ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Гафний (hafnium)
Порядковый номер: 72
Группа: iv
Период: 6
Электронное строение: 4f14 5d2 6s2
Атомная масса: 178,49
Электроотрицательность: 1,3
Температура плавления: 2227?С
Температура кипения: 4602?С
Плотность (г/см3): 13,2
Характерные степени окисления: +4
Цвет элемента: Серо-стальной
Кем открыт: Д. Костер, Г. Хевеши
Год открытия: 1923
Страна открытия: Дания
Кристалическая структура:
гексагональная

Гафний (лат. hafnium), hf, химический элемент iv группы периодической системы Менделеева; порядковый номер 72, атомная масса 178, 49; серебристо-белый металл. В состав природного Г. входят 6 стабильных изотопов с массовыми числами 174, 176—180. Существование Г. было предсказано Д. И. Менделеевым в 1870. В 1921 Н. Бор показал, что элемент № 72 должен иметь строение атома, подобное цирконию, и что, следовательно, его надо искать не среди редкоземельных элементов, как думали раньше, а среди минералов циркония. Венгерский химик Д. Хевеши и голландский физик Д. Костер систематически исследовали минералы циркония методом рентгеноспектрального анализа и в 1922 обнаружили элемент № 72, назвав его Г. по месту открытия — городу Копенгагену (позднелат. hafnia).

Г. не имеет собственных минералов и в природе обычно сопутствует цирконию. В земной коре содержится 3,2·10 -4 % Г. по массе, в большинстве циркониевых минералов его содержание составляет от 1—2 до 6—7%, во вторичных минералах — иногда до 35%. Наиболее ценным промышленным типом месторождений Г. являются морские и аллювиальные россыпи минерала циркона.

Физические и химические свойства. При обычной температуре Г. имеет гексагональную решётку с периодами а = 3,1946 å и с = 5,0511 å. Плотность Г. 13,09 г/см 3 (20 °С). Г. тугоплавок, его t пл 2222 ± 30 °С, t kип 5400 °С. Атомная теплоёмкость 26,3 кдж/ ( кг-атом ·К) [6,27 кал/ ( г-атом ? град )] (25—100° С); удельное электросопротивление 32,4·10 -8 ом·м (0°С). Особенность Г. — высокая эмиссионная способность; работа выхода электрона 5,77 ? 10 -19 дж , или 3,60 эв (980—1550°С); Г. имеет высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 115·10 -28 м 2 , или 115 барн (у циркония 0,18·10 -28 м 2 , или 0,18 барн ). Чистый Г. пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке).

По химическим свойствам Г. очень похож на цирконий вследствие почти одинаковых размеров ионов этих элементов и полного сходства электронной структуры. Однако химическая активность Г. несколько меньше, чем zr. Основная валентность Г. равна 4. Известны также соединения 3-, 2- и 1-валентного Г.

При комнатной температуре компактный Г. совершенно устойчив к атмосферным газам. Однако при нагревании выше 600 ° С быстро окисляется и взаимодействует, подобно цирконию, с азотом и водородом. Г. отличается коррозионной стойкостью в чистой воде и водяных парах до температур 400 °С. Порошкообразный Г. пирофорен. Двуокись Г. hfo 2 — белое тугоплавкое (плавится 2780 °С) вещество, обладающее высокой химической стойкостью. Двуокись Г. и соответствующие ей гидроокиси [hfo 2 ·h 2 o и hfo (oh) 2 ] амфотерны с преобладанием основных свойств. При нагревании hfo 2 с щелочами и окислами щелочноземельных металлов образуются гафиаты, например me 2 hfo 3 , me 4 hfo 4 , me 2 hf 2 o 5 .

При нагревании Г. реагирует с галогенами, образуя соединения типа hfx 4 (тетрафторид hff 4 , тетрахлорид hfcl 4 и др.). При высокой температуре Г. взаимодействует с углеродом, бором, азотом, кремнием, образуя металлоподобные, тугоплавкие, весьма устойчивые по отношению к химическим реагентам соединения: hfb, hfb 2 ( t пл 3250 °С), hfc ( t пл 3887 °С), hfn ( t пл 3310 °С), hf 2 si. hfsi, hfsi 2 . Металлический Г. растворяется в плавиковой и концентрированной серной кислотах и расплавленных фторидах щелочных металлов. Он практически не растворим в азотной, соляной, фосфорной и органических кислотах и весьма устойчив по отношению к растворам щелочей. К числу хорошо растворимых в воде соединений Г., которые находят применение в технологии и аналитической химии Г., принадлежат тетрахлорид и оксихлорид — hfcl 4 и hfocl 2 ·8h 2 o, нитраты и сульфаты Г. — hfo (no 3 ) 2 ·nh 2 o ( n = 2 и 6), hf (so 4 ) 2 и hf (so 4 ) 2 ·4h 2 o. Для Г. характерно образование комплексов с различными органическими кислородсодержащими соединениями.

Получение и применение. Соединения Г. обычно выделяют в конце технологического цикла производства соединений циркония из рудного сырья. Металлический Г. в настоящее время получают восстановлением hfcl 4 магнием или натрием. Г. начал применяться в различных областях техники лишь недавно. Он используется в ядерной энергетике (регулирующие стержни реакторов, экраны для защиты от нейтронного излучения) и в электронной технике (катоды, геттеры, электроконтакты). Перспективно применение Г. в производстве жаропрочных сплавов для авиации и ракетной техники. Твёрдый раствор карбидов Г. и тантала, плавящийся выше 4000 °С, — самый тугоплавкий керамический материал; из него изготовляют тигли для плавки тугоплавких металлов, детали реактивных двигателей.

Лит.: Металлургия гафния, под ред. Д. Е. Томаса и Е. Т. Хейса, пер. с англ., М., 1967; Справочник по редким металлам, пер. с англ., М., 1965, с. 177—203.

Л. Н. Комиссарова.

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm