ГАФНИЙ

ГАФНИЙ (лат. Hafnium), Hf, химический элемент IV гр. периодич. системы Менделеева; п. и. 72, ат. м. 178,49; серебристо-белый металл. В состав природного Г. входят 6 стабильных изотопов с массовыми числами 174, 176-180. Существование Г. было предсказано Д.И. Менделеевым в 1870. В 1921 Н.Бор показал, что элемент № 72 должен иметь строение атома, подобное цирконию, и что, следовательно, его надо искать не среди редкоземельных элементов, как думали раньше, а среди минералов циркония. Венг. химик Д. Хевеши и голл. физик Д. Костер систематически исследовали минералы циркония методом рентгеноспектралыюго анализа и в 1922 обнаружили элемент № 72, назвав его Г. по месту открытия - городу Копенгагену (позднелат. Hafnia).

Г. не имеет собств. минералов и в природе обычно сопутствует цирконию. В земной коре содержится 3,2*10^-4% Г. по массе, в большинстве циркониевых минералов его содержание составляет от 1-2 до 6-7%, во вторичных минералах - иногда до 35%. Наиболее ценным пром. типом месторождений Г. являются морские и аллювиальные россыпи минерала циркона (см. Цирконий).

Физические и химические свойства. При обычной темп-ре Г. имеет гексагональную решётку с периодами а = 3,1946 А и с = 5,0511 А. Плотность Г. 13,09 г/см³ (20 °С). Г. тугоплавок, его t_пл,. 2222±30 °С, (t_кип 5400 ⁰С. Атомная теплоёмкость 26,3 кдж/(кг-атом*К)[6,27 кал/(г-атом*град)] (25-100°С); уд. электросопротивление 32,4*10^-8 ом*м (0°С). Особенность Г.- высокая эмиссионная способность; работа выхода электрона 5,77 X X 10-¹⁹ дж, или 3,60 эв (980-1550°С); Г. имеет высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 115*10-²⁸м², или 115 барн (у циркония 0,18*10-²⁸ л², или 0,18 барн). Чистый Г. пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке).

По хим. свойствам Г. очень похож на цирконий вследствие почти одинаковых размеров ионов этих элементов и полного сходства электронной структуры. Однако хим. активность Г. несколько меньше, чем 2г. Осн. валентность Г. равна 4. Известны также соединения 3-, 2- и 1-валентного Г.

При комнатной темп-ре компактный Г. совершенно устойчив к атмосферным газам. Однако при нагревании выше 600 °С быстро окисляется и взаимодействует, подобно цирконию, с азотом и водородом. Г. отличается коррозионной стойкостью в чистой воде и водяных парах до темп-р 400 "С. Порошкообразный Г. пирофорен. Двуокись Г. HfO₂ - белое тугоплавкое (с„л 2780 °С) вещество, обладающее высокой хим. стойкостью. Двуокись Г. и соответствующие ей гидроокиси [HfO₂*xH₂O и НfO(ОН)₂] ам-фотерны с преобладанием основных свойств. При нагревании HfO₂ с щелочами и окислами щелочноземельных металлов образуются гафнаты, напр. Ме2НfO₃, Ме₄НfО₄, Me₂Hf₂O₃.

При нагревании Г. реагирует с галогенами, образуя соединения типа HfX₄ (тетрафторид HfF₄, тетрахлорид HfCl₄и др.). При высокой темп-ре Г. взаимодействует с углеродом, бором, азотом, кремнием, образуя металлоподобные, тугоплавкие, весьма устойчивые по отношению к хим. реагентам соединения: HfB, HfB₂ (t_пл 3250 °С), HfC (t_пл 3887 °С), HfN (t_пл 3310 °С), Hf₂Si, HfSi, HfSi₂. Металлич. Г. растворяется в плавиковой и концентрированной серной к-тах и расплавленных фторидах щелочных металлов. Он практически не растворим в азотной, соляной, фосфорной и органических кислотах и весьма устойчив по отношению к растворам щелочей. К числу хорошо растворимых в воде соединений Г., к-рые находят применение в технологии и аналитич. химии Г., принадлежат тетрахлорид и оксихло-рид-HfCl₄ и НfOС1₂*8Н₂О, нитраты и сульфаты Г.-HfO(NO₃)₂*nH₂O (n = 2 и 6), Hf(SO₄)₂ и Hf(SO₄)₂*4H₂O. Для Г. характерно образование комплексов с различными органич. кислородсодержащими соединениями.

Получение и применение. Соединения Г. обычно выделяют в конце технологич. цикла производства соединений циркония из рудного сырья. Металлич. Г. в настоящее время получают восстановлением HfCl₄ магнием или натрием. Г. начал применяться в различных областях техники лишь недавно. Он используется в ядерной энергетике (регулирующие стержни реакторов, экраны для защиты от нейтронного излучения) и в электронной технике (катоды, геттеры, электроконтакты). Перспективно применение Г. в произ-ве жаропрочных сплавов для авиации и ракетной техники. Твёрдый раствор карбидов Г. и тантала, плавящийся выше 4000 °С,- самый тугоплавкий керамич. материал; из него изготовляют тигли для плавки тугоплавких металлов, детали реактивных двигателей.

Лит.: Металлургия гафния, под ред. Д. Е. Томаса и Е. Т. Хейса, пер. с англ., М., 1967; Справочник по редким металлам, пер. с англ., М., 1965, с. 177 - 203.

Л. Н. Комиссарова.

Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ГАФНИЙ

Синонимы слова "ГАФНИЙ":

Смотреть что такое ГАФНИЙ в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: