Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


Гафний

Гафний (лат. Hafnium), Hf, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; порядковый номер 72, атомная масса 178, 49; серебристо-белый металл. В состав природного гафния входят 6 стабильных изотопов с массовыми числами 174, 176—180. Существование гафния 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 гафнием по месту открытия — городу Копенгагену (позднелат. Hafnia).

  Гафний не имеет собственных минералов и в природе обычно сопутствует цирконию. В земной коре содержится 3,2·10-4% гафния 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 гафния являются морские и аллювиальные россыпи минерала циркона (см. Цирконий).

  Физические и химические свойства. При обычной температуре гафний имеет гексагональную решётку с периодами а = 3,1946  и с = 5,0511 . Плотность гафния 13,09 г/см3 (20 °С). Гафний тугоплавок, его tпл 2222 ± 30 °С, tkип 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 гафния — высокая эмиссионная способность; работа выхода электрона 5,77 ´ 10-19 дж, или 3,60 эв (980—1550°С); гафний имеет высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 115·10-28 м2, или 115 барн (у циркония 0,18·10-28 м2, или 0,18 барн). Чистый гафний пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке).

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

  При комнатной температуре компактный гафний совершенно устойчив к атмосферным газам. Однако при нагревании выше 600 °С быстро окисляется и взаимодействует, подобно цирконию, с азотом и водородом. Гафний отличается коррозионной стойкостью в чистой воде и водяных парах до температур 400 °С. Порошкообразный гафний пирофорен. Двуокись гафния HfO2 — белое тугоплавкое (плавится 2780 °С) вещество, обладающее высокой химической стойкостью. Двуокись гафния и соответствующие ей гидроокиси [HfO2·H2O и HfO (OH)2] амфотерны с преобладанием основных свойств. При нагревании HfO2 с щелочами и окислами щелочноземельных металлов образуются гафиаты, например Me2HfO3, Me4HfO4, Me2Hf2O5.

  При нагревании гафний реагирует с галогенами, образуя соединения типа HfX4 (тетрафторид HfF4, тетрахлорид HfCl4 и др.). При высокой температуре гафний взаимодействует с углеродом, бором, азотом, кремнием, образуя металлоподобные, тугоплавкие, весьма устойчивые по отношению к химическим реагентам соединения: HfB, HfB2 (tпл 3250 °С), HfC (tпл 3887 °С), HfN (tпл 3310 °С), Hf2Si. HfSi, HfSi2. Металлический гафний 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 гафния, которые находят применение в технологии и аналитической химии гафния, принадлежат тетрахлорид и оксихлорид — HfCl4 и HfOCl2·8H2O, нитраты и сульфаты гафния — HfO (NO3)2·nH2O (n = 2 и 6), Hf (SO4)2 и Hf (SO4)2·4H2O. Для гафния характерно образование комплексов с различными органическими кислородсодержащими соединениями.

  Получение и применение. Соединения гафния обычно выделяют в конце технологического цикла производства соединений циркония из рудного сырья. Металлический гафний в настоящее время получают восстановлением HfCl4 магнием или натрием. Гафний 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 гафния в производстве жаропрочных сплавов для авиации и ракетной техники. Твёрдый раствор карбидов гафния 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.



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн