www.wikidata.uk-ua.nina.az

Гафній англ hafnium нім Hafnium n хімічний елемент символ Hf ат н 72 ат м 178 49 Сріблясто білий метал супутник цирконію

Гафній

Гафній (англ. hafnium, нім. Hafnium n) — хімічний елемент, символ Hf, ат. н. 72; ат. м. 178,49. Сріблясто-білий метал, супутник цирконію — є постійною домішкою у цирконі при середньому співвідношенні їх оксидів 1: 50. Гафній — типовий розсіяний елемент. Не має власних мінералів. Вміст у земній корі 3,2·10-4 мас.%.

Гафній (Hf)
Атомний номер 72
Зовнішній вигляд простої речовини Сріблястий ковкий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 178,49 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 167 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 575,2 (5,96) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Xe] 4f14 5d2 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 144 пм
Радіус іона (+4e) 78 пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,3
Електродний потенціал -1,73
Ступені окиснення +4, рідше +3, +1
Термодинамічні властивості
Густина 13,31 г/см³
Молярна теплоємність 0,146 Дж/(К·моль)
Теплопровідність 23,0 Вт/(м·К)
Температура плавлення 2 503 К
Теплота плавлення (25,1) кДж/моль
Температура кипіння 5 470 К
Теплота випаровування 575 кДж/моль
Молярний об'єм 13,6 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,200 Å
Відношення с/а 1,582
Температура Дебая 252 К
 Гафній у Вікісховищі

Фізичні властивості Редагувати

Гафній — сріблясто-білий, м'який метал. Легко піддається обробці. Існує дві алотропні модифікації: α-гафній, стабільний за кімнатної температури, має гексагональну щільноупаковану ґратку з параметрами a=3,188 Å, c=5,042 Å, β-гафній має об'ємноцентровану кубічну ґратку з періодом a=3,51 Å, і існує при температурі від 1740 °C до температури плавлення, 2227°C.

Енергія іонізації для перших чотирьох електронів: 7,5; 15; 23,3; 33,3 еВ відповідно.

Модуль всебічного стиску — 108,9 ГПа, модуль Юнга — 83,4 ГПа.

Питомий опір — 30,6×10−8Ом·м. Температура переходу в надпровідний стан — 0,13 К. Парамагнетик.

Переріз поглинання теплових нейтронів — 105 барн.

Історія Редагувати

Відкритий в 1923 р. Гафній шукали серед рідкоземельних елементів, тому що не було з'ясовано будову 6-го періоду Періодичної системи елементів. У 1911 р. французький хімік Ж. Урбан оголосив про відкриття нового елемента, названого ним кельтій. Насправді він отримав суміш, що складається з Ітербію та Лютецію і невеликої кількості гафнію. І тільки після того, як Н. Бор за допомогою квантово-механічних розрахунків показав, що останнім рідкісноземельним елементом є елемент з номером 71 — лютецій, стало ясно, що гафній — аналог цирконію. Базуючись на висновках Бора, який передбачив його властивості та валентність, у 1923 Дірк Костер та Дьордь де Гевеші за допомогою рентгеноспектрального методу систематично проаналізували норвезькі і гренландські циркони. Збіг спектральних ліній рентгенограм залишків отриманих після розчинення циркону киплячими розчинами кислот, та за вирахуваними за законом Мозлі нових ліній для 72-го елемента дозволило дослідникам оголосити про відкриття нового елементу, який вони назвали гафній на честь міста, де було зроблено відкриття. Hafnia — латинізована назва Копенгагена. Спір який розпочався після цього про першовідкриття між Ж. Урбаном, Н. Костером і Д. Гевеші продовжувався тривалий час. У 1949 р. назва елемента «гафній» була затверджена Міжнародною комісією та прийнята остаточно. Розділення металічних цирконію та гафнію вдалося вперше Янтцену та Хевеші через рекристалізацію хлоридів та амонієвих солей обох елементів. Потім гафній виділили через відновленням металічним натрієм.

Походження назви Редагувати

Hafnia  — латинська назва місцевості сучасного Копенгагена, де був відкритий елемент. Водночас, Hafnia — HfO2, «гафнієва земля» — оксид гафнію.

Отримання Редагувати

Кристали гафнію добуті при газотранспортній реакції.

