Հաֆնիում

Կաղապար:Պարբերական համակարգի տարր Հաֆնիում (Կաղապար:Lang-lat ), քիմիական տարր է, որի նշանն է $Hf$, պարբերական համակարգի 4-րդ խմբի քիմիական տարր։ Կարգահամարը 72 է, ատոմական զանգվածը՝ 178,49:

Բնական հաֆնիումը ունի վեց կայուն իզոտոպ՝ 174,176-180 զանգվածային թվերով։ Հաֆնիումը սպիտակ-արծաթավուն մետաղ է։

Բացահայտման պատմություն

Հաֆնիումի գոյության մասին կանխատեսել էր Դ. Ի. Մենդելեևը, 1870 թվականին։ Ն. Բորը ցույց տվեց (1921), որ № 72 տարրի ատոմը պետք է ունենա ցիրկոնիումի ատոմի նման կառուցվածք։

Հունգարացի քիմիկոս Դ. Հևեշին և հոլանդացի ֆիզիկոս Դ. Կոստերը ցիրկոնիումի հանքաքարերում ռենտգենասպեկտրային վերլուծության եղանակով հայտնաբերեցին (1922) № 72 տարրը և անվանեցին «Հաֆնիում»՝ ի պատիվ հայտնաբերման տեղի՝ Կոպենհագեն (ուշ Կաղապար:Lang-lat) քաղաքի։

Բնության մեջ

Հաֆնիումը ինքնուրույն միներալներ չունի և բնության մեջ սովորաբար ուղեկցում է ցիրկոնիումին։ Պարունակությունը երկրակեղևում $3,2\cdot 10^{-4}$ % է, ըստ զանգվածի։

Համաշխարհային պաշարներ

2007 թվականին 99 % հաֆնիումի 1 կգ-ի գինը միջինում կազմել են $780 (ըստ infogeo.ru կայքի տվյալների)։

Հաֆնիումի համաշխարհային պաշարները աշխարհում.

• Ավստրալիա - ավելի քան 630 մլն տոննա,
• Հարավային Աֆրիկա - մոտ 287 մլն տոննա,
• ԱՄՆ - ավելի քան 105 մլն տոննա,
• Հնդկաստան - մոտ 70 մլն տոննա,
• Բրազիլիա - 9,88 մլն տոննա։

Ֆիզիկական հատկություններ

Հաֆնիումը սպիտակ-արծաթավուն մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 2222 ± 30 °C, եռմանը՝ 5400 °C, խտությունը՝ 13090 կգ/մ³ (20 °C-ում)։ Մաքուր հաֆնիումը պլաստիկ է, հեշտությամբ է ենթարկվում սառը և տաք մշակման։ Քիմիական հատկություններով նման է ցիրկոնիումին, սակայն քիմիական ակտիվությամբ զիջում է նրան։

Միացություններում հիմնականում քառարժեք է, հայտնի են նաև 3,2 և 1 արժեքականության հաֆնիումի միացություններ։ Սենյակային ջերմաստիճանում հոծ հաֆնիումը շատ կայուն է մթնոլորտային գազերի նկատմամբ։ Սակայն 600 °C-ից բարձր տաքացնելիս արագ օքսիդանում է և փոխազդում, ցիրկոնիումի նման, ազոտի և ջրածնի հետ։

Քիմիական հատկություններ

Մինչև 400 °C ջրային գոլորշիներում և մաքուր ջրում հաֆնիումը կոռոզակայուն է։ Հաֆնիումի երկօքսիդը՝ $Hf{O}_2$, դժվարահալ (հալման ջերմաստիճանը՝ 2780 °C) և քիմիապես կայուն նյութ է։ $Hf{O}_2$-ը և դրան համապատասխան հիդրօքսիդները՝ $Hf{O}_2\cdot x{H}_{2}O$ և $HfO(OH{)}_2$, ամֆոտեր են՝ հիմնային հատկության գերակշռությամբ։

Ալկալիների և ալկալիական մետաղների օքսիդների հետ $Hf{O}_2$-ը տաքացնելիս առաջացնում են հաֆնիումատներ, օրինակ, $M{e}_{2}Hf{O}_3,M{e}_{4}Hf{O}_4,M{e}_{2}H{f}_2{O}_5$։

Տաքացնելիս հաֆնիումը փոխազդում է հալոգենների հետ՝ առաջացնելով $Hf{X}_4$ տիպի միացություններ։

$\mathrm{H}\mathrm{f}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\rightleftharpoons }\mathrm{H}\mathrm{f}{\mathrm{I}}_{\mathrm{4}}$

Բարձր ջերմաստիճաններում հաֆնիումը միանում է ածխածնին $(HfC)$, բորին $(HfB,Hf{B}_2)$, ազոտին $(HfN)$, սիլիցիումին $(H{f}_{2}Si,HfSi,HfS{i}_2)$։

Հաֆնիումը փոխազդում է ֆտորաջրածնական ու խիտ ծծմբական թթուների և ալկալիական մետաղների հալած ֆտորիդների հետ, գործնականորեն չի փոխազդում աղաթթվի, ֆոսֆորական, ազոտական և օրգանական թթուների հետ։

Կայուն է ալկալիների լուծույթների նկատմամբ։ Ջրում լուծելի միացություններից են․

• քառաքլորիդը՝ $HfC{l}_4$,
• օքսիքլորիդը՝ $HfOC{l}_2\cdot 8H_{2}O$,
• նիտրատները՝ $HfO(N{O}_3{)}_2\cdot n{H}_{2}O$ ($n=2$ և 6),
• սուլֆատները՝ $Hf(S{O}_4{)}_2$
• $Hf(S{O}_4{)}_2\cdot 4H_{2}O$, որոնք օգտագործվում են տեխնոլոգիայում և վերլուծական քիմիայում։ Հաֆնիումը կոմպլեքս միացություններ է առաջացնում թթվածին պարունակող նյութերի հետ։

Ստացում

Հաֆնիում ստացվում է $HfC{l}_4$-ը մագնեզիումով կամ նատրիումով վերականգնելիս։

$\mathrm{H}\mathrm{f}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{⟶}\mathrm{H}\mathrm{f}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$

Կիրառություն

Օգտագործվում է միջուկային էներգետիկայում և էլեկտրոնային տեխնիկայում։ Հաֆնիումի կարբիդների և տանտալի պինդ լուծույթը (հալման ջերմաստիճանը՝ 4000 °C-ից բարձր) ամենադժվարահալ խեցեգործական նյութն է, որից պատրաստում են հալքանոթներ և հրթիռային շարժիչների դետալներ։

Տես նաև

• Պարբերական աղյուսակ

Գրականություն

• Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч. 2. Под ред К. Большакова. Изд. 2. М.: Высшая школа, 1976.
• N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage, VCH Verlagsgesellschaft, 1988, ISBN 3-527-26169-9.
• Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.

Արտաքին հղումներ

• Հաֆնիումը քիմիական տարրերի հայտնի գրադարանում45 Կաղապար:Webarchive
• Hafnium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Hafnium Technical & Safety Data
• NLM Hazardous Substances Databank – Hafnium, elemental
• Intel Shifts from Silicon to Lift Chip Performance
• Hafnium-based Intel 45nm Process Technology
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards