Ano 72: Hafnium

Hafnium, irin Hf, atomiki nọmba 72, atomiki àdánù 178.49, a danmeremere fadaka grẹy irin orilede.

Hafnium ni awọn isotopes iduroṣinṣin mẹfa nipa ti ara: hafnium 174, 176, 177, 178, 179, ati 180. Hafnium ko ni fesi pẹlu dilute hydrochloric acid, dilute sulfuric acid, ati awọn solusan alkaline to lagbara, ṣugbọn o jẹ tiotuka ni hydrofluoric acid ati aqua regia. Orukọ eroja wa lati orukọ Latin ti Ilu Copenhagen.

Ni ọdun 1925, onimọ-jinlẹ ara ilu Sweden Hervey ati physicist Dutch Koster gba iyọ hafnium mimọ nipasẹ ipin crystallization ti awọn iyọ eka fluorinated, wọn si dinku pẹlu iṣuu soda ti fadaka lati gba hafnium irin funfun. Hafnium ni 0.00045% ti erupẹ ilẹ ati nigbagbogbo ni nkan ṣe pẹlu zirconium ni iseda.

Orukọ ọja: hafnium

Aami eroja: Hf

Atomic àdánù: 178.49

Ano iru: ti fadaka eroja

Awọn ohun-ini ti ara:

Hafniumjẹ irin grẹy fadaka pẹlu didan ti fadaka; Awọn iyatọ meji wa ti hafnium irin: α Hafnium jẹ iyatọ ti o ni ibatan si hexagonal (1750 ℃) pẹlu iwọn otutu iyipada ti o ga ju zirconium. Hafnium irin ni awọn iyatọ allotrope ni awọn iwọn otutu giga. Irin hafnium ni abala agbelebu gbigbe neutroni giga ati pe o le ṣee lo bi ohun elo iṣakoso fun awọn reactors.

Awọn oriṣi meji ti awọn ẹya gara: iṣakojọpọ ipon hexagonal ni awọn iwọn otutu ni isalẹ 1300 ℃（ α- Idogba); Ni awọn iwọn otutu ti o ga ju 1300 ℃, o jẹ onigun aarin ti ara (β-Idogba). A irin pẹlu ṣiṣu ti o le ati ki o di brittle niwaju impurities. Idurosinsin ninu afẹfẹ, nikan ṣokunkun lori dada nigbati o ba sun. Awọn filaments le jẹ ina nipasẹ ina ti baramu. Awọn ohun-ini ti o jọra si zirconium. Ko fesi pẹlu omi, dilute acids, tabi awọn ipilẹ to lagbara, ṣugbọn o jẹ irọrun tiotuka ni aqua regia ati hydrofluoric acid. Ni akọkọ ninu awọn agbo ogun pẹlu a +4 valence. Hafnium alloy (Ta4HfC5) ni a mọ lati ni aaye yo ti o ga julọ (isunmọ 4215 ℃).

Crystal be: Awọn kirisita cell ni hexagonal

CAS nọmba: 7440-58-6

Ojutu yo: 2227 ℃

Ojutu farabale: 4602 ℃

Awọn ohun-ini kemikali:

Awọn ohun-ini kemikali ti hafnium jẹ iru pupọ si awọn ti zirconium, ati pe o ni aabo ipata ti o dara ati pe ko ni irọrun ti bajẹ nipasẹ awọn ojutu olomi alkali acid gbogbogbo; Ni irọrun tiotuka ni hydrofluoric acid lati ṣe awọn eka fluorinated. Ni awọn iwọn otutu ti o ga, hafnium tun le darapọ taara pẹlu awọn gaasi bii atẹgun ati nitrogen lati dagba awọn oxides ati nitrides.

