Hafnij

Hafnij, ₇₂Hf
Hafnij
Izgovarjava	IPA: [háfnij]
Videz	jekleno siv
Standardna atomska teža Ar, std(Hf)	178,486(6)
Hafnij v periodnem sistemu
	lutecij ← hafnij → tantal
Vrstno število (Z)	72
Skupina	skupina 4
Perioda	perioda 6
Blok	blok d
Razporeditev elektronov	[Xe] 4f14 5d2 6s2
Razporeditev elektronov po lupini	2, 8, 18, 32, 10, 2
Fizikalne lastnosti
Faza snovi pri STP	trdnina
Tališče	2233 °C
Vrelišče	4603 °C
Gostota (blizu s.t.)	13,31 g/cm3
v tekočem stanju (pri TT)	12 g/cm3
Talilna toplota	27,2 kJ/mol
Izparilna toplota	648 kJ/mol
Toplotna kapaciteta	25,73 J/(mol·K)
Lastnosti atoma
Oksidacijska stanja	−2, 0, +1, +2, +3, +4 (amfoterni oksid)
Elektronegativnost	Paulingova lestvica: 1,3
Ionizacijske energije	1.: 658,5 kJ/mol ; 2.: 1440 kJ/mol ; 3.: 2250 kJ/mol ; ;
Atomski polmer	empirično: 159 pm
Kovalentni polmer	175±10 pm
	Spektralne črte hafnija
Druge lastnosti
Pojavljanje v naravi	prvobitno
Kristalna struktura	heksagonalna gosto zložena (hgz)
Hitrost zvoka tanka palica	3010 m/s (pri 20 °C)
Temperaturni raztezek	5,9 µm/(m⋅K) (pri 25 °C)
Toplotna prevodnost	23,0 W/(m⋅K)
Električna upornost	331 nΩ⋅m (pri 20 °C)
Magnetna ureditev	paramagnetik
Magnetna susceptibilnost	+75,0·10−6 cm3/mol (at 298 K)
Youngov modul	78 GPa
Strižni modul	30 GPa
Stisljivostni modul	110 GPa
Poissonovo razmerje	0,37
Mohsova trdota	5,5
Trdota po Vickersu	1520–2060 MPa
Trdota po Brinellu	1450–2100 MPa
Številka CAS	7440-58-6
Zgodovina
Poimenovanje	po Hafnia, latinsko ime za København, kjer so element odkrili
Prediction	Dmitrij Mendelejev (1869)
Odkritje in prva izolacija	Dirk Coster in George de Hevesy (1922)
Najpomembnejši izotopi hafnija
	Kategorija: Hafnij; prikaži · pogovor · uredi · zgodovina \| reference

Hafnij je sijoča, srebrna, gnetljiva kovina, odporna proti koroziji, kemično podobna cirkoniju^[4] – zaradi enakega števila valentnih elektronov, ki so v isti skupini, pa tudi zaradi relativističnih učinkov; pričakovani porast atomskega polmera pri prehodu s periode 5 na 6 skoraj natančno izniči lantanidno kontrakcijo. Hafnij se iz svoje alfa oblike, heksagonalne telesno centrirane rešetke, spreminja v svojo beta obliko, v telesno centrirano kubično mrežo pri 2388 K.^[5] Cirkonijeve nečistoče močno vplivajo na fizične lastnosti kovinskih vzorcev hafnija, zlasti lastnosti, saj je ta dva elementa zaradi njunih podobnosti med najteže ločiti.

Opazna fizična razlika med tema kovinama je njuna gostota: cirkonij ima približno polovico gostote hafnija. Najpomembnejše jedrske lastnosti hafnija sta njegov visok presek za termalne nevtrone nevtronov in dejstvo, da jedra več različnih izotopov hafnija zlahka absorbirajo dva in več nevtronov.^[4] V nasprotju s tem je cirkonij praktično prozoren za termične nevtrone in se pogosto uporablja za kovinske sestavne dele jedrskih reaktorjev – zlasti za obloge njihovih jedrskih gorivnih palic .

Najdišča

Kristal cirkona (2 × 2 cm) iz Tocantins, Brazilija

Za hafnij se ceni, da po masi predstavlja približno 5,8 dnm zgornje zemeljske skorje. Na Zemlji ne obstaja kot prosti element, najdemo pa ga v trdni raztopini s cirkonijem v naravnih cirkonijevih spojinah, kot je cirkon, ZrSiO₄, ki ima običajno približno 1–4% Zr, nadomeščenega s Hf. Redko se razmerje Hf in Zr med kristalizacijo poveča v izostrukturni (Hf,Zr)SiO₄, z atomskim Hf > Zr.^[6] Zastarelo ime za vrsto cirkona z neobičajno visoko vsebnost Hf je alvit . ^[7]

