Loading AI tools
химический элемент с порядковым номером 72 Из Википедии, свободной энциклопедии
Га́фний (химический символ — Hf, от лат. Hafnium) — химический элемент 4-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы четвёртой группы, IVB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 72. Относится к переходным металлам. Из-за химической схожести с цирконием он стал последним открытым нерадиоактивным элементом (то есть имеющим стабильные изотопы), его открыли только в 1923 году.
Гафний | ||||
---|---|---|---|---|
← Лютеций | Тантал → | ||||
| ||||
Внешний вид простого вещества | ||||
Образцы гафния |
||||
Свойства атома | ||||
Название, символ, номер | Га́фний / Hafnium (Hf), 72 | |||
Группа, период, блок |
4 (устар. 4), 6, d-элемент |
|||
Атомная масса (молярная масса) |
178,49(2)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
Электронная конфигурация | [Xe] 4f145d26s2 | |||
Радиус атома | 167 пм | |||
Химические свойства | ||||
Ковалентный радиус | 144 пм | |||
Радиус иона | (+4e) 78 пм | |||
Электроотрицательность | 1,3 (шкала Полинга) | |||
Электродный потенциал | 0 | |||
Степени окисления | 0, +2, +3, +4 | |||
Энергия ионизации (первый электрон) |
575,2 (5,96) кДж/моль (эВ) | |||
Термодинамические свойства простого вещества | ||||
Плотность (при н. у.) | 13,31[2] г/см³ | |||
Температура плавления | 2506 K (2233 °C)[2] | |||
Температура кипения | 4876 K (4603 °C)[2] | |||
Мол. теплота плавления | 25,1 кДж/моль | |||
Мол. теплота испарения | 575 кДж/моль | |||
Молярная теплоёмкость | 25,7[3] Дж/(K·моль) | |||
Молярный объём | 13,6 см³/моль | |||
Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
Структура решётки | Гексагональная | |||
Параметры решётки | a = 3,196 Å; c = 5,051 Å[4] | |||
Отношение c/a | 1,580 | |||
Прочие характеристики | ||||
Теплопроводность | (300 K) 23,0 Вт/(м·К) | |||
Номер CAS | 7440-58-6 |
72 | Гафний |
4f145d26s2 |
Простое вещество гафний — тяжёлый тугоплавкий металл серебристо-белого цвета.
Элемент был открыт в 1923 году.
Гафний искали среди редкоземельных элементов, так как не было выяснено строение 6-го периода системы Д. И. Менделеева. В 1911 году французский химик Жорж Урбен объявил об открытии нового элемента, названного им кельтием. В действительности он получил смесь, состоящую из иттербия, лютеция и небольшого количества гафния. И только после того, как Нильс Бор на основании квантовомеханических расчётов показал, что последним редкоземельным элементом является элемент с номером 71, стало ясно, что гафний — аналог циркония[5].
Базируясь на выводах Бора, который предсказал его свойства и валентность, в 1923 году Дирк Костер и Дьёрдь де Хевеши систематически проанализировали рентгеноспектральным методом норвежские и гренландские цирконы. Совпадение линий рентгенограмм остатков после выщелачивания циркона кипящими растворами кислот с вычисленными по закону Мозли для 72-го элемента позволило исследователям объявить об открытии элемента, который они назвали гафнием в честь города, где было сделано открытие (лат. Hafnia — латинское название Копенгагена). Начавшийся после этого спор о приоритете между Ж. Урбеном, Д. Костером и Д. Хевеши продолжался длительное время. В 1949 году название элемента «гафний» было утверждено Международной комиссией и принято всюду[5].
Цены на гафний чистотой в 99 % в 2007 году в среднем составляли 780 USD за килограмм (по материалам infogeo.ru[источник не указан 827 дней]).
В год в мире добывается приблизительно 70 тонн гафния, и объёмы его добычи пропорциональны объёмам добычи циркония.
Мировые ресурсы гафния в пересчёте на двуокись гафния несколько превышают 1 миллион тонн. Структура распределения этих ресурсов выглядит приблизительно следующим образом:
Подавляющая часть сырьевой базы гафния в зарубежных странах[где?] представлена цирконом прибрежных морских россыпей.