Hafnium nigbagbogbo ni valence +4 ninu awọn agbo ogun. Apapo akọkọ niohun elo afẹfẹ hafniumHfO2. Awọn iyatọ mẹta wa ti hafnium oxide:ohun elo afẹfẹ hafniumti a gba nipasẹ isọdi igbagbogbo ti hafnium sulfate ati oxide kiloraidi jẹ iyatọ monoclinic; Hafnium oxide ti a gba nipasẹ alapapo hydroxide ti hafnium ni ayika 400 ℃ jẹ iyatọ tetragonal; Ti o ba ṣe iwọn ju 1000 ℃, iyatọ onigun le ṣee gba. Apapọ miiran jẹhafnium tetrachloride, eyiti o jẹ ohun elo aise fun ngbaradi hafnium irin ati pe o le ṣetan nipasẹ didaṣe gaasi chlorine lori adalu hafnium oxide ati erogba. Hafnium tetrachloride wa sinu olubasọrọ pẹlu omi ati lẹsẹkẹsẹ hydrolyzes sinu awọn ions HfO (4H2O) iduroṣinṣin to gaju. Awọn ions HfO2+ wa ninu ọpọlọpọ awọn agbo ogun ti hafnium, ati pe o le ṣe crystallize abẹrẹ ti o ni apẹrẹ hydrated hafnium oxychloride HfOCl2 · 8H2O awọn kirisita ni hydrochloric acid acidified hafnium tetrachloride ojutu.

4-valent hafnium tun ni itara lati ṣẹda awọn eka pẹlu fluoride, ti o ni K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6, ati (NH4) 3HfF7. A ti lo awọn eka wọnyi fun iyapa zirconium ati hafnium.

Awọn akojọpọ ti o wọpọ:

Hafnium oloro: orukọ Hafnium oloro; Hafnium oloro; Ilana molikula: HfO2 [4]; Ohun-ini: Lulú funfun pẹlu awọn ẹya gara mẹta: monoclinic, tetragonal, ati cubic. Awọn iwuwo jẹ 10.3, 10.1, ati 10.43g/cm3, lẹsẹsẹ. Yo ojuami 2780-2920K. Gbigbe ojuami 5400K. Olùsọdipúpọ̀ gbígbóná janjan 5.8 × 10-6/℃. Ailopin ninu omi, hydrochloric acid, ati acid nitric, ṣugbọn tiotuka ninu sulfuric acid ogidi ati hydrofluoric acid. Ti a ṣejade nipasẹ jijẹ gbigbona tabi hydrolysis ti awọn agbo ogun bii hafnium sulfate ati hafnium oxychloride. Awọn ohun elo aise fun iṣelọpọ ti hafnium irin ati awọn ohun elo hafnium. Ti a lo bi awọn ohun elo itusilẹ, awọn aso ipanilara ipanilara, ati awọn ayase. [5] Ipele agbara atomu HfO jẹ ọja ti a gba nigbakanna ti o ba n ṣe ipele agbara atomiki ZrO. Bibẹrẹ lati chlorination Atẹle, awọn ilana ti iwẹnumọ, idinku, ati distillation igbale jẹ eyiti o fẹrẹ jẹ aami si ti zirconium.

Hafnium tetrachloride: Hafnium (IV) kiloraidi, Hafnium tetrachloride Molecular fomula HfCl4 Molecular àdánù 320.30 Ohun kikọ: White crystalline Àkọsílẹ. Ifarabalẹ si ọrinrin. Tiotuka ni acetone ati methanol. Hydrolyze ninu omi lati ṣe iṣelọpọ hafnium oxychloride (HfOCl2). Ooru si 250 ℃ ati evaporate. Irritating si oju, eto atẹgun, ati awọ ara.

Hafnium hydroxide: Hafnium hydroxide (H4HfO4), ti o maa n wa bi oxide hydrated HfO2 · nH2O, jẹ aifẹ ninu omi, ni irọrun tiotuka ninu awọn acids inorganic, insoluble ni amonia, ati ki o ṣọwọn tiotuka ni sodium hydroxide. Ooru si 100 ℃ lati se ina hafnium hydroxide HfO (OH) 2. White hafnium hydroxide precipitate le ṣee gba nipa reacting hafnium (IV) iyọ pẹlu amonia omi. O le ṣee lo lati ṣe agbejade awọn agbo ogun hafnium miiran.

Iwadi Itan

Itan Awari:

Ni ọdun 1923, onimọ-jinlẹ ara ilu Sweden Hervey ati onimọ-jinlẹ Dutch D. Koster ṣe awari hafnium ni zircon ti a ṣe ni Norway ati Greenland, wọn si sọ ọ ni hafnium, eyiti o wa lati orukọ Latin Hafnia ti Copenhagen. Ni ọdun 1925, Hervey ati Coster yapa zirconium ati titanium niya nipa lilo ọna ti crystallization ida ti awọn iyọ eka fluorinated lati gba awọn iyọ hafnium mimọ; Ati dinku iyọ hafnium pẹlu iṣuu soda ti fadaka lati gba hafnium irin mimọ. Hervey pese apẹẹrẹ ti ọpọlọpọ awọn miligiramu ti hafnium mimọ.

Awọn idanwo kemikali lori zirconium ati hafnium:

Ninu idanwo kan ti Ọjọgbọn Carl Collins ṣe ni Ile-ẹkọ giga ti Texas ni ọdun 1998, wọn sọ pe gamma irradiated hafnium 178m2 (isomer hafnium-178m2 [7]) le tu agbara nla silẹ, eyiti o jẹ aṣẹ marun ti titobi ti o ga ju awọn aati kemikali ṣugbọn awọn aṣẹ mẹta ti iwọn kekere ju awọn aati iparun. [8] Hf178m2 (hafnium 178m2) ni igbesi aye ti o gunjulo laarin awọn isotopes ti o pẹ ti o jọra: Hf178m2 (hafnium 178m2) ni igbesi aye idaji ti ọdun 31, ti o yorisi ipanilara ipanilara ti o to 1.6 trillion Becquerels. Ijabọ Collins sọ pe giramu kan ti Hf178m2 mimọ (hafnium 178m2) ni isunmọ 1330 megajoules, eyiti o jẹ deede si agbara ti a tu silẹ nipasẹ bugbamu ti 300 kilo kilo ti TNT explosives. Ijabọ Collins tọkasi pe gbogbo agbara ti o wa ninu iṣesi yii jẹ itusilẹ ni irisi awọn egungun X-ray tabi awọn egungun gamma, eyiti o tu agbara silẹ ni iwọn iyara pupọ, ati Hf178m2 (hafnium 178m2) tun le fesi ni awọn ifọkansi kekere pupọ. [9] Pentagon ti pin owo fun iwadi. Ninu idanwo naa, ipin ifihan-si-ariwo ti lọ silẹ pupọ (pẹlu awọn aṣiṣe pataki), ati lati igba naa, laibikita awọn adanwo pupọ nipasẹ awọn onimọ-jinlẹ lati awọn ẹgbẹ lọpọlọpọ pẹlu Ile-iṣẹ Iwadi Awọn iṣẹ akanṣe Aabo ti Amẹrika (DARPA) ati JASON Defence Advisory Ẹgbẹ [13], ko si onimọ-jinlẹ ti o ni anfani lati ṣaṣeyọri iṣesi yii labẹ awọn ipo ti Collins sọ, ati Collins ko pese ẹri to lagbara lati ṣe afihan wiwa ti iṣesi yii, Collins dabaa ọna kan ti lilo itujade gamma ray ti o fa lati tu agbara lati inu Hf178m2 (hafnium 178m2) [15], ṣugbọn awọn onimo ijinlẹ sayensi miiran ti fihan ni imọ-jinlẹ pe a ko le ṣe aṣeyọri esi yii. [16] Hf178m2 (hafnium 178m2) ni igbagbọ pupọ ninu agbegbe ẹkọ lati ma jẹ orisun agbara

Hafnium ohun elo afẹfẹ

Aaye ohun elo:

