Hafnium, Hf, Numéro atomique 72

Général

Le hafnium est un élément chimique avec le symbole et le nombre atomique Hf 72. Il est nommé d'après le nom latin de Copenhague, Hafnia, a été découvert dans laquelle l'élément. Il s'agit d'un brillant gris argenté, corrosion métal de transition résistant à, dans le tableau périodique à l' 4. Sous-groupe (Groupe 4) oder Titan Groupe steht.

Hafnium a des caractéristiques très similaires à la dans le tableau périodique directement au-dessus de zirconium préféré. Fonctions biologiques ne sont pas connus, il ne se produit pas normalement dans l'organisme humain et est non toxique.

Hafnium est l'un des derniers éléments stables de la classification périodique, qui a été découvert. La première indication de l'existence d'un autre élément entre le lutétium et le tantale résulté de la 1912 La loi de Moseley trouvé. Henry Moseley essayé 1914, l'inconnu, Mais en vertu de la présente loi peut s'attendre à l'élément de numéro atomique 72 dans des échantillons de minéraux de terres rares (heuteLanthanoiden) pour trouver. Il n'était pas connu un tel succès, mais.

Niels Bohr a dit dans son 1922 travaux publiés sur la théorie atomique de prédire, que la série des lanthanides avec le lutécium a été achevée et que, par conséquent l'élément 72 Devrait ressembler à du zirconium. Juste un an plus tard, le hafnium sont présentés: 1923 Il a été découvert à Copenhague par Dirk Coster et George de Hevesy par spectroscopie des rayons X dans le zircon norvégien. D'autres études d'autres minéraux ont été, que le hafnium est toujours contenu dans les minéraux de zirconium. La séparation des Jantzen zirconium et Hevesy a réussi par cristallisation répétée de la diammonium- et Dikaliumfluoride des deux éléments. Hafnium élémentaire pourrait être récupéré par réduction avec du sodium par la suite.

Apparition

Hafnium avec une teneur de 4,9 ppm dans la croûte continentale sur Terre un élément peu commun. Dans la fréquence, il est donc comparable à celle des éléments de brome et le césium et plus fréquemment que le long connu or et le mercure. Le hafnium est ni dignité, ni devant leurs propres minéraux. Zirconium-minérale, tels que le zircon et baddeleyite sont cependant toujours hafniumhaltig; la quantité de hafnium est habituellement 2 % des Zirconiumgehaltes (1-5 Pour cent de hafnium Poids). Un des rares minéraux, l'hafnium plus de zirconium, l'Alvit variété de zirconium [(Hf,Th,Zr)SiO4].

Analogue au zirconium sont les principaux réservoirs des dépôts hafnium de zircon en Australie et en Afrique du Sud. Les réserves sont 1,1 Millions de tonnes (calculé en oxyde d'hafnium) estimé.

Extraction et représentation

Pour gagner du hafnium, il doit être séparé de zirconium. Ce n'est pas possible pendant le processus de fabrication, mais fait dans un processus séparé. Pour la séparation des méthodes d'extraction sont appliqués. Ici, la différence de solubilité de certains zirconium- et l'hafnium utilisé dans des solvants spécifiques. Des exemples de cela sont les solubilités différentes de nitrates dans le phosphate de tri-n-butyle et le thiocyanate dans la méthylisobutylcétone. D'autres options sont possibles séparation par échange d'ions et la distillation fractionnée de composés appropriés.

Le hafnium peut alors séparés après le processus première Kroll en hafnium(IV)-chlorure sont transférés et sont ensuite réduite avec sodium ou de magnésium à l'hafnium élémentaire.

\mathrm{HfCl_4 + 2 \ Mg \longrightarrow Hf + 2 \ MgCl_2}

Hafnium est plus pur encore nécessaires, le processus de barre de cristal peut être appliqué. Il réagit pendant le chauffage sous vide d'abord le hafnium avec de l'iode à l'hafnium(IV)-iodure. Ceci est un fil chaud à nouveau décomposé en iode et l'hafnium.

\mathrm{Hf + 2 \ I_2 \ \rightleftharpoons \ HfI_4}

Hafnium est seulement en petites quantités dans l'échelle des 100 Produit tonnes. Il n'est pas fabriqué spécialement, mais est un sous-produit dans la production de zirconium-hafnium libre de barres de combustible à.

Propriétés

Propriétés physiques

La structure cristalline de α-Hf, un = 320 h,c = 505 h

Le hafnium est un métal lourd argenté brillant de haute densité (13,31 g / cm3). Il cristallise dans deux variantes différentes selon la température. Dans des conditions normales, il cristallise dans un hexagonale serrée (α-Hf) et est donc isotypique avec α-Zr, dessus 1775 ° C, il se transforme en une structure cubique centrée (β-Hf).

