هافنیم

Hafnium

عمومی نام, علامت اختصاری, شماره Hafnium, Hf, 72 گروه شیمیایی فلز انتقالی گروه, تناوب, بلوک 4 (IVB), 6 , d جرم حجمی, سختی 13310 kg/m3, 5.5 رنگ خاکستری فلزی

خواص  اتمی       وزن اتمی 178.49 amu شعاع اتمی (calc.) 155 (208) pm شعاع کووالانسی 150 pm شعاع واندروالس اطلاعات موجود نیست ساختار الکترونی Xe]4f14 5d2 6s2] -e بازای هر سطح انرژی 2, 8, 18, 32, 10, 2 درجه اکسیداسیون (اکسید) 4 (آمفوتریک) ساختار کریستالی شش گوش

خواص  فیزیکی         حالت ماده جامد نقطه ذوب 2506 K (4051 °F) نقطه جوش 4876 K (8317 °F) حجم مولی  ש»10-6 * 13.44««متر مکعب بر مول گرمای تبخیر 575 kJ/mol گرمای هم جوشی 24.06 kJ/mol فشار بخار 0.00112 Pa at 2500K سرعت صوت 3010 m/s at 293.15 K

متفرقه     الکترونگاتیویته 1.3 (درجه پائولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 140 J/(kg*K) رسانائی الکتریکی 3.12 106/m اهم رسانائی گرمایی 23 W/(m*K) 1st پتانسیل یونیزاسیون 658.5 kJ/mol 2nd پتانسیل یونیزاسیون 1440 kJ/mol

پایدارترین  ایزوتوپها         iso NA نیمه عمر DM DE MeV DP 172Hf {syn.} 1.87 y ε 0.350 172Lu 174Hf 0.162% 2 E15 y α 2.495 170Yb 176Hf 5.206% Hf با 104 نوترون پایدار است 177Hf 18.606% Hf با 105 نوترون پایدار است 178Hf 27.297% Hf با 106 نوترون پایدار است 179Hf 13.629% Hf با 107 نوترون پایدار است 180Hf 35.1% Hf با 108 نوترون پایدار است 182Hf {syn} 9 E6 y β 0.373 182Ta واحدهای SI & STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

 

هافنیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Hf و عدد اتمی 72 می باشد. هافنیم که فلزی انتقالی ، خاکستری رنگ ، چهار ظرفیتی و جزو عناصر واسطه است از نظر شیمیایی شبیه زیرکونیم بوده و در کانیهای زیرکونیم یافت می شود. این عنصر در آلیاژهای تنگستن موجود در الکترودها و افروزه های لامپ مورد استفاده قرارگرفته و نیز در میله های کنترل اتمی بعنوان جذب کننده نوترون عمل می کند.

خصوصیات  قابل توجه

هافنیم فلزی است چکش خوار و به رنگ نقره ای براق که در برابر فرسودگی مقاوم بوده و از نظر شیمیایی مانند زیرکونیم است. ویژگیهای هافنیم بطور چشمگیری تحت تاثیر ناخالصیهای زیرکونیم است و این دو عنصر در زمره مشکل ترین عناصر از نظر تفکیک می باشند. تنها تفاوت قابل توجه بین این دو عنصر ،چگالی آنها است (چگالی زیرکونیم نصف هافنیم می باشد). کاربید هافنیم مقاوم ترین ترکیب دوبنیانی شناخته شده در برابر حرارت است و نیترید هافنیم با نقطه ذوب c3310 ا ز تمامی نیتریدهای فلزی شناخته شده دیرگدازتر می باشد. این فلز نسبت به قلیایی های غلیظ هم مقاوم است اما هالوژنها با آن واکنش کرده تولید تتراهالید های هافنیم می کنند. هافنیم در دماهای بالاتر با اکسیژن ، نیتروژن ، کربن ، بورون ، گوگرد و سیلیکون واکنش می کند. ایزومر اتمی Hf-2-178 منبعی پر انرژی برای اشعه های گاما بوده واستفاده از آن به عنوان منبع نیرو برای لیزرهای اشعه گاما در دست بررسی می باشد.

 

کاربردهـــــــــا

به علت توانایی هافنیم در جذب نوترون ،خصوصیات مکانیکی بسیار خوب آن و ویژگی مقاومت استثنایی آن در برابر فرسودگی از این عنصر در ساخت میله های کنترل اتمی نظیر آنچه در زیردریائیهای اتمی وجود دارد استفاده می شود ( واکنش سنجی جذب حرارتی نوترون آن نزدیک به 600 برابر زیرکونیم است). کاربردهای دیگر آن : · در لامپهای گازی و برقی استفاده می شود. · برای پالایش اکسیژن و نیتروژن · و در آلیاژهای آهن ، تیتانیم ، نیوبیم ، تانتالیم و فلزات دیگر.

 

تاریخچه

هافنیم را ( از واژه لاتین Hafnia برای کپنهاک) Dirk Coster و Georg von Hevesy سال 1923 در کپنهاک دانمارک کشف کردند. کمی بعد از آن با استفاده از نظریه بور احتمال پیوند این عنصر تازه کشف شده با زیرکونیم پیش بینی شد و سرانجام از طریق تحلیل طیف نمای اشعه X در نروژ، هافنیم را در زیرکن کشف نمودند. Jantzen و von Hevesy با روش تبلورسازیهای پی در پی فلوریدهای آمونیم یا پتاسیم دو ارزشی ، هافنیم را از زیرکونیم جدا کردند. Jan Hendrik deBoer وAnton Eduard Van Arkel با عبور بخار تترایدید از روی یک مفتول تنگستن داغ شده برای اولین بارموفق به تهیه هافنیم فلزی شدند.

 

پیدایــــــــش

هافنیم بصورت ترکیب با ترکیبات طبیعی زیرکونیم یافت می شود اما هرگز به شکل آزاد در طبیعت وجود ندارد. کانیهایی که حاوی زیرکونیم می باشند مانند: alvite ( Hf,Th,ZrSiO4H))2((O) thortveitite و zircon (ZrSiO4) معمولاً دارای 1 و 5 درصد هافنیم هستند.خواص شیمیایی نسبتاً مشابه هافنیم و زیرکونیم باعث مشکل شدن جداسازی این دو عنصر گشته است. تقریباً نیمی از کل فلز هافنیم تولید شده از طریق پالایش یک محصول جانبی زیرکونیم بدست می آید که این کار در فرآیند کرول بوسیله کاهش تتراکلرید هافنیم با منیزیم یا سدیم انجام می شود.

 

هشدارهــــــــا

در موقع برش هافنیم باید بسیار دقت کرد چون هنگام تبدیل آن به قطعات کوچک ،آتشگیر است و می تواند خود به خود در مجاورت هوا محترق شود. بیشتر مردم به ندرت با ترکیباتی که دارای این فلز هستند مواجه می شوند و فلز خالص آن عموماً سمی نمی باشد اما با تمامی ترکیبات آن باید به گونه ای رفتار شود که گویی سمی هستند (اگرچه خطر دسترسی افراد به آنها بسیار کم است).