Hafnium, metal HF, atomic number 72, atomic weight 178.49, ay isang makintab na pilak na kulay -abo na metal na paglipat.
Ang Hafnium ay may anim na natural na matatag na isotopes: Hafnium 174, 176, 177, 178, 179, at 180. Ang Hafnium ay hindi gumanti sa dilute hydrochloric acid, dilute sulfuric acid, at malakas na alkalina na solusyon, ngunit natutunaw sa hydrofluoric acid at aqua regia. Ang pangalan ng elemento ay nagmula sa Latin na pangalan ng Copenhagen City.
Noong 1925, ang Chemist ng Suweko na si Hervey at Dutch na pisika na si Koster ay nakakuha ng purong hafnium salt sa pamamagitan ng fractional crystallization ng fluorinated complex salts, at binawasan ito ng metal na sodium upang makakuha ng purong metal hafnium. Ang Hafnium ay naglalaman ng 0.00045% ng crust ng Earth at madalas na nauugnay sa zirconium sa kalikasan.
Pangalan ng Produkto: Hafnium
Simbolo ng elemento: HF
Timbang ng Atomic: 178.49
Uri ng elemento: elemento ng metal
Mga pisikal na katangian:
Hafniumay isang pilak na kulay -abo na metal na may isang metal na kinang; Mayroong dalawang variant ng metal hafnium: Ang α hafnium ay isang hexagonal na malapit na naka -pack na variant (1750 ℃) na may mas mataas na temperatura ng pagbabagong -anyo kaysa sa zirconium. Ang metal hafnium ay may mga variant ng allotrope sa mataas na temperatura. Ang metal hafnium ay may mataas na neutron na pagsipsip ng cross-section at maaaring magamit bilang isang control material para sa mga reaktor.
Mayroong dalawang uri ng mga istruktura ng kristal: hexagonal siksik na pag-iimpake sa mga temperatura sa ibaba 1300 ℃ （α- equation); Sa mga temperatura sa itaas ng 1300 ℃, ito ay nakasentro sa katawan cubic （β- equation). Ang isang metal na may plasticity na tumigas at nagiging malutong sa pagkakaroon ng mga impurities. Matatag sa hangin, dumidilim lamang sa ibabaw kapag sinunog. Ang mga filament ay maaaring mai -apoy sa apoy ng isang tugma. Mga katangian na katulad ng zirconium. Hindi ito gumanti sa tubig, dilute acid, o malakas na mga base, ngunit madaling matunaw sa aqua regia at hydrofluoric acid. Higit sa lahat sa mga compound na may isang+4 na valence. Ang Hafnium alloy (TA4HFC5) ay kilala na may pinakamataas na punto ng pagtunaw (humigit -kumulang na 4215 ℃).
Crystal Structure: Ang Crystal Cell ay hexagonal
Numero ng CAS: 7440-58-6
Natutunaw na punto: 2227 ℃
Boiling Point: 4602 ℃
Mga katangian ng kemikal:
Ang mga kemikal na katangian ng hafnium ay halos kapareho sa mga zirconium, at mayroon itong mahusay na paglaban sa kaagnasan at hindi madaling corroded ng pangkalahatang acid alkali aqueous solution; Madaling matunaw sa hydrofluoric acid upang makabuo ng mga fluorinated complex. Sa mataas na temperatura, ang hafnium ay maaari ring direktang pagsamahin sa mga gas tulad ng oxygen at nitrogen upang mabuo ang mga oxides at nitrides.
Ang Hafnium ay madalas na mayroong isang+4 na valence sa mga compound. Ang pangunahing tambalan ayHafnium oxideHFO2. Mayroong tatlong magkakaibang variant ng hafnium oxide:Hafnium oxideNakuha sa pamamagitan ng patuloy na pagkalkula ng hafnium sulfate at chloride oxide ay isang monoclinic variant; Ang hafnium oxide na nakuha sa pamamagitan ng pagpainit ng hydroxide ng hafnium sa paligid ng 400 ℃ ay isang variant ng tetragonal; Kung ang calcined sa itaas ng 1000 ℃, maaaring makuha ang isang cubic variant. Ang isa pang tambalan ayHafnium tetrachloride. Ang Hafnium tetrachloride ay nakikipag -ugnay sa tubig at agad na nag -hydrolyzes sa lubos na matatag na HFO (4H2O) 2+ion. Ang mga hfo2+ion ay umiiral sa maraming mga compound ng hafnium, at maaaring ma -crystallize ang hugis ng karayom na hydrated hafnium oxychloride Hfocl2 · 8H2O crystals sa hydrochloric acid acidified hafnium tetrachloride solution.
Ang 4-valent hafnium ay madaling kapitan ng mga kumplikadong may fluoride, na binubuo ng K2HFF6, K3HFF7, (NH4) 2HFF6, at (NH4) 3HFF7. Ang mga kumplikadong ito ay ginamit para sa paghihiwalay ng zirconium at hafnium.
Karaniwang mga compound:
Hafnium Dioxide: Pangalan ng Hafnium Dioxide; Hafnium dioxide; Molekular na pormula: HFO2 [4]; Ari -arian: puting pulbos na may tatlong mga istruktura ng kristal: monoclinic, tetragonal, at cubic. Ang mga density ay 10.3, 10.1, at 10.43g/cm3, ayon sa pagkakabanggit. Natutunaw na punto 2780-2920k. Boiling Point 5400k. Koepisyent ng pagpapalawak ng thermal 5.8 × 10-6/℃. Hindi matutunaw sa tubig, hydrochloric acid, at nitric acid, ngunit natutunaw sa puro sulfuric acid at hydrofluoric acid. Ginawa ng thermal decomposition o hydrolysis ng mga compound tulad ng hafnium sulfate at hafnium oxychloride. Mga hilaw na materyales para sa paggawa ng metal hafnium at hafnium alloys. Ginamit bilang mga materyales na refractory, anti radioactive coatings, at catalysts. [5] Ang antas ng enerhiya ng atomic Ang HFO ay isang produkto na nakuha nang sabay -sabay kapag ang paggawa ng antas ng enerhiya ng Atomic ZRO. Simula mula sa pangalawang klorasyon, ang mga proseso ng paglilinis, pagbawas, at pag -distill ng vacuum ay halos magkapareho sa mga zirconium.
Hafnium tetrachloride: Hafnium (IV) Chloride, Hafnium tetrachloride Molecular Formula Hfcl4 Molecular Timbang 320.30 Character: White Crystalline Block. Sensitibo sa kahalumigmigan. Natutunaw sa acetone at methanol. Hydrolyze sa tubig upang makabuo ng hafnium oxychloride (HFOCL2). Init sa 250 ℃ at sumingaw. Nakakainis sa mga mata, sistema ng paghinga, at balat.
Hafnium hydroxide: Hafnium hydroxide (H4HFO4), na karaniwang naroroon bilang isang hydrated oxide HFO2 · NH2O, ay hindi matutunaw sa tubig, madaling natutunaw sa mga inorganic acid, hindi matutunaw sa ammonia, at bihirang matunaw sa sodium hydroxide. Ang init sa 100 ℃ upang makabuo ng hafnium hydroxide hfo (OH) 2. Ang puting hafnium hydroxide na pag -ulan ay maaaring makuha sa pamamagitan ng reaksyon ng hafnium (IV) asin na may tubig na ammonia. Maaari itong magamit upang makabuo ng iba pang mga hafnium compound.
Kasaysayan ng Pananaliksik
Kasaysayan ng Discovery:
Noong 1923, natuklasan ng Suweko na chemist na si Hervey at Dutch na pisika na si D. Koster ang hafnium sa zircon na ginawa sa Norway at Greenland, at pinangalanan itong hafnium, na nagmula sa pangalang Latin na hafnia ng Copenhagen. Noong 1925, pinaghiwalay nina Hervey at Coster ang zirconium at titanium gamit ang pamamaraan ng fractional crystallization ng fluorinated complex salts upang makakuha ng purong hafnium salts; At bawasan ang hafnium salt na may metal na sodium upang makakuha ng purong metal hafnium. Inihanda ni Hervey ang isang sample ng maraming milligrams ng purong hafnium.
Mga eksperimento sa kemikal sa zirconium at hafnium:
Sa isang eksperimento na isinagawa ni Propesor Carl Collins sa University of Texas noong 1998, inaangkin na ang gamma irradiated hafnium 178m2 (ang isomer hafnium-178m2 [7]) ay maaaring maglabas ng napakalaking enerhiya, na limang mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa mga reaksyon ng kemikal ngunit tatlong mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa mga nukleyar na reaksyon. [8] Ang HF178M2 (Hafnium 178m2) ay may pinakamahabang lifespan sa mga katulad na pangmatagalang isotopes: Ang HF178M2 (Hafnium 178M2) ay may kalahating buhay na 31 taon, na nagreresulta sa isang natural na radioactivity na humigit-kumulang na 1.6 trilyon na mga becquerels. Ang ulat ng Collins 'ay nagsasaad na ang isang gramo ng purong HF178M2 (Hafnium 178m2) ay naglalaman ng humigit -kumulang na 1330 megajoules, na katumbas ng enerhiya na inilabas ng pagsabog ng 300 kilograms ng TNT explosives. Ang ulat ng Collins ay nagpapahiwatig na ang lahat ng enerhiya sa reaksyon na ito ay pinakawalan sa anyo ng X-ray o gamma ray, na naglalabas ng enerhiya sa napakabilis na rate, at ang HF178M2 (Hafnium 178M2) ay maaari pa ring gumanti sa sobrang mababang konsentrasyon. [9] Ang Pentagon ay naglaan ng pondo para sa pananaliksik. Sa eksperimento, ang ratio ng signal-to-ingay Ang paglabas ng Gamma Ray upang palayain ang enerhiya mula sa HF178M2 (Hafnium 178m2) [15], ngunit ang iba pang mga siyentipiko ay napatunayan na ang reaksyon na ito ay hindi makakamit. [16] Ang HF178M2 (Hafnium 178m2) ay malawak na pinaniniwalaan sa pamayanang pang -akademiko na hindi maging mapagkukunan ng enerhiya
Patlang ng Application:
Ang Hafnium ay lubhang kapaki -pakinabang dahil sa kakayahang maglabas ng mga electron, tulad ng bilang na ginamit bilang isang filament sa mga maliwanag na lampara. Ginamit bilang katod para sa mga X-ray tubes, at mga haluang metal ng hafnium at tungsten o molibdenum ay ginagamit bilang mga electrodes para sa mga high-boltahe na naglalabas na tubo. Karaniwang ginagamit sa Cathode at Tungsten Wire Manufacturing Industry para sa X-ray. Ang purong hafnium ay isang mahalagang materyal sa industriya ng enerhiya ng atom dahil sa plasticity, madaling pagproseso, mataas na temperatura ng paglaban, at paglaban sa kaagnasan. Ang Hafnium ay may malaking thermal neutron capture cross-section at isang mainam na neutron absorber, na maaaring magamit bilang isang control rod at proteksiyon na aparato para sa mga atomic reaktor. Ang pulbos ng Hafnium ay maaaring magamit bilang isang propellant para sa mga rocket. Ang katod ng X-ray tubes ay maaaring makagawa sa industriya ng elektrikal. Ang Hafnium Alloy ay maaaring magsilbing pasulong na proteksiyon na layer para sa mga rocket nozzle at glide re-entry sasakyang panghimpapawid, habang ang HF ta haluang metal ay maaaring magamit upang gumawa ng mga tool na bakal at mga materyales sa paglaban. Ang Hafnium ay ginagamit bilang isang elemento ng additive sa mga haluang metal na lumalaban sa init, tulad ng tungsten, molibdenum, at tantalum. Ang HFC ay maaaring magamit bilang isang additive para sa mga hard alloy dahil sa mataas na tigas at pagtunaw na punto. Ang natutunaw na punto ng 4TACHFC ay humigit -kumulang na 4215 ℃, na ginagawa itong tambalan na may pinakamataas na kilalang punto ng pagtunaw. Ang Hafnium ay maaaring magamit bilang isang getter sa maraming mga sistema ng inflation. Ang mga getter ng Hafnium ay maaaring mag -alis ng mga hindi kinakailangang gas tulad ng oxygen at nitrogen na naroroon sa system. Ang Hafnium ay madalas na ginagamit bilang isang additive sa hydraulic oil upang maiwasan ang pagkasumpungin ng hydraulic oil sa panahon ng mga operasyon na may mataas na peligro, at may malakas na mga katangian ng pagkasumpungin ng anti. Samakatuwid, sa pangkalahatan ay ginagamit ito sa pang -industriya na haydroliko na langis. Medikal na haydroliko na langis.