Hafnium wulo pupọ nitori agbara rẹ lati gbe awọn elekitironi jade, gẹgẹbi eyiti a lo bi filament ni awọn atupa ina. Ti a lo bi cathode fun awọn tubes X-ray, ati awọn alloys ti hafnium ati tungsten tabi molybdenum ni a lo bi awọn amọna fun awọn tubes itujade foliteji giga. Wọpọ ti a lo ninu cathode ati ile-iṣẹ iṣelọpọ waya tungsten fun awọn egungun X. Hafnium mimọ jẹ ohun elo pataki ninu ile-iṣẹ agbara atomiki nitori pilasitik rẹ, sisẹ irọrun, resistance otutu giga, ati idena ipata. Hafnium ni aaye agbekọja neutroni igbona nla nla ati pe o jẹ ohun mimu neutroni ti o dara julọ, eyiti o le ṣee lo bi ọpa iṣakoso ati ohun elo aabo fun awọn reactors atomiki. Hafnium lulú le ṣee lo bi itọka fun awọn rockets. Awọn cathode ti X-ray tubes le ti wa ni ti ṣelọpọ ni itanna ile ise. Hafnium alloy le ṣiṣẹ bi Layer aabo iwaju fun awọn nozzles rocket ati glide tun-titẹsi ọkọ ofurufu, lakoko ti Hf Ta alloy le ṣee lo lati ṣe irin irin ati awọn ohun elo resistance. A lo Hafnium gẹgẹbi ohun elo aropo ninu awọn alloys ti o ni igbona, gẹgẹbi tungsten, molybdenum, ati tantalum. HfC le ṣee lo bi aropo fun awọn alloy lile nitori lile giga rẹ ati aaye yo. Aaye yo ti 4TaCHfC jẹ isunmọ 4215 ℃, ti o jẹ ki o jẹ akopọ pẹlu aaye yo ti o ga julọ ti a mọ. Hafnium le ṣee lo bi getter ni ọpọlọpọ awọn eto afikun. Hafnium getters le yọ awọn gaasi ti ko wulo gẹgẹbi atẹgun ati nitrogen ti o wa ninu eto naa. A maa n lo Hafnium gẹgẹbi aropo ninu epo hydraulic lati ṣe idiwọ iyipada ti epo hydraulic lakoko awọn iṣẹ eewu giga, ati pe o ni awọn ohun-ini ailagbara ti o lagbara. Nitorina, o jẹ lilo ni gbogbogbo ni epo hydraulic ile-iṣẹ. Epo eefun ti oogun.

A tun lo eroja Hafnium ninu awọn nanoprocessors Intel 45 tuntun. Nitori iṣelọpọ ti ohun alumọni oloro (SiO2) ati agbara rẹ lati dinku sisanra lati mu ilọsiwaju iṣẹ transistor nigbagbogbo, awọn aṣelọpọ ẹrọ lo ohun elo alumọni bi ohun elo fun dielectrics ẹnu-ọna. Nigbati Intel ṣafihan ilana iṣelọpọ nanometer 65 nanometer, botilẹjẹpe o ti ṣe gbogbo ipa lati dinku sisanra ti dielectric ẹnu-ọna silikoni dioxide si 1.2 nanometers, deede si awọn fẹlẹfẹlẹ 5 ti awọn ọta, iṣoro ti agbara agbara ati itusilẹ ooru yoo tun pọ si nigbati transistor ti dinku si iwọn atomu kan, ti o yọrisi egbin lọwọlọwọ ati agbara ooru ti ko wulo. Nitorinaa, ti awọn ohun elo lọwọlọwọ ba tẹsiwaju lati lo ati sisanra ti dinku siwaju sii, jijo ti dielectric ẹnu-ọna yoo pọ si ni pataki, Nmu imọ-ẹrọ transistor silẹ si awọn opin rẹ. Lati koju ọrọ to ṣe pataki yii, Intel n gbero lati lo awọn ohun elo K giga ti o nipọn (awọn ohun elo orisun hafnium) bi awọn dielectrics ẹnu-ọna dipo silikoni oloro, eyiti o ti dinku jijo ni aṣeyọri nipasẹ diẹ sii ju awọn akoko 10 lọ. Ti a ṣe afiwe si iran iṣaaju ti imọ-ẹrọ 65nm, ilana 45nm Intel ṣe alekun iwuwo transistor nipasẹ o fẹrẹẹ meji, gbigba fun ilosoke ninu nọmba lapapọ ti awọn transistors tabi idinku iwọn ero ero. Ni afikun, agbara ti o nilo fun iyipada transistor jẹ kekere, idinku agbara agbara nipasẹ fere 30%. Awọn asopọ inu inu jẹ ti okun waya Ejò ti a so pọ pẹlu k dielectric kekere, imudara imudara daradara ati idinku agbara agbara, ati iyara iyipada jẹ nipa 20% yiyara

