Гафній

Гафній (Hf)
Атомний номер	72
Зовнішній вигляд простої речовини	Сріблястий ковкий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	178,49 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	167 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	575,2 (5,96) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Xe] 4f14 5d2 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	144 пм
Радіус іона	(+4e) 78 пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,3
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	4
Термодинамічні властивості
Густина	13,31 г/см³
Питома теплоємність	0,146 Дж/(K моль)
Теплопровідність	23,0 Вт/(м К)
Температура плавлення	2 503 K
Теплота плавлення	(25,1) кДж/моль
Температура кипіння	5 470 K
Теплота випаровування	575 кДж/моль
Молярний об'єм	13,6 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	гексагональна
Період ґратки	3,200 Å
Відношення c/a	1,582
Температура Дебая	n/a K
Періодична система елементів H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Загальна інформація

Гафній (рос.гафний, англ. hafnium, нім. Hafnium n) — хімічний елемент, символ Hf, ат. н. 72; ат. м. 178,49. Сріблясто-білий метал, супутник цирконію.

Гафній — типовий розсіяний елемент. Не має власних мінералів. В природі — супутник цирконію. Вміст у земній корі 3,2·10-4 мас.%.

Історія

Відкритий в 1923 р. Гафній шукали серед рідкоземельних елементів, тому що не було з'ясовано будову 6-го Періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. В 1911 р. французький хімік Ж. Урбан оголосив про відкриття нового елемента, названого ним кельтій. Насправді він отримав суміш, що складається з Ітербію та Лютецію і невеликої кількості гафнію. І тільки після того, як Н. Бор на підставі квантовомеханічних розрахунків показав, що останнім рідкоземельних елементом є елемент з номером 71, стало ясно, що гафній — аналог цирконію. Базуючись на висновках Бора, який передбачив його властивості та валентність, в 1923 Дірк Костер та Дьордь де Хевеші систематично проаналізували рентгеноспектральним методом норвезькі і гренландські циркони. Збіг ліній рентгенограм залишків після вилуговування циркону киплячими розчинами кислот з вирахуванням за законом Мозлі для 72-го елемента дозволило дослідникам оголосити про відкриття елементу, який вони назвали гафній на честь міста, де було зроблено відкриття (Копенгаген). Спір який розпочався після цього про першовідкриття між Ж. Урбан, Н. Костер і Д. Хевеши продовжувався тривалий час. В 1949 р. назва елемента «гафній» була затверджена Міжнародною комісією та прийнята скрізь.

Походження назви

Hafnia  — латинська назва Копенгагена, де був відкритий елемент.

Отримання

У більшості цирконієвих мінералів є від 1-2 до 6-7% гафнію, а у вторинних мінералах — до 35%. Найцінніший промисловий тип цирконієвих родовищ, що містять гафній — морські і алювіальні розсипи мінералу циркону.

Для виробництва гафнію його треба спочатку відділити від цирконію. Для цього використовують різну розчинність солей цих елементів: наприклад нітратів в три-н-бутилфосфаті, або тіоціанатів у метилізобутилкетоні. Також використовують іонний обмін чи фракційну дистиляцію відповідних сполук.

Відділені сполуки гафнію переводять у HfCl₄ і відновлюють натрієм чи магнієм до металу:

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

Для виробництва дуже чистого гафнію використовують газотранспортні реакції з йодом. У зоні слабкого нагрівання йод реагує з металом, а в іншій зоні йодид розкладається на розжареному дроті з кристалізацією гафнію:

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

Кристали гафнію добуті при газотранспортній реакції.

Застосування

Застосовується в ядерній техніці та електротехніці, а також у різних сплавах для космічного ракетобудування.

Література

• Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк:"Вебер", 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0

• Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.