Ang elemento ng Hafnium ay ginagamit din sa pinakabagong Intel 45 nanoprocessors. Dahil sa paggawa ng silikon dioxide (SIO2) at ang kakayahang mabawasan ang kapal upang patuloy na mapabuti ang pagganap ng transistor, ang mga tagagawa ng processor ay gumagamit ng silikon dioxide bilang materyal para sa mga dielectric ng gate. Kapag ipinakilala ng Intel ang 65 na proseso ng pagmamanupaktura ng nanometer, bagaman ginawa nito ang bawat pagsisikap na mabawasan ang kapal ng silikon na dioxide gate dielectric sa 1.2 nanometer, na katumbas ng 5 mga layer ng mga atomo, ang kahirapan ng pagkonsumo ng kuryente at pag -iwas ng init ay tataas din kapag ang transistor ay nabawasan sa laki ng isang atom, na nagreresulta sa kasalukuyang basura at hindi kinakailangang init ng enerhiya. Samakatuwid, kung ang mga kasalukuyang materyales ay patuloy na ginagamit at ang kapal ay karagdagang nabawasan, ang pagtagas ng gate dielectric ay makabuluhang tataas, na ibababa ang teknolohiya ng transistor sa mga limitasyon nito. Upang matugunan ang kritikal na isyu na ito, ang Intel ay nagpaplano na gumamit ng mas makapal na mataas na K materyales (mga materyales na batay sa hafnium) bilang mga dielectric ng gate sa halip na silikon dioxide, na matagumpay na nabawasan ang pagtagas ng higit sa 10 beses. Kung ikukumpara sa nakaraang henerasyon ng teknolohiyang 65nm, ang proseso ng 45nm ng Intel ay nagdaragdag ng density ng transistor ng halos dalawang beses, na nagpapahintulot sa isang pagtaas sa kabuuang bilang ng mga transistor o isang pagbawas sa dami ng processor. Bilang karagdagan, ang lakas na kinakailangan para sa paglipat ng transistor ay mas mababa, binabawasan ang pagkonsumo ng kuryente ng halos 30%. Ang mga panloob na koneksyon ay gawa sa tanso na wire na ipinares na may mababang k dielectric, maayos na pagpapabuti ng kahusayan at pagbabawas ng pagkonsumo ng kuryente, at ang bilis ng paglipat ay halos 20% nang mas mabilis
Pamamahagi ng Mineral:
Ang Hafnium ay may mas mataas na kasaganaan ng crustal kaysa sa karaniwang ginagamit na mga metal tulad ng bismuth, cadmium, at mercury, at katumbas ng nilalaman sa beryllium, germanium, at uranium. Ang lahat ng mga mineral na naglalaman ng zirconium ay naglalaman ng hafnium. Ang Zircon na ginamit sa industriya ay naglalaman ng 0.5-2% hafnium. Ang beryllium zircon (alvite) sa pangalawang zirconium ore ay maaaring maglaman ng hanggang sa 15% hafnium. Mayroon ding isang uri ng metamorphic zircon, cyrtolite, na naglalaman ng higit sa 5% HFO. Ang mga reserba ng huli na dalawang mineral ay maliit at hindi pa pinagtibay sa industriya. Ang Hafnium ay pangunahing nakuhang muli sa panahon ng paggawa ng zirconium.
Ito ay umiiral sa karamihan ng mga zirconium ores. [18] [19] Dahil may napakakaunting nilalaman sa crust. Madalas itong magkakasamang may zirconium at walang hiwalay na mineral.
Paraan ng Paghahanda:
1. Maaari itong ihanda sa pamamagitan ng pagbawas ng magnesiyo ng hafnium tetrachloride o thermal decomposition ng hafnium iodide. Ang HFCL4 at K2HFF6 ay maaari ding magamit bilang mga hilaw na materyales. Ang proseso ng paggawa ng electrolytic sa NaCl KCl Hfcl4 o K2HFF6 natutunaw ay katulad ng sa paggawa ng electrolytic na paggawa ng zirconium.
2. Hafnium coexists na may zirconium, at walang hiwalay na hilaw na materyal para sa hafnium. Ang hilaw na materyal para sa paggawa ng hafnium ay ang hafnium oxide na pinaghiwalay sa panahon ng proseso ng paggawa ng zirconium. I -extract ang hafnium oxide gamit ang ion exchange resin, at pagkatapos ay gamitin ang parehong pamamaraan tulad ng zirconium upang maghanda ng metal hafnium mula sa hafnium oxide na ito.
3. Maaari itong ihanda sa pamamagitan ng co heat hafnium tetrachloride (HFCL4) na may sodium sa pamamagitan ng pagbawas.
Ang pinakaunang mga pamamaraan para sa paghihiwalay ng zirconium at hafnium ay fractional crystallization ng fluorinated complex salts at fractional pag -ulan ng mga pospeyt. Ang mga pamamaraang ito ay mahirap na gumana at limitado sa paggamit ng laboratoryo. Ang mga bagong teknolohiya para sa paghihiwalay ng zirconium at hafnium, tulad ng distillation ng fractionation, solvent extraction, pagpapalitan ng ion, at fractionation adsorption, ay lumitaw nang paisa -isa, na may solvent extraction na mas praktikal. Ang dalawang karaniwang ginagamit na sistema ng paghihiwalay ay ang thiocyanate cyclohexanone system at ang tributyl phosphate nitric acid system. Ang mga produktong nakuha ng mga pamamaraan sa itaas ay lahat ng hafnium hydroxide, at ang purong hafnium oxide ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagkalkula. Ang mataas na kadalisayan hafnium ay maaaring makuha ng paraan ng pagpapalitan ng ion.
Sa industriya, ang paggawa ng metal hafnium ay madalas na nagsasangkot sa parehong proseso ng Kroll at proseso ng Debor Aker. Ang proseso ng Kroll ay nagsasangkot ng pagbawas ng hafnium tetrachloride gamit ang metal na magnesiyo:
2mg+hfcl4- → 2mgcl2+hf
Ang pamamaraan ng Debor Aker, na kilala rin bilang paraan ng pag -iodization, ay ginagamit upang linisin ang espongha tulad ng hafnium at makakuha ng malulugod na metal hafnium.
5. Ang smelting ng hafnium ay karaniwang katulad ng sa zirconium:
Ang unang hakbang ay ang agnas ng mineral, na nagsasangkot ng tatlong pamamaraan: klorasyon ng zircon upang makuha (ZR, HF) Cl. Alkali natutunaw ng zircon. Ang Zircon ay natutunaw kasama ang NaOH sa paligid ng 600, at higit sa 90% ng (Zr, HF) o ay nagbabago sa Na (Zr, HF) O, kasama ang SIO na nabago sa Nasio, na natunaw sa tubig para sa pag -alis. Ang Na (Zr, Hf) O ay maaaring magamit bilang orihinal na solusyon para sa paghihiwalay ng zirconium at hafnium matapos na matunaw sa HNO. Gayunpaman, ang pagkakaroon ng SIO colloids ay ginagawang mahirap ang paghihiwalay ng pagkuha ng solvent. Sinter na may ksif at magbabad sa tubig upang makakuha ng solusyon sa k (zr, hf) f. Ang solusyon ay maaaring paghiwalayin ang zirconium at hafnium sa pamamagitan ng fractional crystallization;
Ang pangalawang hakbang ay ang paghihiwalay ng zirconium at hafnium, na maaaring makamit gamit ang mga pamamaraan ng paghihiwalay ng pag-aalis ng solvent gamit ang hydrochloric acid MIBK (methyl isobutyl ketone) system at HNO-TBP (tributyl phosphate) system. Ang teknolohiya ng multi-stage fractionation gamit ang pagkakaiba sa presyon ng singaw sa pagitan ng HFCL at ZRCL ay natutunaw sa ilalim ng mataas na presyon (sa itaas ng 20 atmospheres) ay matagal nang pinag-aralan, na maaaring makatipid ng pangalawang proseso ng klorasyon at mabawasan ang mga gastos. Gayunpaman, dahil sa problema sa kaagnasan ng (ZR, HF) CL at HCl, hindi madaling makahanap ng angkop na mga materyales sa haligi ng fractionation, at bawasan din nito ang kalidad ng ZRCL at HFCL, pagtaas ng mga gastos sa paglilinis. Noong 1970s, nasa intermediate na yugto ng pagsubok ng halaman;
Ang pangatlong hakbang ay ang pangalawang klorasyon ng HFO upang makakuha ng krudo na HFCL para sa pagbawas;
Ang ika -apat na hakbang ay ang paglilinis ng HFCL at pagbawas ng magnesiyo. Ang prosesong ito ay pareho sa paglilinis at pagbawas ng ZRCL, at ang nagresultang semi-tapos na produkto ay magaspang na sponge hafnium;
Ang ikalimang hakbang ay ang vacuum distill crude sponge hafnium upang alisin ang Mgcl at mabawi ang labis na metal magnesium, na nagreresulta sa isang tapos na produkto ng sponge metal hafnium. Kung ang pagbabawas ng ahente ay gumagamit ng sodium sa halip na magnesiyo, ang ikalimang hakbang ay dapat baguhin sa paglulubog ng tubig
Paraan ng Pag -iimbak:
Mag -imbak sa isang cool at maaliwalas na bodega. Lumayo sa mga sparks at mga mapagkukunan ng init. Dapat itong maiimbak nang hiwalay mula sa mga oxidants, acid, halogens, atbp, at maiwasan ang paghahalo ng imbakan. Paggamit ng pagsabog-patunay na ilaw at mga pasilidad ng bentilasyon. Ipinagbawal ang paggamit ng mga kagamitan sa mekanikal at mga tool na madaling kapitan ng mga sparks. Ang lugar ng imbakan ay dapat na nilagyan ng mga angkop na materyales upang maglaman ng mga tagas.
Oras ng Mag-post: Sep-25-2023