Pinpin erupẹ:

Hafnium ni opo crustal ti o ga ju awọn irin ti a lo nigbagbogbo gẹgẹbi bismuth, cadmium, ati makiuri, ati pe o jẹ deede ni akoonu si beryllium, germanium, ati uranium. Gbogbo awọn ohun alumọni ti o ni zirconium ni hafnium ninu. Zircon ti a lo ninu ile-iṣẹ ni 0.5-2% hafnium. Beryllium zircon (Alvite) ni irin zirconium keji le ni to 15% hafnium. Iru zircon metamorphic tun wa, cyrtolite, eyiti o ni ju 5% HfO ninu. Awọn ifiṣura ti awọn ohun alumọni meji ti o kẹhin jẹ kekere ati pe ko tii gba ni ile-iṣẹ. Hafnium ni a gba pada lakoko iṣelọpọ ti zirconium.

Hafnium:

O wa ninu ọpọlọpọ awọn ores zirconium. [18] [19] Nitoripe akoonu kekere wa ninu erunrun. Nigbagbogbo o wa pẹlu zirconium ati pe ko ni irin ọtọtọ.

Ọna igbaradi:

1. O le ṣe ipese nipasẹ idinku iṣuu magnẹsia ti hafnium tetrachloride tabi jijẹ gbona ti hafnium iodide. HfCl4 ati K2HfF6 tun le ṣee lo bi awọn ohun elo aise. Ilana iṣelọpọ electrolytic ni NaCl KCl HfCl4 tabi K2HfF6 yo jẹ iru si ti iṣelọpọ elekitiroti ti zirconium.

2. Hafnium wa papọ pẹlu zirconium, ati pe ko si ohun elo aise lọtọ fun hafnium. Ohun elo aise fun iṣelọpọ hafnium jẹ ohun elo afẹfẹ hafnium ti o ya sọtọ lakoko ilana iṣelọpọ zirconium. Jade hafnium oxide nipa lilo resini paṣipaarọ ion, ati lẹhinna lo ọna kanna bi zirconium lati ṣeto hafnium irin lati inu ohun elo afẹfẹ hafnium yii.

3. O le ṣe ipese nipasẹ alapapo hafnium tetrachloride (HfCl4) pẹlu iṣuu soda nipasẹ idinku.

Awọn ọna akọkọ fun yiyatọ zirconium ati hafnium jẹ ipin crystallization ti awọn iyọ eka fluorinated ati ojoriro ida ti awọn fosifeti. Awọn ọna wọnyi jẹ wahala lati ṣiṣẹ ati pe o ni opin si lilo yàrá. Awọn imọ-ẹrọ titun fun yiyatọ zirconium ati hafnium, gẹgẹ bi ipinfunni ipin, isediwon epo, paṣipaarọ ion, ati adsorption ida, ti farahan ni ọkọọkan, pẹlu isediwon epo jẹ iwulo diẹ sii. Awọn ọna ṣiṣe iyapa meji ti o wọpọ ni eto cyclohexanone thiocyanate ati eto nitric acid tributyl fosifeti. Awọn ọja ti o gba nipasẹ awọn ọna ti o wa loke jẹ gbogbo hafnium hydroxide, ati pe hafnium oxide funfun le ṣee gba nipasẹ iṣiro. Hafnium mimọ giga le ṣee gba nipasẹ ọna paṣipaarọ ion.