Glavni vir rude cirkona (in s tem hafnija) so nahajališča težkih mineralnih peskov, pegmatiti, zlasti v Braziliji in Malaviju, in vdori karbonatitov, zlasti polimetalno nahajališče Crown v Mount Weldu v Zahodni Avstraliji. Možni vir hafnija so trahitni tufi, ki vsebujejo redke Zr in Hf silikate eudialit ali armstrongit. Najti jih je v Dubbu v Novem Južnem Walesu v Avstraliji.^[8]

Zaloge hafnija po ocenah enega vira zadoščajo za manj kot 10 let, če se svetovno prebivalstvo poveča in povpraševanje naraste.^[9]

Proizvodnja

V rudnikih težkih mineralnih peskov sta rudi titana ilmenit in rutil vir za večino pridobljenega cirkonija in s tem tudi večino hafnija.^[10]

Cirkonij je dobra kovinska obloga za jedrske gorivne palice z zaželenimi lastnostmi zelo majhnega preseka zajema nevtronov in dobro kemijsko stabilnostjo pri visokih temperaturah. Zaradi lastnosti hafnija, da absorbira nevtrone, pa bi zaradi nečistoč hafnija cirkonij bil lahko neuporaben v jedrskih reaktorjih. Tako je za uporabo v jedrski energiji treba skoraj popolnoma ločiti hafnij od cirkonija. Proizvodnja cirkonija brez hafnija je glavni vir hafnija.^[4]

Sklici

↑ Meija, Juris; in sod. (2016). »Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)«. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
↑ Lide, D. R., ur. (2005). »Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds«. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th izd.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
↑ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 Schemel, J. H. (1977). ASTM Manual on Zirconium and Hafnium. ASTM International. str. 1–5. ISBN 978-0-8031-0505-8.
↑ O'Hara, Andrew; Demkov, Alexander (2014). »Oxygen and nitrogen diffusion in alpha-hafnium from first principles«. Applied Physics Letters. 104 (21): 211909. Bibcode:2014ApPhL.104u1909O. doi:10.1063/1.4880657.
↑ Deer, William Alexander; Howie, R.A.; Zussmann, J. (1982). The Rock-Forming Minerals, volume 1A: Orthosilicates. Longman Group Limited. str. 418–442. ISBN 978-0-582-46526-8.
↑ Lee, O. Ivan (1928). »The Mineralogy of Hafnium«. Chemical Reviews. 5: 17–37. doi:10.1021/cr60017a002.
↑ »Dubbo Zirconia Project Fact Sheet« (PDF). Alkane Resources Limited. Junij 2007. Arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 28. februarja 2008. Pridobljeno 10. septembra 2008.
↑ »New Scientist diagram How Long Will It Last«. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 19. januarja 2012.
↑ Gambogi, Joseph. »Yearbook 2008: Zirconium and Hafnium« (PDF). United States Geological Survey. Pridobljeno 27. oktobra 2008.

Zunanje povezave

Hafnij v periodnem sistemu elementov Nacionalnega laboratorija Los Alamos
Hafnij na periodnem sistemu videoposnetkov (Univerza v Nottinghamu)
Tehnični in varnostni podatki Hafnium
Banka podatkov o nevarnih snoveh NLM - Hafnij, elementarno
Don Clark: Intel zapušča silicij za boljše lastnosti čipov - WSJ, 2007
Procesna tehnologija Intel 45nm na osnovi hafnija
CDC - NIOSH žepni vodnik po kemijskih nevarnostih
https://colnect.com/en/coins/list/composition/168-Hafnium

Poglejte si besedo hafnij ali Hafnij v Wikislovarju, prostem slovarju.

Wikimedijina zbirka ponuja več predstavnostnega gradiva o temi: Hafnij

[CIAAW2013-1] Meija, Juris; in sod. (2016). »Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)«. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[magnet-2] Lide, D. R., ur. (2005). »Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds«. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th izd.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.

[3] Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[ASTM-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 Schemel, J. H. (1977). ASTM Manual on Zirconium and Hafnium. ASTM International. str. 1–5. ISBN 978-0-8031-0505-8.

[5] O'Hara, Andrew; Demkov, Alexander (2014). »Oxygen and nitrogen diffusion in alpha-hafnium from first principles«. Applied Physics Letters. 104 (21): 211909. Bibcode:2014ApPhL.104u1909O. doi:10.1063/1.4880657.

[6] Deer, William Alexander; Howie, R.A.; Zussmann, J. (1982). The Rock-Forming Minerals, volume 1A: Orthosilicates. Longman Group Limited. str. 418–442. ISBN 978-0-582-46526-8.

[7] Lee, O. Ivan (1928). »The Mineralogy of Hafnium«. Chemical Reviews. 5: 17–37. doi:10.1021/cr60017a002.

[8] »Dubbo Zirconia Project Fact Sheet« (PDF). Alkane Resources Limited. Junij 2007. Arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 28. februarja 2008. Pridobljeno 10. septembra 2008.

[9] »New Scientist diagram How Long Will It Last«. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 19. januarja 2012.

[10] Gambogi, Joseph. »Yearbook 2008: Zirconium and Hafnium« (PDF). United States Geological Survey. Pridobljeno 27. oktobra 2008.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]