Hafnium, metal Hf, atom belgisi 72, atom agramy 178.49, ýalpyldawuk kümüş çal çal metal.
Hafniumyň tebigy taýdan durnukly alty izotopy bar: 174, 176, 177, 178, 179 we 180. Hafnium suwuk gidroklor kislotasy, kükürt kislotasy we güýçli aşgar erginleri bilen reaksiýa bermeýär, ýöne gidroflorik kislotada we akwa regiýada erär.Elementiň ady Kopengagen şäheriniň latyn adyndan gelýär.
1925-nji ýylda şwesiýaly himik Herweý we Gollandiýaly fizik Koster ftorly çylşyrymly duzlaryň fraksiýa kristallaşmagy arkaly arassa hafniý duzuny aldylar we arassa metal hafniý almak üçin metal natriý bilen azaldylar.Hafnium ýer gabygynyň 0.00045% -ini öz içine alýar we köplenç tebigatda sirkonium bilen baglanyşyklydyr.
Önümiň ady: hafnium
Elementiň nyşany: Hf
Atom agramy: 178.49
Elementiň görnüşi: metal element
Fiziki aýratynlyklary:
Hafniummetal ýalpyldawuk kümüş çal metal;Metal hafniumyň iki görnüşi bar: ff Hafnium, sirkoniumdan has ýokary özgeriş temperaturasy bolan altyburçluk bilen ýakyn gaplanan görnüşdir (1750 ℃).Metal hafniumyň ýokary temperaturada allotrop görnüşleri bar.Metal hafnium ýokary neýtron siňdiriş kesişine eýe we reaktorlar üçin gözegçilik materialy hökmünde ulanylyp bilner.
Kristal gurluşlaryň iki görnüşi bar: 1300 below below α- Deňlikden pes temperaturalarda altyburç dykyz gaplama;1300 above-dan ýokary temperaturada, beden merkezi kub （β- Deňlik).Hapalyklaryň barlygynda gatylaşýan we döwülýän plastisitli metal.Howada durnukly, ýakylanda diňe ýüzünde garaňky bolýar.Filamentleri oýnuň alawy tutaşdyryp biler.Sirkoniuma meňzeş häsiýetler.Suw, suwuk kislotalar ýa-da güýçli esaslar bilen reaksiýa bermeýär, ýöne akwa regiýasynda we gidroflorik kislotada aňsatlyk bilen ereýär.Esasan + 4 walentli birleşmelerde.Hafniý ergininiň (Ta4HfC5) iň ýokary ereýän nokady (takmynan 4215 ℃) barlygy mälimdir.
Kristal gurluşy: Kristal öýjük altyburçlukdyr
CAS belgisi: 7440-58-6
Eriş nokady: 2227 ℃
Gaýnadyş nokady: 4602 ℃
Himiki aýratynlyklary:
Hafniniň himiki aýratynlyklary sirkoniuma gaty meňzeýär we gowy poslama garşylygy bar we umumy kislotaly aşgar suw erginleri bilen aňsat poslamaýar;Ftorly toplumlary emele getirmek üçin gidroflorik kislotada aňsatlyk bilen ereýär.Highokary temperaturada hafniý kislorod we azot ýaly gazlar bilen göni birleşip, oksidleri we nitridleri emele getirip biler.
Hafnium köplenç birleşmelerde + 4 walentine eýe.Esasy birleşmehafniý oksidiHfO2.Hafnium oksidiniň üç dürli görnüşi bar:hafniý oksidiHafniý sulfaty we hlorid oksidini üznüksiz hasaplamak arkaly alnan monokliniki warianty;Hafniumyň gidroksidini 400 around töweregi gyzdyrmak arkaly alnan hafniý oksidi tetragonal görnüşdir;1000 above-dan ýokary hasaplansa, kub warianty alyp bolýar.Başga bir goşundyhafnium tetrahloridmetal hafniý taýýarlamak üçin çig mal bolup, hafni oksidi bilen uglerodyň garyndysyna hlor gazyny reaksiýa bilen taýýarlap bolýar.Hafnium tetrahlorid suw bilen gatnaşyga girýär we derrew ýokary durnukly HfO (4H2O) 2 + ionlaryna gidroliz edýär.HfO2 + ionlary hafniniň köp birleşmelerinde bar we iňňe şekilli gidratly hafniý oksiklorid HfOCl2 · 8H2O kristallaryny gidroklor kislotasy kislotaly hafnium tetrahlorid ergininde kristallaşdyryp biler.
4 walentli hafniý, şeýle hem K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6 we (NH4) 3HfF7-den ybarat ftoridli toplumlary emele getirýär.Bu toplumlar sirkonium bilen hafniýany bölmek üçin ulanyldy.
Umumy birleşmeler:
Hafnium dioksidi: ady Hafnium dioksidi;Hafnium dioksidi;Molekulýar formula: HfO2 [4];Emläk: Üç sany hrustal gurluşly ak poroşok: monoklin, tetragonal we kub.Dykyzlygy degişlilikde 10.3, 10.1 we 10.43g / cm3.Eriş nokady 2780-2920K.Gaýnadyş nokady 5400K.Malylylyk giňelme koeffisiýenti 5.8 × 10-6 / ℃.Suwda, gidroklor turşusynda we azot kislotasynda eräp bilmeýär, ýöne konsentrirlenen kükürt kislotasynda we gidroflor kislotasynda ereýär.Hafniý sulfat we hafniý oksiklorid ýaly birleşmeleriň ýylylyk bölünişi ýa-da gidrolizi bilen öndürilýär.Metal hafniý we hafniý erginlerini öndürmek üçin çig mal.Çekişme materiallary, radioaktiw örtükler we katalizatorlar hökmünde ulanylýar.[5] Atom energiýasy derejesi HfO, atom energiýa derejesi ZrO öndürilende bir wagtda alnan önüm.Ikinji derejeli hlorlaşmakdan başlap, arassalamak, azaltmak we wakuum distillasiýasy sirkonium bilen deňeşdirilýär.
Hafnium tetrahlorid: Hafnium (IV) hlorid, Hafnium tetrahlorid Molekulýar formula HfCl4 Molekulýar agramy 320.30 Nyşan: Ak kristal blok.Çyglylyga duýgur.Asetonda we metanolda ereýär.Hafniý oksiklorid (HfOCl2) öndürmek üçin suwda gidroliz.250 to çenli gyzdyryň we bugarmaly.Gözlere, dem alyş ulgamlaryna we derä gahary gelýär.
Hafnium gidroksidi: Adatça gidratlanan oksid HfO2 · nH2O hökmünde bar bolan Hafnium gidroksidi (H4HfO4) suwda eräp bilmeýär, organiki däl kislotalarda aňsat eräp bilýär, ammiakda eräp bilmeýär we natriý gidroksidde seýrek ereýär.Hafniý gidroksidi HfO (OH) öndürmek üçin 100 to çenli ýylylyk 2. Ak hafniý gidroksid çökündilerini ammiak suwy bilen hafnium (IV) duzlamak arkaly alyp bolýar.Beýleki hafniý birleşmelerini öndürmek üçin ulanylyp bilner.
Gözleg taryhy
Açyş taryhy:
1923-nji ýylda şwesiýaly himik Herweý we Gollandiýaly fizik D.Koster Norwegiýada we Grenlandiýada öndürilen sirkonda hafniýany tapdylar we oňa Kopengageniň Hafnia latyn adyndan gelip çykan hafnium diýip at berdiler.1925-nji ýylda Herweý we Koster arassa hafniý duzlaryny almak üçin ftorly çylşyrymly duzlaryň fraksiýa kristallaşdyryş usulyny ulanyp, sirkony we titany bölüpdirler;Arassa metal hafniý almak üçin hafniý duzuny metal natriý bilen azaldyň.Herweý birnäçe milligram arassa hafniniň nusgasyny taýýarlady.