Ni ile-iṣẹ, iṣelọpọ ti hafnium irin nigbagbogbo jẹ pẹlu ilana Kroll ati ilana Debor Aker. Ilana Kroll jẹ pẹlu idinku hafnium tetrachloride nipa lilo iṣuu magnẹsia ti fadaka:

2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf

Ọna Debor Aker, ti a tun mọ si ọna iodization, ni a lo lati sọ kanrinkan di mimọ bi hafnium ati gba hafnium irin ti o le male.

5. Yiyọ ti hafnium jẹ ipilẹ kanna bii ti zirconium:

Igbesẹ akọkọ jẹ jijẹ ti irin, eyiti o kan awọn ọna mẹta: chlorination ti zircon lati gba (Zr, Hf) Cl. Alkali yo ti zircon. Zircon yo pẹlu NaOH ni ayika 600, ati diẹ sii ju 90% ti (Zr, Hf) O yipada si Na (Zr, Hf) O, pẹlu SiO yipada si NaSiO, eyiti o tuka ninu omi fun yiyọ kuro. Na (Zr, Hf) O le ṣee lo bi ojutu atilẹba fun yiya sọtọ zirconium ati hafnium lẹhin tituka ni HNO. Sibẹsibẹ, wiwa ti SiO colloids jẹ ki iyapa isediwon iyọkuro nira. Sinter pẹlu KSiF ati ki o Rẹ ninu omi lati gba K (Zr, Hf) F ojutu. Ojutu naa le ya awọn zirconium ati hafnium nipasẹ awọn crystallization ida;

Igbesẹ keji ni ipinya ti zirconium ati hafnium, eyiti o le ṣe aṣeyọri nipa lilo awọn ọna iyapa isediwon iyọkuro nipa lilo eto hydrochloric acid MIBK (methyl isobutyl ketone) ati eto HNO-TBP (tributyl phosphate). Imọ-ẹrọ ti ida-ipele pupọ ni lilo iyatọ ninu titẹ oru laarin HfCl ati ZrCl yo labẹ titẹ giga (loke awọn oju-aye 20) ti pẹ ti a ti ṣe iwadi, eyiti o le ṣafipamọ ilana chlorination atẹle ati dinku awọn idiyele. Bibẹẹkọ, nitori iṣoro ibajẹ ti (Zr, Hf) Cl ati HCl, ko rọrun lati wa awọn ohun elo iwe ida ti o dara, ati pe yoo tun dinku didara ZrCl ati HfCl, awọn idiyele iwẹnumọ pọ si. Ni awọn ọdun 1970, o tun wa ni ipele idanwo agbedemeji ọgbin;

Igbesẹ kẹta ni chlorination Atẹle ti HfO lati gba HfCl robi fun idinku;

Igbesẹ kẹrin ni iwẹnumọ ti HfCl ati idinku iṣuu magnẹsia. Ilana yii jẹ kanna bi iwẹnumọ ati idinku ti ZrCl, ati pe ọja ti o pari-pari jẹ hafnium kanrinkan isokuso;

Igbesẹ karun ni lati ṣe igbale distill robi sponge hafnium lati yọ MgCl kuro ki o gba iṣuu magnẹsia irin ti o pọju pada, ti o yọrisi ọja ti o pari ti sponge irin hafnium. Ti oluranlowo idinku ba nlo iṣuu soda dipo iṣuu magnẹsia, igbesẹ karun yẹ ki o yipada si immersion omi

Ọna ipamọ:

Itaja ni a itura ati ki o ventilated ile ise. Jeki kuro lati awọn ina ati awọn orisun ooru. O yẹ ki o wa ni ipamọ lọtọ lati awọn oxidants, acids, halogens, ati bẹbẹ lọ, ati yago fun ibi ipamọ dapọ. Lilo bugbamu-ẹri ina ati awọn ohun elo fentilesonu. Eewọ lilo awọn ohun elo ẹrọ ati awọn irinṣẹ ti o ni itara si awọn ina. Aaye ibi ipamọ yẹ ki o wa ni ipese pẹlu awọn ohun elo to dara lati ni awọn n jo.