У більшості цирконієвих мінералів є від 1-2 до 6-7 % гафнію, а у вторинних мінералах — до 35 %. Найцінніший промисловий тип цирконієвих родовищ, що містять гафній — морські і алювіальні розсипи мінералу циркону. Найбільш багаті гафнієм різновиди циркону — циртоліт, малакон, альвіт, наегіт. Відомий один мінерал — тортвейтит (який, взагалі, є мінералом скандію), відносна частка гафнію у якому більша ніж цирконію.

Для виробництва гафнію його треба спочатку відділити від цирконію. Для цього використовують різну розчинність солей цих елементів: наприклад нітратів в три-н-бутилфосфаті, або тіоціанатів у метилізобутилкетоні. Також використовують іонний обмін чи фракційну дистиляцію відповідних сполук.

Відділені сполуки гафнію переводять у HfCl4 і відновлюють натрієм чи магнієм до металу:


Для виробництва дуже чистого гафнію використовують газотранспортні реакції з йодом. У зоні слабкого нагрівання йод реагує з металом, а в іншій зоні йодид розкладається на розжареному дроті з кристалізацією гафнію:

Ізотопи та ядерні ізомери Редагувати

Для гафнію відомо 35 ізотопів та ядерних ізомерів від 153Hf до 188Hf. Найчастіше зустрічається ізотоп 180Hf (35 %), за ним слідують 178Hf (27,28 %), 177Hf (18,61 %), 179Hf (13,62 %), 176Hf (5,27 %) та 174Hf (0,16 %). У 174Hf спостерігається альфа-розпад із періодом напіврозпаду 2·1015 років. 178m2Hf є особливо привабливим кандидатом для експериментів з вимушеним гамма-випромінюванням через високу щільність накопиченої енергії. Щодо можливості використання його як засобу зберігання енергії триває дискуссія.

Застосування Редагувати

Ядерна енергетика Редагувати

Гафній (а саме, два його ізотопи, 174Hf 177Hf) має надзвичайно великий переріз поглинання теплових нейтронів, тому використовується для виробництва регулюючих стержнів для ядерних реакторів на атомних електростанціях і підводних човнах, а також захисних екранів. Додатковими перевагами гафнію є висока стійкість до корозії і високих температур, і зберігає свою стійкість у воді. Також, важливою особливістю є те, що ізотопи з масовими числами 178 і 179 також мають високий рівень поглинання нейтронів (хоча і менший ніж породжуючий їх гафній-177), тому з часом ефективність гафнію як поглинача зменшується дуже повільно.

Цікаво, що цирконій, постійний супутник гафнію, також використовується у ядерній енергетиці, але його особливістю є навпаки, надзвичайно низький рівень поглинання нейтронів (майже в тисячу разів нижчий за гафній). Через це, цирконій, що використовується для цих потреб повинен мати частку гафнію меншу за 0,01 %.

Металургія Редагувати

Невеликі домішки гафнію (1-2 %) значно покращують стійкість металів до температури і тиску, тому його додають у сплави, що використовують для лопатей турбін реактивних літаків, сопел та інших деталей ракет, тощо. Для цього використовуються сплави гафнію з нікелем, танталом, вольфрамом, молібденом. Сплавом гафнію з ніобієм вкривають поверхню різальних інструментів.

Інше Редагувати

Карбід гафнію має найвищу температуру плавлення серед усіх бінарних сполук (3890 °C), а нітрид гафнію — серед усіх нітридів металів (3310 °C). Наразі, найвищу відому температура плавлення має керамічний матеріал, що є сумішшю карбіту танталу і карбіду гафнію (3950 °C), проте існують теоретичні передбачення, що HfNC може бути ще більш стійким. Сам гафній також має високу температуру плавлення, і використовується, наприклад, для електродів плазменних різаків.

Гафній добре абсорбує гази, тому використовується у вакуумній техніці.

Скло, вкрите оксидом гафнію має специфічні рефракційні властивості, і використовується у лазерній техніці. Також оксид гафнію використовується у мікрочипах як ізолятор.

Існує ряд каталізаторів, що містять гафній.

Примітки Редагувати

  1. ↑ Poole, 2004, с. 545.
  2. Шека, Карлышева, 1973, с. 10.
  3. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties [ 20 липня 2011 у Wayback Machine.] Nuclear Physics. Band A 729, 2003, P. 3–128.
  4. The Strange Tale of the Hafnium Bomb: A Personal Narrative [ 24 січня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
  5. Шека, Карлышева, 1973, с. 11.
  6. Hafnium Alloys: Part Two [ 21 вересня 2020 у Wayback Machine.](англ.)
  7. New material has higher melting point than any known substance [ 20 липня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  8. Plasma cutter electrode. An example of the element Hafnium [ 28 квітня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  9. The Element Hafnium [ 20 липня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  10. HAFNIUM OXIDE FOR OPTICAL COATING [ 20 липня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  11. Hafnium [ 7 серпня 2019 у Wayback Machine.](англ.)
  12. Hafnium Catalysts [ 20 липня 2019 у Wayback Machine.](англ.)

Література Редагувати

  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics / Charles P. Poole, Jr. — 1. — San Diego : Academic Press, 2004. — 1672 с. — ISBN 9780080545233.
  • Шека И., Карлышева К. Химия гафния. — Київ : «Наукова думка», 1973. — 260 с.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Gafnij angl hafnium nim Hafnium n himichnij element simvol Hf at n 72 at m 178 49 Sriblyasto bilij metal suputnik cirkoniyu ye postijnoyu domishkoyu u cirkoni pri serednomu spivvidnoshenni yih oksidiv 1 50 Gafnij tipovij rozsiyanij element Ne maye vlasnih mineraliv Vmist u zemnij kori 3 2 10 4 mas Gafnij Hf Atomnij nomer 72Zovnishnij viglyad prostoyi rechovini Sriblyastij kovkij metalVlastivosti atomaAtomna masa molyarna masa 178 49 a o m g mol Radius atoma 167 pmEnergiya ionizaciyi pershij elektron 575 2 5 96 kDzh mol eV Elektronna konfiguraciya Xe 4f14 5d2 6s2Himichni vlastivostiKovalentnij radius 144 pmRadius iona 4e 78 pmElektronegativnist za Polingom 1 3Elektrodnij potencial 1 73Stupeni okisnennya 4 ridshe 3 1Termodinamichni vlastivostiGustina 13 31 g sm Molyarna teployemnist 0 146 Dzh K mol Teploprovidnist 23 0 Vt m K Temperatura plavlennya 2 503 KTeplota plavlennya 25 1 kDzh molTemperatura kipinnya 5 470 KTeplota viparovuvannya 575 kDzh molMolyarnij ob yem 13 6 sm molKristalichna gratkaStruktura gratki geksagonalnaPeriod gratki 3 200 AVidnoshennya s a 1 582Temperatura Debaya 252 KH HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br KrRb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I XeCs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At RnFr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Gafnij u Vikishovishi Zmist 1 Fizichni vlastivosti 2 Istoriya 3 Pohodzhennya nazvi 4 Otrimannya 5 Izotopi ta yaderni izomeri 6 Zastosuvannya 6 1 Yaderna energetika 6 2 Metalurgiya 6 3 Inshe 7 Primitki 8 LiteraturaFizichni vlastivosti RedaguvatiGafnij sriblyasto bilij m yakij metal Legko piddayetsya obrobci Isnuye dvi alotropni modifikaciyi a gafnij stabilnij za kimnatnoyi temperaturi maye geksagonalnu shilnoupakovanu gratku z parametrami a 3 188 A c 5 042 A b gafnij maye ob yemnocentrovanu kubichnu gratku z periodom a 3 51 A i isnuye pri temperaturi vid 1740 C do temperaturi plavlennya 2227 C 1 Energiya ionizaciyi dlya pershih chotiroh elektroniv 7 5 15 23 3 33 3 eV vidpovidno 1 Modul vsebichnogo stisku 108 9 GPa modul Yunga 83 4 GPa 1 Pitomij opir 30 6 10 8Om m Temperatura perehodu v nadprovidnij stan 0 13 K Paramagnetik 1 Pereriz poglinannya teplovih nejtroniv 105 barn 1 Istoriya RedaguvatiVidkritij v 1923 r Gafnij shukali sered ridkozemelnih elementiv tomu sho ne bulo z yasovano budovu 6 go periodu Periodichnoyi sistemi elementiv U 1911 r francuzkij himik Zh Urban ogolosiv pro vidkrittya novogo elementa nazvanogo nim keltij Naspravdi vin otrimav sumish sho skladayetsya z Iterbiyu ta Lyuteciyu i nevelikoyi kilkosti gafniyu I tilki pislya togo yak N Bor za dopomogoyu kvantovo mehanichnih rozrahunkiv pokazav sho ostannim ridkisnozemelnim elementom ye element z nomerom 71 lyutecij stalo yasno sho gafnij analog cirkoniyu Bazuyuchis na visnovkah Bora yakij peredbachiv jogo vlastivosti ta valentnist u 1923 Dirk Koster ta Dord de Geveshi za dopomogoyu rentgenospektralnogo metodu sistematichno proanalizuvali norvezki i grenlandski cirkoni Zbig spektralnih linij rentgenogram zalishkiv otrimanih pislya rozchinennya cirkonu kiplyachimi rozchinami kislot ta za virahuvanimi za zakonom Mozli novih linij dlya 72 go elementa dozvolilo doslidnikam ogolositi pro vidkrittya novogo elementu yakij voni nazvali gafnij na chest mista de bulo zrobleno vidkrittya Hafnia latinizovana nazva Kopengagena Spir yakij rozpochavsya pislya cogo pro pershovidkrittya mizh Zh Urbanom N Kosterom i D Geveshi prodovzhuvavsya trivalij chas U 1949 r nazva elementa gafnij bula zatverdzhena Mizhnarodnoyu komisiyeyu ta prijnyata ostatochno Rozdilennya metalichnih cirkoniyu ta gafniyu vdalosya vpershe Yantcenu ta Heveshi cherez rekristalizaciyu hloridiv ta amoniyevih solej oboh elementiv Potim gafnij vidilili cherez vidnovlennyam metalichnim natriyem Pohodzhennya nazvi RedaguvatiHafnia latinska nazva miscevosti suchasnogo Kopengagena de buv vidkritij element Vodnochas Hafnia HfO2 gafniyeva zemlya oksid gafniyu Otrimannya Redaguvati nbsp Kristali gafniyu dobuti pri gazotransportnij reakciyi U bilshosti cirkoniyevih mineraliv ye vid 1 2 do 6 7 gafniyu a u vtorinnih mineralah do 35 Najcinnishij promislovij tip cirkoniyevih rodovish sho mistyat gafnij morski i alyuvialni rozsipi mineralu cirkonu Najbilsh bagati gafniyem riznovidi cirkonu cirtolit malakon alvit naegit Vidomij odin mineral tortvejtit yakij vzagali ye mineralom skandiyu vidnosna chastka gafniyu u yakomu bilsha nizh cirkoniyu 2 Dlya virobnictva gafniyu jogo treba spochatku viddiliti vid cirkoniyu Dlya cogo vikoristovuyut riznu rozchinnist solej cih elementiv napriklad nitrativ v tri n butilfosfati abo tiocianativ u metilizobutilketoni Takozh vikoristovuyut ionnij obmin chi frakcijnu distilyaciyu vidpovidnih spoluk Viddileni spoluki gafniyu perevodyat u HfCl4 i vidnovlyuyut natriyem chi magniyem do metalu H f C l 4 2 M g H f 2 M g C l 2 displaystyle mathrm HfCl 4 2 Mg longrightarrow Hf 2 MgCl 2 nbsp Dlya virobnictva duzhe chistogo gafniyu vikoristovuyut gazotransportni reakciyi z jodom U zoni slabkogo nagrivannya jod reaguye z metalom a v inshij zoni jodid rozkladayetsya na rozzharenomu droti z kristalizaciyeyu gafniyu H f 2 I 2 H f I 4 displaystyle mathrm Hf 2 I 2 rightleftharpoons HfI 4 nbsp Izotopi ta yaderni izomeri RedaguvatiDlya gafniyu vidomo 35 izotopiv ta yadernih izomeriv 3 vid 153Hf do 188Hf Najchastishe zustrichayetsya izotop 180Hf 35 za nim sliduyut 178Hf 27 28 177Hf 18 61 179Hf 13 62 176Hf 5 27 ta 174Hf 0 16 U 174Hf sposterigayetsya alfa rozpad iz periodom napivrozpadu 2 1015 rokiv 178m2Hf ye osoblivo privablivim kandidatom dlya eksperimentiv z vimushenim gamma viprominyuvannyam cherez visoku shilnist nakopichenoyi energiyi Shodo mozhlivosti vikoristannya jogo yak zasobu zberigannya energiyi trivaye diskussiya 4 Zastosuvannya RedaguvatiYaderna energetika Redaguvati Gafnij a same dva jogo izotopi 174Hf 177Hf maye nadzvichajno velikij pereriz poglinannya teplovih nejtroniv tomu vikoristovuyetsya dlya virobnictva regulyuyuchih sterzhniv dlya yadernih reaktoriv na atomnih elektrostanciyah i pidvodnih chovnah a takozh zahisnih ekraniv Dodatkovimi perevagami gafniyu ye visoka stijkist do koroziyi i visokih temperatur i zberigaye svoyu stijkist u vodi Takozh vazhlivoyu osoblivistyu ye te sho izotopi z masovimi chislami 178 i 179 takozh mayut visokij riven poglinannya nejtroniv hocha i menshij nizh porodzhuyuchij yih gafnij 177 tomu z chasom efektivnist gafniyu yak poglinacha zmenshuyetsya duzhe povilno 5 Cikavo sho cirkonij postijnij suputnik gafniyu takozh vikoristovuyetsya u yadernij energetici ale jogo osoblivistyu ye navpaki nadzvichajno nizkij riven poglinannya nejtroniv majzhe v tisyachu raziv nizhchij za gafnij Cherez ce cirkonij sho vikoristovuyetsya dlya cih potreb povinen mati chastku gafniyu menshu za 0 01 Metalurgiya Redaguvati Neveliki domishki gafniyu 1 2 znachno pokrashuyut stijkist metaliv do temperaturi i tisku tomu jogo dodayut u splavi sho vikoristovuyut dlya lopatej turbin reaktivnih litakiv sopel ta inshih detalej raket tosho Dlya cogo vikoristovuyutsya splavi gafniyu z nikelem tantalom volframom molibdenom Splavom gafniyu z niobiyem vkrivayut poverhnyu rizalnih instrumentiv 6 Inshe Redaguvati Karbid gafniyu maye najvishu temperaturu plavlennya sered usih binarnih spoluk 3890 C a nitrid gafniyu sered usih nitridiv metaliv 3310 C Narazi najvishu vidomu temperatura plavlennya maye keramichnij material sho ye sumishshyu karbitu tantalu i karbidu gafniyu 3950 C prote isnuyut teoretichni peredbachennya sho HfNC mozhe buti she bilsh stijkim 7 Sam gafnij takozh maye visoku temperaturu plavlennya i vikoristovuyetsya napriklad dlya elektrodiv plazmennih rizakiv 8 Gafnij dobre absorbuye gazi tomu vikoristovuyetsya u vakuumnij tehnici 9 Sklo vkrite oksidom gafniyu maye specifichni refrakcijni vlastivosti i vikoristovuyetsya u lazernij tehnici 10 Takozh oksid gafniyu vikoristovuyetsya u mikrochipah yak izolyator 11 Isnuye ryad katalizatoriv sho mistyat gafnij 12 Primitki Redaguvati a b v g d Poole 2004 s 545 Sheka Karlysheva 1973 s 10 G Audi O Bersillon J Blachot A H Wapstra The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties Arhivovano 20 lipnya 2011 u Wayback Machine Nuclear Physics Band A 729 2003 P 3 128 The Strange Tale of the Hafnium Bomb A Personal Narrative Arhivovano 24 sichnya 2021 u Wayback Machine angl Sheka Karlysheva 1973 s 11 Hafnium Alloys Part Two Arhivovano 21 veresnya 2020 u Wayback Machine angl New material has higher melting point than any known substance Arhivovano 20 lipnya 2019 u Wayback Machine angl Plasma cutter electrode An example of the element Hafnium Arhivovano 28 kvitnya 2019 u Wayback Machine angl The Element Hafnium Arhivovano 20 lipnya 2019 u Wayback Machine angl HAFNIUM OXIDE FOR OPTICAL COATING Arhivovano 20 lipnya 2019 u Wayback Machine angl Hafnium Arhivovano 7 serpnya 2019 u Wayback Machine angl Hafnium Catalysts Arhivovano 20 lipnya 2019 u Wayback Machine angl Literatura RedaguvatiGlosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0 Mala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Donbas 2004 T 1 A K 640 s ISBN 966 7804 14 3 Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics Charles P Poole Jr 1 San Diego Academic Press 2004 1672 s ISBN 9780080545233 Sheka I Karlysheva K Himiya gafniya Kiyiv Naukova dumka 1973 260 s Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Gafnij amp oldid 39197870