Հաֆնիում

Հաֆնիում (լատին․՝ Hafnium ), քիմիական տարր է, որի նշանն է $Hf$, պարբերական համակարգի 4-րդ խմբի քիմիական տարր։ Կարգահամարը 72 է, ատոմական զանգվածը՝ 178,49:

72 Լուտեցիում ← Հաֆնիում → Տանտալ Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 72Hf
Արծաթափայլ կռելի մետաղ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Հաֆնիում / Hafnium (Hf), Hf, 72
Խումբ, պարբերություն, բլոկ	4, ,
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	178,49(2) զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Xe]4f14 5d2 6s2
Ատոմի շառավիղ	167 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	144 պմ
Իոնի շառավիղ	(+4e) 78 պմ
Էլեկտրաբացասականություն	1,3 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ	0
Օքսիդացման աստիճաններ	4
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	575,2 (5,96) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	2506 K (2233 °C, 4051 °F)
Եռման ջերմաստիճան	4876 K (4603 °C, 8317 °F)
Հալման տեսակարար ջերմունակություն	25,1 կՋ/մոլ
Գոլորշիացման տեսակարար ջերմունակություն	575 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն	25,7 Ջ/(Կ·մոլ)
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
C/a հարաբերություն	1,580
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 23,0 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

72	Հաֆնիում
Hf 178,49
4f145d26s2

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 լատին․՝ Hafnia) 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՝ $HfO_{2}$, դժվարահալ (հալման ջերմաստիճանը՝ 2780 °C) և քիմիապես կայուն նյութ է։ $HfO_{2}$-ը և դրան համապատասխան հիդրօքսիդները՝ $HfO_{2}\cdot xH_{2}O$ և $HfO(OH)_{2}$, ամֆոտեր են՝ հիմնային հատկության գերակշռությամբ։

Ալկալիների և ալկալիական մետաղների օքսիդների հետ $HfO_{2}$-ը տաքացնելիս առաջացնում են հաֆնիումատներ, օրինակ, $Me_{2}HfO_{3},Me_{4}HfO_{4},Me_{2}Hf_{2}O_{5}$։

Տաքացնելիս հաֆնիումը փոխազդում է հալոգենների հետ՝ առաջացնելով $HfX_{4}$ տիպի միացություններ։

$\mathrm {Hf+2\ I_{2}\ \rightleftharpoons \ HfI_{4}}$

Բարձր ջերմաստիճաններում հաֆնիումը միանում է ածխածնին $(HfC)$, բորին $(HfB,HfB_{2})$, ազոտին $(HfN)$, սիլիցիումին $(Hf_{2}Si,HfSi,HfSi_{2})$։

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՝ $HfCl_{4}$,
• օքսիքլորիդը՝ $HfOCl_{2}\cdot 8H_{2}O$,
• նիտրատները՝ $HfO(NO_{3})_{2}\cdot nH_{2}O$ ($n=2$ և 6),
• սուլֆատները՝ $Hf(SO_{4})_{2}$
• $Hf(SO_{4})_{2}\cdot 4H_{2}O$, որոնք օգտագործվում են տեխնոլոգիայում և վերլուծական քիմիայում։ Հաֆնիումը կոմպլեքս միացություններ է առաջացնում թթվածին պարունակող նյութերի հետ։

Ստացում

Հաֆնիում ստացվում է $HfCl_{4}$-ը մագնեզիումով կամ նատրիումով վերականգնելիս։

$\mathrm {HfCl_{4}+2\ Mg\longrightarrow Hf+2\ MgCl_{2}}$

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 Արխիվացված 2016-11-13 Wayback Machine
• 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

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 6, էջ 328)։