alkali, lakini ni mumunyifu katika asidi ya hydrofluoric na asidi. Jina la kipengee linatoka kwa jina la Kilatini la Copenhagen City.
Mnamo 1925, mtaalam wa dawa wa Uswidi Hervey na mwanafizikia wa Uholanzi Koster walipata chumvi safi ya hafnium na fuwele ya chumvi ngumu, na kuipunguza na sodiamu ya chuma kupata hafnium safi ya chuma. Hafnium ina 0.00045% ya ukoko wa Dunia na mara nyingi huhusishwa na zirconium katika maumbile.
Jina la bidhaa: Hafnium
Alama ya kipengele: HF
Uzito wa Atomiki: 178.49
Aina ya kipengee: Metallic Element
Mali ya mwili:
Hafniumni chuma kijivu cha fedha na luster ya metali; Kuna anuwai mbili za chuma hafnium: α hafnium ni lahaja iliyojaa karibu (1750 ℃) na joto la juu la mabadiliko kuliko zirconium. Metal hafnium ina anuwai tofauti kwa joto la juu. Metal Hafnium ina sehemu ya juu ya kunyonya ya neutron na inaweza kutumika kama nyenzo ya kudhibiti kwa athari.
Kuna aina mbili za miundo ya kioo: upakiaji mnene wa hexagonal chini ya joto chini ya 1300 ℃ （α- equation); Katika joto zaidi ya 1300 ℃, ni mwili wa ujazo （β- equation). Chuma na plastiki ambayo inafanya ugumu na inakuwa brittle mbele ya uchafu. Imetulia hewani, hutia giza tu juu ya uso wakati umechomwa. Filamu zinaweza kuwashwa na moto wa mechi. Mali sawa na zirconium. Haina kuguswa na maji, kuongeza asidi, au besi zenye nguvu, lakini ni mumunyifu kwa urahisi katika regia ya aqua na asidi ya hydrofluoric. Hasa katika misombo na+4 valence. Hafnium alloy (TA4HFC5) inajulikana kuwa na kiwango cha juu zaidi cha kuyeyuka (takriban 4215 ℃).
Muundo wa Crystal: Kiini cha kioo ni hexagonal
Nambari ya CAS: 7440-58-6
Uhakika wa kuyeyuka: 2227 ℃
Kiwango cha kuchemsha: 4602 ℃
Mali ya kemikali:
Sifa za kemikali za hafnium ni sawa na zile za zirconium, na ina upinzani mzuri wa kutu na haijasababishwa kwa urahisi na suluhisho la maji ya alkali ya jumla; Kwa urahisi mumunyifu katika asidi ya hydrofluoric kuunda tata za fluorinated. Kwa joto la juu, hafnium pia inaweza kuchanganya moja kwa moja na gesi kama vile oksijeni na nitrojeni kuunda oksidi na nitride.
Hafnium mara nyingi huwa na+4 valence katika misombo. Kiwanja kikuu niHafnium oxideHFO2. Kuna anuwai tatu tofauti za oksidi ya hafnium:Hafnium oxideInapatikana kwa hesabu inayoendelea ya sulfate ya hafnium na oksidi ya kloridi ni lahaja ya monoclinic; Oksidi ya hafnium inayopatikana kwa kupokanzwa hydroxide ya hafnium karibu 400 ℃ ni lahaja ya tetragonal; Ikiwa imewekwa juu ya 1000 ℃, lahaja ya ujazo inaweza kupatikana. Kiwanja kingine niHafnium tetrachloride, ambayo ni malighafi ya kuandaa hafnium ya chuma na inaweza kutayarishwa kwa kuguswa na gesi ya klorini kwenye mchanganyiko wa oksidi ya hafnium na kaboni. Hafnium tetrachloride inawasiliana na maji na mara moja hydrolyzes ndani ya HFO thabiti (4H2O) 2+ions. HFO2+ions zipo katika misombo mingi ya hafnium, na inaweza kuweka sindano iliyochorwa hydrate hafnium oxychloride HfoCl2 · 8H2O fuwele katika suluhisho la hydrochloric acidified hafnium tetrachloride.
4-Valent Hafnium pia inakabiliwa na kuunda muundo na fluoride, inayojumuisha K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6, na (NH4) 3HFF7. Maumbile haya yametumika kwa mgawanyo wa zirconium na hafnium.
Misombo ya kawaida:
Hafnium dioxide: jina hafnium dioxide; Hafnium dioksidi; Mfumo wa Masi: HFO2 [4]; Mali: Poda nyeupe na miundo mitatu ya kioo: monoclinic, tetragonal, na ujazo. Uzani ni 10.3, 10.1, na 10.43g/cm3, mtawaliwa. Uhakika wa kuyeyuka 2780-2920k. Kiwango cha kuchemsha 5400k. Mchanganyiko wa upanuzi wa mafuta 5.8 × 10-6/℃. Isiyoingiliana katika maji, asidi ya hydrochloric, na asidi ya nitriki, lakini mumunyifu katika asidi ya sulfuri na asidi ya hydrofluoric. Zinazozalishwa na mtengano wa mafuta au hydrolysis ya misombo kama vile sulfate ya hafnium na oxychloride ya hafnium. Malighafi kwa utengenezaji wa hafnium na hafnium aloi. Inatumika kama vifaa vya kinzani, mipako ya kupambana na mionzi, na vichocheo. [5] kiwango cha nishati ya atomiki HFO ni bidhaa inayopatikana wakati huo huo wakati wa kutengeneza kiwango cha nishati ya atomiki ZRO. Kuanzia klorini ya sekondari, michakato ya utakaso, kupunguzwa, na kunereka kwa utupu ni sawa na ile ya zirconium.
Hafnium tetrachloride: Hafnium (iv) kloridi, Hafnium tetrachloride formula HFCl4 uzito wa Masi 320.30 Tabia: White Crystalline block. Nyeti kwa unyevu. Mumunyifu katika asetoni na methanoli. Hydrolyze katika maji ili kutoa oxychloride ya hafnium (HFOCL2). Joto hadi 250 ℃ na kuyeyuka. Inakera kwa macho, mfumo wa kupumua, na ngozi.
Hafnium hydroxide: Hafnium hydroxide (H4HFO4), kawaida hupo kama oksidi ya oksidi HFO2 · NH2O, haina maji katika maji, kwa urahisi mumunyifu katika asidi ya isorganic, isiyoingiliana katika amonia, na mara chache mumunyifu katika sodium hydroxide. Joto hadi 100 ℃ ili kutoa hydroxide hfoxide hfo (OH) 2. White hafnium hydroxide precipitate inaweza kupatikana kwa kugusa chumvi ya hafnium (IV) na maji ya amonia. Inaweza kutumika kutengeneza misombo mingine ya hafnium.
Historia ya utafiti
Historia ya Ugunduzi:
Mnamo 1923, mtaalam wa dawa wa Uswidi Hervey na mwanafizikia wa Uholanzi D. Koster aligundua Hafnium katika zircon iliyotengenezwa huko Norway na Greenland, na akaiita Hafnium, ambayo ilitoka kwa jina la Kilatini Hafnia ya Copenhagen. Mnamo 1925, Hervey na Coster walitenganisha zirconium na titanium kwa kutumia njia ya fuwele ya chumvi ngumu ili kupata chumvi safi ya hafnium; Na kupunguza chumvi ya hafnium na sodiamu ya metali kupata hafnium safi ya chuma. Hervey aliandaa sampuli ya milligram kadhaa za hafnium safi.
Majaribio ya kemikali kwenye zirconium na hafnium:
Katika jaribio lililofanywa na Profesa Carl Collins katika Chuo Kikuu cha Texas mnamo 1998, ilidaiwa kwamba gamma iliwasha Hafnium 178m2 (isomer hafnium-178m2 [7]) inaweza kutolewa nishati kubwa, ambayo ni maagizo matano ya ukubwa wa juu kuliko athari za kemikali lakini maagizo matatu ya ukubwa wa chini kuliko athari za nyuklia. . Ripoti ya Collins inasema kwamba gramu moja ya HF178M2 safi (Hafnium 178m2) ina takriban 1330 megajoules, ambayo ni sawa na nishati iliyotolewa na mlipuko wa kilo 300 za milipuko ya TNT. Ripoti ya Collins inaonyesha kuwa nishati yote katika majibu haya hutolewa kwa njia ya mionzi ya X au mionzi ya gamma, ambayo hutolewa nishati kwa kiwango cha haraka sana, na HF178m2 (Hafnium 178m2) bado inaweza kuguswa kwa viwango vya chini sana. [9] Pentagon imetenga fedha za utafiti. In the experiment, the signal-to-noise ratio was very low (with significant errors), and since then, despite multiple experiments by scientists from multiple organizations including the United States Department of Defense Advanced Projects Research Agency (DARPA) and JASON Defense Advisory Group [13], no scientist has been able to achieve this reaction under the conditions claimed by Collins, and Collins has not provided strong evidence to prove the existence of this reaction, Collins proposed a method of using induced Utoaji wa gamma ray kutolewa nishati kutoka HF178m2 (Hafnium 178m2) [15], lakini wanasayansi wengine wamethibitisha kinadharia kwamba athari hii haiwezi kufikiwa. [16] HF178M2 (Hafnium 178m2) inaaminika sana katika jamii ya wasomi sio chanzo cha nishati
Uwanja wa maombi:
Hafnium ni muhimu sana kwa sababu ya uwezo wake wa kutoa elektroni, kama vile inavyotumika kama filimbi katika taa za incandescent. Inatumika kama cathode ya zilizopo za X-ray, na aloi za hafnium na tungsten au molybdenum hutumiwa kama elektroni kwa zilizopo za kutokwa kwa voltage. Inatumika kawaida katika tasnia ya utengenezaji wa waya wa cathode na tungsten kwa mionzi ya X. Hafnium safi ni nyenzo muhimu katika tasnia ya nishati ya atomiki kwa sababu ya uboreshaji wake, usindikaji rahisi, upinzani wa joto la juu, na upinzani wa kutu. Hafnium ina sehemu kubwa ya kukamata mafuta ya neutron na ni njia bora ya neutron, ambayo inaweza kutumika kama fimbo ya kudhibiti na kifaa cha kinga kwa athari za atomiki. Poda ya Hafnium inaweza kutumika kama propellant kwa makombora. Cathode ya zilizopo za X-ray zinaweza kutengenezwa katika tasnia ya umeme. Aloi ya Hafnium inaweza kutumika kama safu ya mbele ya kinga ya nozzles za roketi na ndege ya kuingia tena, wakati HF TA aloi inaweza kutumika kutengeneza vifaa vya chuma na vifaa vya kupinga. Hafnium hutumiwa kama kipengee cha kuongeza katika aloi isiyo na joto, kama tungsten, molybdenum, na tantalum. HFC inaweza kutumika kama nyongeza kwa aloi ngumu kwa sababu ya ugumu wake wa hali ya juu na kiwango cha kuyeyuka. Sehemu ya kuyeyuka ya 4TachFC ni takriban 4215 ℃, na kuifanya kuwa kiwanja na kiwango cha juu kinachojulikana zaidi. Hafnium inaweza kutumika kama kiboreshaji katika mifumo mingi ya mfumko. Vipu vya hafnium vinaweza kuondoa gesi zisizo za lazima kama vile oksijeni na nitrojeni zilizopo kwenye mfumo. Hafnium mara nyingi hutumiwa kama nyongeza katika mafuta ya majimaji kuzuia volatilization ya mafuta ya majimaji wakati wa shughuli za hatari kubwa, na ina mali kali ya kupambana na tete. Kwa hivyo, kwa ujumla hutumiwa katika mafuta ya majimaji ya viwandani. Mafuta ya majimaji ya matibabu.
