Гафній
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Гафній

Гафній (лат. Hafnium), Hf, хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва; порядковий номер 72, атомна маса 178, 49; сріблисто-білий метал. До складу природного Р. входять 6 стабільних ізотопів з масовими числами 174, 176—180. Існування Р. було передбачене Д. І. Менделєєвим в 1870. У 1921 Н. Бор показав, що елемент № 72 повинен мати будову атома, подібну до цирконію, і що, отже, його треба шукати не серед рідкоземельних елементів, як думали раніше, а серед мінералів цирконію. Угорський хімік Д. Хевеши і голландський фізик Д. Костер систематично досліджували мінерали цирконію методом рентгеноспектрального аналізу і в 1922 виявили елемент № 72, назвавши його Р. по місцю відкриття — місту Копенгагену (позднелат. Hafnia).

загрузка...

  Р. не має власних мінералів і в природі зазвичай супроводить цирконію. У земній корі міститься 3,2·10 -4 % Р. по масі, в більшості цирконієвих мінералів його вміст складає від 1—2 до 6—7%, у вторинних мінералах — інколи до 35%. Найбільш коштовним промисловим типом родовищ Р. є морські і алювіальні розсипи мінералу циркону (див. Цирконій ).

  Фізичні і хімічні властивості. При звичайній температурі Р. має гексагональні грати з періодами а = 3,1946  і з = 5,0511 . Щільність Р. 13,09 г/см 3 (20 °С). Р. тугоплавкий, його t пл 2222 ± 30 °С, t кіп 5400 °С. Атомна теплоємність 26,3 кдж/ ( кг-атом ·К) [6,27 кал/ ( г-атом ´ град )] (25—100° З); питомий електроопір 32,4·10 -8 ом·м (0°С). Особливість Р. — висока емісійна здатність; робота виходу електрона 5,77 ´ 10 -19 дж , або 3,60 ев (980—1550°С); Р. має високий перетин захвату теплових нейтронів, рівне 115·10 -28 м 2 , або 115 барн (в цирконію 0,18·10 -28 м 2 , або 0,18 барн ). Чистий Р. пластичний, легко піддається холодній і гарячій обробці (плющенню, куванню, штампуванню).

  По хімічних властивостях Р. дуже схожий на цирконій унаслідок майже однакових розмірів іонів цих елементів і повної схожості електронної структури. Проте хімічна активність Р. декілька менше, ніж Zr. Основна валентність Р. дорівнює 4. Відомі також з'єднання 3-, 2- і 1-валентного Р.

  При кімнатній температурі компактний Р. абсолютно стійкий до атмосферних газів. Проте при нагріванні вище 600 ° З швидко окислюється і взаємодіє, подібно до цирконію, з азотом і воднем. Р. відрізняється корозійною стійкістю в чистій воді і водяних парах до температур 400 °С. Порошкоподібний Р. пірофорен. Двоокис Г. Hfo 2 — біла тугоплавка (плавиться 2780 °С) речовина, що володіє високою хімічною стійкістю. Двоокис Р. і відповідні нею гідроокиси [Hfo 2 ·H 2 O і HFO (ВІН) 2 ] амфотерни з переважанням основних властивостей. При нагріванні Hfo 2 з лугами і оксидами лужноземельних металів утворюються гафіати, наприклад Me 2 Hfo 3 , Me 4 Hfo 4 , Me 2 Hf 2 O 5 .

  При нагріванні Р. реагує з галогенами, утворюючи з'єднання типа Hfx 4 (тетрафторід Hff 4 , тетрахлорид Hfcl 4 і ін.). При високій температурі Р. взаємодіє з вуглецем, бором, азотом, кремнієм, утворюючи металлоподобниє, тугоплавкі, вельми стійкі по відношенню до хімічних реагентів з'єднання: HFB, Hfb 2 ( t пл 3250 °С), HFC ( t пл 3887 °С), HFN ( t пл 3310 °С), Hf 2 Si. Hfsi, Hfsi 2 . Металевий Р. розчиняється в плавиковою і концентрованою сарною кислотах і розплавлених фторидах лужних металів. Він практично не розчинимо в азотній, соляній, фосфорній і органічних кислотах і вельми стійкий по відношенню до розчинів лугів. До добре розчинних у воді з'єднань Р., які знаходять вживання в технології і аналітичній хімії Р., належать тетрахлорид і оксихлорід — Hfcl 4 і Hfocl 2 ·8H 2 O, нітрати і сульфати Р. — HFO (No 3 ) 2 ·nH 2 O ( n = 2 і 6), Hf (So 4 ) 2 і Hf (So 4 ) 2 ·4H 2 O. Для Р. характерна освіта комплексів з різними органічними кисневмісними сполуками.

  Здобуття і вживання. З'єднання Р. зазвичай виділяють в кінці технологічного циклу виробництва з'єднань цирконію з рудної сировини. Металевий Р. в даний час отримують відновленням Hfcl 4 магнієм або натрієм. Р. почав застосовуватися в різних областях техніки лише недавно. Він використовується в ядерній енергетиці (регулюючі стрижні реакторів, екрани для захисту від нейтронного випромінювання) і в електронній техніці (катоди, геттери, електроконтакти). Перспективне вживання Р. у виробництві жароміцних сплавів для авіації і ракетної техніки. Твердий розчин карбідів Р. і танталу, плавкий вище 4000 °С, — самий тугоплавкий керамічний матеріал; з нього виготовляють тиглі для плавки тугоплавких металів, деталі реактивних двигунів.

  Літ.: Металургія гафнію, під ред. Д. Е. Томаса і Е. Т. Хейса, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1967; Довідник по рідких металах, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965, с. 177—203.

  Л. Н. Коміссарова.