Situé dans un hafnium de grande pureté il ya, Il est relativement souple et pliable. Il est facile par laminage, Modifier forgeage et le martelage. Toutefois, si des traces d'oxygène, L'azote ou le carbone dans le matériau disponible, il est fragile et difficile à traiter. La fusion- et le point d'ébullition de l'hafnium sont 2227 ° C respectivement 4450 ° C, le plus élevé dans le groupe (Point de fusion: Titan: 1667 ° C, Zirconium: 1857 ° C).

Dans presque tous les autres propriétés du métal ressemble à ses homologues plus légers zirconium. Ceci est causé par la contraction des lanthanides, l'Atom similaires- undIonenradien conditionnellement (Atomradien Zr: 159 h, Hf: 156 h). Une exception est la densité, en zirconium avec 6,5 g / cm3 a une valeur sensiblement plus petite. Une différence technique importante est, que l'hafnium 600 fois mieux capables d'absorber les neutrons. C'est la raison pour, qui doit être éliminé pour l'utilisation de zirconium en hafnium Kernkraftwerkendas.

Le hafnium est inférieure à la température de transition de 0,08 K supraleitend.

Propriétés chimiques

Hafnium est un métal de base, qui réagit avec l'oxygène pour le dioxyde de hafnium lorsqu'il est chauffé. Autres non-métaux, tel que l'azote, Carbone, Boron et la forme de silicium dans ces conditions composés. À la température ambiante se forme rapidement une couche d'oxyde dense, le métal passive et protège contre l'oxydation ultérieure.

Dans la plupart des acides hafnium est due à la passivation résistant dans des conditions normales. Dans l'acide fluorhydrique, il corrode rapidement, sulfurique concentré à chaud en- et l'acide phosphorique entre la corrosion appréciable. Mélanges d'acides nitrique chlorhydrique, cela inclut aussi l'eau régale, hafnium devraient être exposés brièvement à la température ambiante, à 35 ° C avec un taux d'élimination doit être supérieur 3 être compté mm / an. Dans une base aqueuse, il est à une température d'environ. 100 ° C Résistant, l'enlèvement de matière est généralement inférieure 0,1 mm / an.

Isotope

Sur un total de hafnium 35 Isotopes et 18 Kernisomere d' 153Hf jusqu'à 188Hf connue. Hafnium naturel est un élément de mélange, les isotopes différents se compose de six. L'isotope le plus commun est à la fréquence 35,08 % 180Hf. Suivent 178Hf avec 27,28 %, 177Hf avec 18,61 %, 179Hf avec 13,62 %, 176Hf avec 5,27 % et 174Hf avec 0,16 %. Est le seul isotope naturel 174Radio HF-faible, il est einAlphastrahler avec une demi-vie de 2 · 1015 Ans. Die isotopes 177Hf et 179Hf peuvent être détectés par spectroscopie RMN.

Le Kernisomer 178 2mHf avec une demi-vie de 31 Années durable et dans le même temps envoie un rayonnement gamma forte de la désintégration du 2,45 MeV à partir. Il s'agit de la plus haute énergie, émettre un isotope stable longtemps. Une application possible est de, de l'utiliser comme une source Kernisomer dans les lasers puissants. 1999 découvert Carl Collins, cet isomère peut offrir lorsqu'il est irradié par des rayons X Une énergie d'un seul coup. Toutefois, les applications possibles, tels que les explosifs, improbable.

Utiliser

Hafnium métal à partir de déchets industriels

En raison de sa récupération difficile est de hafnium utilisés uniquement en petites quantités. L'application principale est la technologie de base, est dans la tige de commande de hafnium pour réguler la réaction en chaîne dans le réacteur nucléaire occasion. L'utilisation de hafnium a plus d'autres substances absorbant des neutrons possibles de certains avantages. Ainsi, l'élément est très résistant à la corrosion et la réaction nucléaire avec des neutrons, Hafniumisotope, aussi les hautes sections efficaces d'absorption. En raison du prix élevé, il n'est souvent que pour des applications militaires en question, Par exemple, les réacteurs des sous-marins inAtom.

Il ya d'autres utilisations. Donc hafnium réagit rapidement avec de petites quantités d'oxygène et d'azote et peut donc être utilisé en tant que getter, pour éliminer les petites quantités de ces substances à partir de systèmes ultra-haut vide. Lors de la combustion, le métal émet une lumière très brillante. Par conséquent, il est possible, Utilisez l'hafnium dans les lampes flash avec une efficacité lumineuse particulièrement élevée. Plusieurs des composés très stables et de haute-fusion, en particulier le nitrure de hafnium et du carbure d'hafnium peuvent être produits à partir des éléments.

Dans les alliages avec des métaux tels que le niobium, Tantale, Molybdène et le tungstène actes ajoutés 2 % Hafnium force croissante. Il a créé très stable, matériaux réfractaires et réfractaires.

Sécurité

Comme beaucoup d'autres métaux hafnium dans un état finement divisé inflammable et pyrophore. Dans un état compact, ce n'est pas contre combustibles. Le métal est non toxique. Pour ces raisons, l'utilisation de l'hafnium pas les règles de sécurité spécifiques.

Liens

Hafnium forme une série de composés. Ce sont généralement des sels ou des cristaux mixtes et ont souvent des points de fusion élevés. L'état de l'hafnium IV d'oxydation principale, Il ya également des liens dans les états d'oxydation inférieurs, de 0 bis III, connu dans les complexes et les états d'oxydation négatifs.

Hafnium(IV)-oxyde

Hafnium(IV)-oxyde est un fusion très élevé et stable solide. Il a une forte permittivité relative de 25 (de comparaison: Silice: 3,9). Par conséquent, une utilisation en tant que diélectrique à constante k élevée comme une isolation de la borne de commande (Porte) possible de microprocesseurs. En réduisant davantage les tailles de longs, les courants de fuite à un problème toujours plus large à être, pour la miniaturisation des structures CMOS exige également isolateurs grille minces. Sous 2 nm épaisseur du courant de fuite non désiré par l'effet tunnel augmente fortement. En utilisant une boîte à constante k élevée diélectrique pour la réduction du courant de fuite, l'épaisseur du diélectrique peut être augmentée à nouveau sans dégradation des performances (Réduire la vitesse de commutation) le transistor est. Épaisses diélectriques permettent ainsi weitereMiniaturisierung.

Composés d'hafnium Autres

Hafnium est l'une des substances les points de fusion le plus élevé jamais. Ensemble de nitrure de hafnium et hafnium il est l'un des matériaux durs.

Il ya quelques composés halogènes de hafnium connus. Dans l'état d'oxydation IV existent à la fois le fluorure et de chlorure de, Bromure et iodure. Hafnium(IV)-le chlorure et l'hafnium(IV)-iodure jeu dans la production d'un rôle d'hafnium. Dans les états d'oxydation inférieurs sont que du chlore- et les composés bromés, et l'hafnium(III)-L'iodure est connue.

Das Kaliumhexafluoridohafnat(IV) K2[HfF6] ainsi que l'Ammoniumhexafluoridohafnat(IV) (NH4)2[HfF6] pour la séparation de l'hafnium de zirconium peut être utilisé, puisque les deux sels sont plus facilement soluble que les complexes correspondants de zirconium.

Général
Nom, Symbole,Numéro atomique Hafnium, Hf, 72
Série Les métaux de transition
Groupe, Période, Bloquer 4, 6, d
Apparence gris acier
CAS-Nummer 7440-58-6
Fraction massique de derErdhülle 4,2 ppm
Atomique
De masse atomique 178,49 vous
Atomradius (calculé) 155 (208) h
Rayon Kovalenter 150 h
Configuration électronique [Voiture] 4f14 5d2 6s2
1. Ionisation 658,5 kJ / mol
2. Ionisation 1440 kJ / mol
3. Ionisation 2250 kJ / mol
4. Ionisation 3216 kJ / mol
Physiquement
État physique fixé
Modifications deux (α-/β-Hf)
Crystal structure hexagonal
Densité 13,28 g / cm3 (25 ° C)
Mohs 5,5
Magnétisme paramagnetisch (\chi_{m} = 7,0 · 10-5)
Point de fusion 2506 K (2233 ° C)
Point d'ébullition 4876 K (4603 ° C)
Volume molaire 13,44 · 10-6 m3/mol
Chaleur de vaporisation 630 kJ / mol
Schmelzwärme 25,5 kJ / mol
Pression de vapeur 0,00013 Pa à 1970 K
Vitesse du son 3010 m / s à 293,15 K
Capacité thermique spécifique 140 J /(kg · K)
La conductivité électrique 3,12 · 106 Un /(Dans · m)
La conductivité thermique 23 W /(m · K)
Chimique
États d'oxydation 4
Normalpotential -1505 V (HfO2 + 4 H+ + 4 et-
→ Hf + 2 H2La)
Électronégativité 1,3 (Pauling-rock)
Isotope
Isotope NH t1/2 POUR ZE (MeV) ZP
174Hf 0,162 % 2 · 1015 un un 2,495 170Yb
175Hf {un fils.} 70 d e 0,686 175Lu
176Hf 5,206 % Stable
177Hf 18,606 % Stable
178Hf 27,297 % Stable
179Hf 13,629 % Stable
180Hf 35,1 % Stable
Propriétés RMN
Tourner γ in
roue·T-1·s-1
Ilr(1H) fL à
B = 4,7 T
in MHz
177Hf 7/2 8,347 · 106 0,000632 6,24
179Hf -9/2 5,002 · 106 0,000216 3,74
Sécurité
Identification des dangers du SGH

02 – Leicht-/Hochentzündlich

Risque

H- et P-ensembles H: 228
EUH: EUH pas fixe
P: 210
Identification des matières dangereusesPoudre

Leichtentzündlich
Légèrement-
inflammable
(F)
R- et les phrases S R: 17
S: pas de phrases S
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