Zirkonium we hafniý boýunça himiki synaglar:
1998-nji ýylda Tehas uniwersitetinde professor Karl Kollins tarapyndan geçirilen synagda gamma şöhlelenýän hafnium 178m2 (izomer hafnium-178m2 [7]) ägirt uly energiýa çykaryp biljekdigi öňe sürüldi, bu himiki reaksiýalardan bäş ululyk ululygydyr, ýöne ýadro reaksiýalaryndan pes ululykdaky üç sargyt.]Kollinziň hasabatynda bir gram arassa Hf178m2 (hafnium 178m2) takmynan 1330 megajoul bar diýilýär, bu 300 kilogram TNT partlaýjy maddanyň partlamagy netijesinde çykarylan energiýa deňdir.Kollinsiň hasabaty, bu reaksiýadaky ähli energiýanyň aşa çalt tizlikde çykýan rentgen ýa-da gamma şöhleleri görnüşinde çykýandygyny we Hf178m2 (hafnium 178m2) henizem gaty pes konsentrasiýalarda täsir edip biljekdigini görkezýär.[9] Pentagon gözleg üçin serişde bölüp berdi.Synagda, signalyň sesine gatnaşygy gaty pesdi (möhüm ýalňyşlyklar bilen) we şondan bäri Amerikanyň Birleşen Ştatlarynyň Goranmak ministrliginiň Öňdebaryjy taslamalar gözleg gullugy (DARPA) we JASON Goranmak Geňeşi ýaly birnäçe guramanyň alymlarynyň birnäçe synaglaryna garamazdan. Topar [13], hiç bir alym Kollinsiň talap eden şertlerinde bu reaksiýany gazanyp bilmedi we Kollins bu reaksiýanyň bardygyny subut etmek üçin güýçli subutnama bermedi, Kollins energiýany çykarmak üçin induksiýa gamma şöhlelerini ulanmagyň usulyny teklip etdi Hf178m2 (hafnium 178m2) [15], ýöne beýleki alymlar bu reaksiýanyň gazanyp bolmajakdygyny teoretiki taýdan subut etdiler.[16] Hf178m2 (hafnium 178m2) akademiki jemgyýetde energiýa çeşmesi däldigine giňden ynanýarlar
Arza meýdany:
Hafnium, akkor lampalarda süzgüç ýaly ulanylýan elektronlary çykarmak ukyby sebäpli örän peýdalydyr.Rentgen turbalary üçin katod, hafniý we wolfram ýa-da molibden erginleri ýokary woltly akym turbalary üçin elektrod hökmünde ulanylýar.Katod we wolfram sim öndürmek pudagynda rentgen şöhleleri üçin köplenç ulanylýar.Arassa hafniý, plastikligi, aňsat işlenmegi, ýokary temperatura garşylygy we poslama garşylygy sebäpli atom energiýasy pudagynda möhüm materialdyr.Hafnium uly termiki neýtron tutma kesişine eýe bolup, atom reaktorlary üçin gözegçilik çybygy we gorag enjamy hökmünde ulanylyp bilinjek ideal neýtron sorujydyr.Hafniý tozy, raketalar üçin hereketlendiriji hökmünde ulanylyp bilner.Rentgen turbalarynyň katody elektrik pudagynda öndürilip bilner.Hafniý garyndysy, raketa burunlary we süýşmek üçin gaýtadan uçar üçin gorag gatlagy bolup biler, Hf Ta garyndysy bolsa polat we garşylyk materiallaryny öndürmek üçin ulanylyp bilner.Hafniý wolfram, molibden we tantal ýaly ýylylyga çydamly erginlerde goşundy elementi hökmünde ulanylýar.HfC gaty gatylygy we ereýän nokady sebäpli gaty erginlere goşundy hökmünde ulanylyp bilner.4TaCHfC-iň ereýän nokady takmynan 4215 is bolup, ony iň belli eriş nokady bilen birleşýär.Hafnium inflýasiýa ulgamlarynyň köpüsinde girdeji hökmünde ulanylyp bilner.Hafniý alyjylar ulgamda bar bolan kislorod we azot ýaly gereksiz gazlary aýryp bilerler.Hafnium köplenç ýokary töwekgelçilikli amallar wagtynda gidrawliki ýagyň üýtgemeginiň öňüni almak üçin gidrawlik ýagda goşundy hökmünde ulanylýar we güýçli üýtgeme garşy häsiýetlere eýe.Şonuň üçin adatça senagat gidrawlik ýagynda ulanylýar.Lukmançylyk gidrawlik ýagy.