Запасы гафния в России и СНГ, по оценкам независимых специалистов[каких?], весьма велики[Насколько?] и в этом отношении при развитии гафниевой промышленности Россия способна стать безусловным лидером на мировом рынке гафния. Стоит также в связи с этим упомянуть весьма значительные ресурсы гафния на Украине. Основные гафнийсодержащие минералы в России и СНГ представлены лопаритом, цирконом, бадделеитом, редкометалльными щелочными гранитами[источник не указан 1053 дня].
Полная электронная конфигурация атома гафния: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d2.
Гафний — блестящий серебристо-белый металл, твёрдый и тугоплавкий. В мелкодисперсном состоянии имеет тёмно-серый, почти чёрный цвет; матовый[3]. Плотность при нормальных условиях — 13,31 г/см3[2]. Температура плавления составляет 2506 K (2233 °C), кипит при 4876 K (4603 °C)[2].
Гафний имеет две модификации. При комнатной температуре гафний обладает гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой. При температуре, равной 2016 K, гафний претерпевает аллотропическое превращение — гексагональная решётка переходит в объёмноцентрированную кубическую решётку.
Гафний обладает высоким сечением захвата тепловых нейтронов — (115 барн у естественной смеси изотопов[6]), тогда как у его химического аналога, циркония, сечение захвата на 3 порядка меньше, около 0,2 барн. В связи с этим цирконий, используемый для создания реакторных ТВЭЛов, должен быть тщательно очищен от гафния.
Температурная зависимость теплоёмкости гафния (аналогично теплоёмкости германия — Ge) имеет аномальный вид — на кривой теплоёмкости в диапазоне температур 60—80 К наблюдается пик[7], который не может быть объяснён никакой теорией, предполагающей гуковский закон сил, так как никакая суперпозиция эйнштейновских функций не даёт кривой с максимумом[8]. В данном случае аномальный вид кривой теплоёмкости определяется суперпозицией колебательной (дебаевской) и диффузионной (больцмановской) компонент поглощения тепла кристаллической решёткой[9].
Известно более 30 изотопов гафния с массовыми числами от 153 до 188 (количество протонов составляет 72, нейтронов — от 81 до 116), и 26 ядерных изомеров. 5 изотопов стабильны и встречаются в природе (176Hf, 177Hf, 178Hf, 179Hf, 180Hf). Благодаря огромному периоду полураспада (период полураспада 2×1015 лет) в природе встречается один нестабильный изотоп, 174Hf.
Известен изомер гафния 178m2Hf. Он привлёк внимание общественности в связи с исследованиями агентства оборонных исследований DARPA по принудительному распаду изомера с выделением значительных энергий[10][11]. Начали высказываться гипотезы о возможности построения гафниевой бомбы. Тем не менее в научной среде ставится под сомнение как возможность управляемого взрывного распада 178m2Hf, так и возможность получения изомера в количествах, необходимых для создания оружия.
Гафний, как и тантал, — достаточно инертный материал из-за образования тонкой пассивной плёнки оксидов на поверхности. В целом химическая стойкость гафния гораздо больше, чем у его аналога — циркония.
Лучшим растворителем гафния является фтороводородная кислота (HF) или смесь фтороводородной и азотной кислот, а также царская водка.
При высоких температурах (свыше 1000 К) гафний окисляется на воздухе, а в кислороде сгорает. Реагирует с галогенами. По стойкости к кислотам подобен стеклу. Так же, как и цирконий, обладает гидрофобными свойствами (не смачивается водой).
Среднее содержание гафния в земной коре — около 4 г/т. Ввиду отсутствия у гафния собственных минералов и постоянного сопутствия его цирконию, его получают путём переработки циркониевых руд, где он содержится в количестве 2,5 % от веса циркония (циркон содержит 4 % HfO2, бадделеит — 4—6 % HfO2). В мире в год в среднем добывается около 70 тонн гафния, и объёмы его добычи пропорциональны объёмам добычи циркония. Интересна особенность скандиевого минерала — тортвейтита: в нём содержится гафния в процентном отношении гораздо больше, чем циркония, и это обстоятельство очень важно при переработке тортвейтита на скандий и концентрировании гафния из него.
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Основные области применения металлического гафния — производство сплавов для аэрокосмической техники, атомная промышленность, специальная оптика.
Гафний не играет никакой биологической роли в организме[источник не указан 827 дней].
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.