Sehemu ya Hafnium pia hutumiwa katika nanoprocessors ya hivi karibuni ya Intel 45. Kwa sababu ya utengenezaji wa dioksidi ya silicon (SiO2) na uwezo wake wa kupunguza unene ili kuboresha utendaji wa transistor, wazalishaji wa processor hutumia dioksidi ya silicon kama nyenzo za dielectrics za lango. Wakati Intel ilipoanzisha mchakato wa utengenezaji wa nanometer 65, ingawa ilifanya kila juhudi kupunguza unene wa dielectric ya lango la silicon hadi nanometers 1.2, sawa na tabaka 5 za atomi, ugumu wa nguvu na utaftaji wa joto pia ungeongezeka wakati transistor ilipunguzwa kwa saizi ya atomu, kwa sababu ya taka za sasa. Kwa hivyo, ikiwa vifaa vya sasa vinaendelea kutumiwa na unene umepunguzwa zaidi, kuvuja kwa dielectric ya lango kutaongezeka sana, na kuleta teknolojia ya transistor kwa mipaka yake. Ili kushughulikia suala hili muhimu, Intel ina mpango wa kutumia vifaa vya juu vya K (vifaa vya msingi wa Hafnium) kama dielectrics za lango badala ya dioksidi ya silicon, ambayo imepunguza uvujaji kwa zaidi ya mara 10. Ikilinganishwa na kizazi cha zamani cha teknolojia ya 65nm, mchakato wa Intel's 45nm huongeza wiani wa transistor kwa karibu mara mbili, ikiruhusu kuongezeka kwa idadi ya transistors au kupunguzwa kwa kiwango cha processor. Kwa kuongezea, nguvu inayohitajika kwa kubadili transistor ni ya chini, kupunguza matumizi ya nguvu na karibu 30%. Viunganisho vya ndani vinatengenezwa kwa waya za shaba zilizowekwa na dielectric ya chini ya K, inaboresha vizuri ufanisi na kupunguza matumizi ya nguvu, na kasi ya kubadili ni karibu 20% haraka
Usambazaji wa madini:
Hafnium ina wingi wa juu kuliko metali zinazotumiwa kama vile bismuth, cadmium, na zebaki, na ni sawa katika yaliyomo kwa beryllium, germanium, na urani. Madini yote yaliyo na zirconium yana hafnium. Zircon inayotumiwa katika tasnia ina 0.5-2% hafnium. Zircon ya beryllium (alvite) katika ore ya zirconium ya sekondari inaweza kuwa na hadi 15% hafnium. Kuna pia aina ya zircon ya metamorphic, cyrtolite, ambayo ina zaidi ya 5% HFO. Akiba ya madini mawili ya mwisho ni ndogo na bado hayajapitishwa katika tasnia. Hafnium hupatikana wakati wa utengenezaji wa zirconium.
Inapatikana katika ores nyingi za zirconium. [18] [19] Kwa sababu kuna yaliyomo kidogo kwenye ukoko. Mara nyingi hukaa na zirconium na haina ore tofauti.
Njia ya maandalizi:
1. Inaweza kutayarishwa na kupunguzwa kwa magnesiamu ya hafnium tetrachloride au mtengano wa mafuta wa iodide ya hafnium. HFCL4 na K2HFF6 pia inaweza kutumika kama malighafi. Mchakato wa uzalishaji wa elektroni katika NaCl KCl HFCL4 au K2HFF6 kuyeyuka ni sawa na ile ya uzalishaji wa elektroni wa zirconium.
2. Hafnium coexists na zirconium, na hakuna malighafi tofauti kwa hafnium. Malighafi ya utengenezaji wa hafnium ni oksidi ya hafnium iliyotengwa wakati wa mchakato wa utengenezaji wa zirconium. Dondoo oksidi ya hafnium kwa kutumia resin ya kubadilishana ya ion, na kisha utumie njia ile ile kama zirconium kuandaa hafnium ya chuma kutoka kwa oksidi hii ya hafnium.
3. Inaweza kutayarishwa na CO inapokanzwa hafnium tetrachloride (HFCL4) na sodiamu kupitia kupunguzwa.
Njia za mwanzo kabisa za kutenganisha zirconium na hafnium zilikuwa fuwele za kung'aa za chumvi tata za umeme na hali ya hewa ya phosphates. Njia hizi ni ngumu kufanya kazi na ni mdogo kwa matumizi ya maabara. Teknolojia mpya za kutenganisha zirconium na hafnium, kama vile kunereka kwa sehemu, uchimbaji wa kutengenezea, ubadilishanaji wa ion, na adsorption ya kugawanyika, zimeibuka moja baada ya nyingine, na uchimbaji wa kutengenezea kuwa wa vitendo zaidi. Mifumo miwili inayotumika ya kujitenga ni mfumo wa thiocyanate cyclohexanone na mfumo wa asidi ya asidi ya tributyl. Bidhaa zilizopatikana kwa njia hapo juu zote ni hydroxide ya hafnium, na oksidi safi ya hafnium inaweza kupatikana kwa hesabu. Hafnium ya usafi wa hali ya juu inaweza kupatikana kwa njia ya kubadilishana ya ion.
Katika tasnia, utengenezaji wa hafnium ya chuma mara nyingi hujumuisha mchakato wa Kroll na mchakato wa Debor Aker. Mchakato wa Kroll unajumuisha kupunguzwa kwa tetrachloride ya hafnium kwa kutumia magnesiamu ya metali:
2mg+HFCL4- → 2MGCL2+HF
Njia ya Debor Aker, pia inajulikana kama njia ya iodization, hutumiwa kusafisha sifongo kama hafnium na kupata hafnium ya chuma.
5. Kutabasamu kwa hafnium kimsingi ni sawa na ile ya zirconium:
Hatua ya kwanza ni mtengano wa ore, ambayo inajumuisha njia tatu: klorini ya zircon kupata (ZR, HF) Cl. Alkali kuyeyuka kwa zircon. Zircon inayeyuka na NaOH karibu 600, na zaidi ya 90% ya (Zr, HF) o hubadilika kuwa Na (Zr, HF) O, na SIO ilibadilishwa kuwa Nasio, ambayo hufutwa kwa maji kwa kuondolewa. Na (ZR, HF) O inaweza kutumika kama suluhisho la asili la kutenganisha zirconium na hafnium baada ya kufutwa katika HNO. Walakini, uwepo wa Colloids za SIO hufanya utenganisho wa utengenezaji wa kutengenezea kuwa ngumu. Sinter na KSIF na loweka katika maji kupata suluhisho la K (Zr, HF) F. Suluhisho linaweza kutenganisha zirconium na hafnium kupitia fuwele ya fractional;
Hatua ya pili ni mgawanyo wa zirconium na hafnium, ambayo inaweza kupatikana kwa kutumia njia za utenganisho za utengenezaji wa kutengenezea kutumia mfumo wa hydrochloric Acid MIBK (Methyl isobutyl ketone) na mfumo wa HNO-TBP (Tributyl phosphate). Teknolojia ya kugawanyika kwa hatua nyingi kwa kutumia tofauti ya shinikizo la mvuke kati ya HFCL na ZRCL kuyeyuka chini ya shinikizo kubwa (juu ya anga 20) kwa muda mrefu imesomwa, ambayo inaweza kuokoa mchakato wa klorini ya sekondari na kupunguza gharama. Walakini, kwa sababu ya shida ya kutu ya (ZR, HF) Cl na HCl, sio rahisi kupata vifaa vya safu ya sehemu inayofaa, na pia itapunguza ubora wa ZRCL na HFCL, kuongezeka kwa gharama ya utakaso. Mnamo miaka ya 1970, ilikuwa bado katika hatua ya upimaji wa mmea wa kati;
Hatua ya tatu ni chlorination ya sekondari ya HFO kupata HFCL isiyosafishwa kwa kupunguzwa;
Hatua ya nne ni utakaso wa HFCL na kupunguzwa kwa magnesiamu. Utaratibu huu ni sawa na utakaso na kupunguzwa kwa ZRCL, na bidhaa iliyomalizika ni kumaliza kwa sifongo hafnium;
Hatua ya tano ni kutoa utupu wa sifongo cha sifongo ili kuondoa MgCl na kupona magnesiamu ya chuma, na kusababisha bidhaa iliyomalizika ya sifongo chuma. Ikiwa wakala wa kupunguza hutumia sodiamu badala ya magnesiamu, hatua ya tano inapaswa kubadilishwa kuwa kuzamishwa kwa maji
Njia ya kuhifadhi:
Hifadhi katika ghala la baridi na lenye hewa. Weka mbali na cheche na vyanzo vya joto. Inapaswa kuhifadhiwa kando na vioksidishaji, asidi, halojeni, nk, na epuka uhifadhi wa kuchanganya. Kutumia taa za mlipuko na vifaa vya uingizaji hewa. Kukataza utumiaji wa vifaa vya mitambo na vifaa ambavyo vinakabiliwa na cheche. Sehemu ya kuhifadhi inapaswa kuwa na vifaa vya vifaa vinavyofaa kuwa na uvujaji.
Wakati wa chapisho: SEP-25-2023