Hafnium elementi iň soňky Intel 45 nanoprosessorlarynda hem ulanylýar.Silikon dioksidiň (SiO2) öndürilmegi we tranzistoryň işleýşini yzygiderli gowulandyrmak üçin galyňlygy azaltmak ukyby sebäpli prosessor öndürijileri derýa dielektrikasy üçin material hökmünde kremniniň dioksidini ulanýarlar.Intel 65 nanometr önümçilik prosesi bilen tanyşdyranda, kremniniň dioksid derwezesi dielektrikiniň galyňlygyny 5 gat atomyna deň bolan 1,2 nanometre çenli azaltmak üçin ähli tagallalary eden bolsa, tranzistorda güýç sarp etmegiň we ýylylygyň ýaýramagynyň kynlygy hem artar atomyň ululygyna çenli azaldy, netijede häzirki galyndylar we gereksiz ýylylyk energiýasy ýüze çykdy.Şonuň üçin häzirki materiallar ulanylmagyny dowam etdirip, galyňlygy hasam azalsa, derwezäniň dielektrikiniň syzmagy ep-esli ýokarlanar, tranzistor tehnologiýasyny öz çägine getirer.Bu möhüm meseläni çözmek üçin, Intel syzmagy üstünlikli 10 esse azaldýan kremniniň dioksidiniň ýerine has galyň K materiallaryny (hafnium esasly materiallary) derýa dielektrikleri hökmünde ulanmagy meýilleşdirýär.Öňki nesil 65nm tehnologiýasy bilen deňeşdirilende, Inteliň 45nm prosesi tranzistoryň dykyzlygyny takmynan iki esse ýokarlandyrýar, bu tranzistorlaryň umumy sanyny köpeltmäge ýa-da prosessoryň göwrümini azaltmaga mümkinçilik berýär.Mundan başga-da, tranzistor kommutasiýasy üçin zerur bolan güýç has pes bolup, energiýa sarp edilişini 30% töweregi azaldar.Içki baglanyşyklar pes k dielektrik bilen jübütlenen mis simden ýasalýar, netijeliligi ýokarlandyrýar we energiýa sarp edilişini azaldýar we kommutasiýa tizligi takmynan 20% çaltdyr
Mineral paýlanyşy:
Hafnium, bismut, kadmium we simap ýaly köp ulanylýan metallardan has ýokary gabyk bolçulygyna eýe bolup, düzüminde berliý, germaniý we uran bar.Zirkony öz içine alýan ähli minerallarda hafniý bar.Senagatda ulanylýan sirkonda 0,5-2% hafniý bar.Ikinji derejeli sirkon magdanyndaky berilý sirkony (Alwit) 15% -e çenli hafni saklap biler.Şeýle hem 5% HfO-dan köp bolan metamorfik sirkonyň, sirtolitiň bir görnüşi bar.Soňky iki mineralyň ätiýaçlyklary az we entek senagatda kabul edilmedi.Hafnium esasan sirkon öndürilende dikeldilýär.
Zirkonium magdanlarynyň köpüsinde bar.[18] [19] Sebäbi gabygyň düzüminde gaty az zat bar.Köplenç zirkonium bilen bilelikde ýaşaýar we aýratyn magdany ýok.
Taýýarlyk usuly:
1. Hafniý tetrahloridiň magniý azaldylmagy ýa-da hafniý ýoduň ýylylyk bölünmegi bilen taýýarlanyp bilner.HfCl4 we K2HfF6 çig mal hökmünde hem ulanylyp bilner.NaCl KCl HfCl4 ýa-da K2HfF6 eremeginde elektrolitiki önümçilik prosesi sirkoniumyň elektrolitiki önümçiligine meňzeýär.
2. Hafnium sirkonium bilen bilelikde ýaşaýar we hafnium üçin aýratyn çig mal ýok.Hafniý öndürmek üçin çig mal, sirkoni öndürmek döwründe bölünen çig hafniý oksidi.Ion alyş-çalyş rezini ulanyp, hafniý oksidini çykaryň we bu hafniý oksidinden metal hafniý taýýarlamak üçin sirkonium ýaly usuly ulanyň.
3. Hafnium tetrahloridi (HfCl4) azaltmak arkaly natriý bilen gyzdyryp taýýarlap bolýar.
Zirkonium bilen hafniýany bölmek üçin iň irki usullar, ftorly çylşyrymly duzlaryň fraksiýa kristallaşmagy we fosfatlaryň bölekleýin ýagmagydy.Bu usullar işlemek kyn we laboratoriýa ulanylyşy bilen çäklenýär.Zirkonium bilen hafniýany bölmek üçin täze tehnologiýalar, fraksiýa distillýasiýasy, çözüji çykarmak, ion çalşygy we fraksiýa adsorbsiýasy ýaly bir-birinden peýda boldy, erginleri çykarmak has amaly boldy.Köplenç ulanylýan aýralyk ulgamy, tiosýanat sikloheksonon ulgamy we tributil fosfat azot kislotasy ulgamy.Aboveokardaky usullar bilen alnan önümleriň hemmesi hafniý gidroksididir we kalsinasiýa arkaly arassa hafniý oksidi alyp bolýar.Pionokary arassalyk hafniýini ion alyş-çalyş usuly bilen alyp bolýar.
Senagatda metal hafniý öndürmek köplenç Kroll prosesini we Debor Aker prosesini öz içine alýar.Kroll prosesi metal magniý ulanyp, hafnium tetrahloridiň azalmagyny öz içine alýar:
2Mg + HfCl4- → 2MgCl2 + Hf
Ododlaşdyrma usuly hökmünde hem tanalýan “Debor Aker” usuly, gubkany hafniý ýaly arassalamak we çeýe metal hafniý almak üçin ulanylýar.
5. Hafniniň eremegi esasan sirkonium bilen deňdir:
Birinji ädim üç usuly öz içine alýan magdanyň dargamagydyr (Zr, Hf) Cl almak üçin sirkonyň hlorlaşmagy.Zirkonyň aşgar eremesi.Zirkon NaOH bilen 600 töweregi ereýär we (Zr, Hf) O-nyň 90% -den gowragy Na (Zr, Hf) O, SiO bolsa NaSiO-a öwrülýär we aýyrmak üçin suwda erýär.Na (Zr, Hf) O, HNO-da eredilenden soň sirkonium bilen hafniýany bölmek üçin asyl çözgüt hökmünde ulanylyp bilner.Şeýle-de bolsa, SiO kolloidleriň bolmagy erginleri çykarmagy kynlaşdyrýar.KSiF bilen sinter we K (Zr, Hf) F erginini almak üçin suwa batyryň.Çözüw, fraksiýa kristallaşmagy arkaly zirkonium bilen hafniýany bölüp biler;
Ikinji ädim, gidroklor kislotasy MIBK (metil izobutil keton) ulgamy we HNO-TBP (tributil fosfat) ulgamyny ulanyp, çözüji çykarmak usullaryny ulanyp gazanyp boljak sirkonium bilen hafniýany bölmekdir.HfCl bilen ZrCl arasyndaky ýokary basyşda (20 atmosferadan ýokary) bug basyşynyň tapawudyny ulanyp, köp basgançakly bölüniş tehnologiýasy, ikinji derejeli hlorlaşma prosesini tygşytlap we çykdajylary azaldyp bilýän köpden bäri öwrenilýär.Şeýle-de bolsa, (Zr, Hf) Cl we HCl poslama meselesi sebäpli, bölünme sütün materiallaryny tapmak aňsat däl, arassalamak çykdajylaryny ýokarlandyryp, ZrCl we HfCl-iň hilini hem peselder.1970-nji ýyllarda henizem ösümlikleriň aralyk synag etabynda;
Üçünji ädim, azaltmak üçin çig HfCl almak üçin HfO-nyň ikinji derejeli hlorlaşmagy;
Dördünji ädim, HfCl-ni arassalamak we magniý azaltmak.Bu amal ZrCl-iň arassalanmagy we azalmagy bilen deňdir we emele gelen ýarym taýýar önüm gödek gubka hafniýidir;
Bäşinji ädim, MgCl-i aýyrmak we artykmaç metal magniýini dikeltmek üçin çig gubka hafniýini vakuumlamak, gubka metal hafniniň taýýar önümi.Azaldýan serişde magniýiň ýerine natriý ulanýan bolsa, bäşinji ädim suwa çümdürilmelidir
Saklamak usuly:
Salkyn we şemalladylýan ammarda saklaň.Uçgunlardan we ýylylyk çeşmelerinden daşda duruň.Oksidantlardan, kislotalardan, galogenlerden we ş.m. aýratynlykda saklanmalydyr we ammary garyşdyrmaz.Partlama garşy yşyklandyryş we howa çalşygy desgalaryny ulanmak.Uçgunlara meýilli mehaniki enjamlaryň we gurallaryň ulanylmagyny gadagan ediň.Saklaýan ýer, syzmak üçin amatly materiallar bilen üpjün edilmelidir.
Iş wagty: 25-2023-nji sentýabr