Compoziția atomului de hafniu. Hafniu metal - domeniu de aplicare și preț pe kg. Utilizarea hafniului în ambarcațiunile militare

Hafniul este un metal refractar greu alb-argintiu, al 72-lea element al sistemului periodic.

Istoria descoperirii hafniului

D. I. Mendeleev a prevăzut viitoarea descoperire a unui element cu numărul de serie 72. Dar Mendeleev nu a putut descrie proprietățile acestuia cu aceeași minuțiozitate ca și proprietățile scandiului, germaniului și galiului, care nu fuseseră încă descoperite. Armonia sistemului periodic a fost încălcată în mod inexplicabil de lantan și de elementele care îl urmăresc. Mai târziu, Bohuslav Brauner, un chimist remarcabil ceh, prieten și asociat cu Mendeleev, a propus izolarea a 14 lantanide într-o serie independentă, iar în „textul” principal al tabelului, să le plaseze pe toate în celula de lantan. În 1907, a fost descoperită cea mai grea lantanidă, lutețiul. Cu toate acestea, majoritatea chimiștilor nu aveau încredere că lutețiul este ultimul și cel mai greu dintre elementele pământurilor rare.

Căutările sistematice ale elementului nr. 72 au început abia în secolul al XX-lea.

În 1911, Georges Urbain a anunțat descoperirea unui nou element în minereurile de pământuri rare. În onoarea triburilor antice ale celților care au locuit cândva pe teritoriul Franței, el a numit noul element Celtium. În 1922, Deauvilliers, de asemenea francez, a aplicat metode îmbunătățite de analiză cu raze X în timp ce investiga un amestec de pământuri rare. Observând două linii noi în spectru, Deauvillier a decis că aceste linii aparțin unui element cu numărul de serie 72, iar Celtium a fost recunoscut ca a cincisprezecea lantanidă.

Dar bucuria descoperirii a fost de scurtă durată.

De această dată model electronic Teoria atomului a fost deja dezvoltată în așa măsură încât, pe baza ei, Niels Bohr a putut să explice periodicitatea structurii atomilor, să explice caracteristicile și ordinea de plasare a elementelor în sistemul periodic. Pe baza calculelor sale, Bohr a concluzionat că ultimul element de pământ rar ar trebui să fie elementul nr. 71 - lutețiu, iar elementul nr. 72, în opinia sa, ar trebui să fie un analog al zirconiului.

Angajații Institutului de Fizică Teoretică din Copenhaga Koster și Hevesy s-au angajat să testeze experimental concluziile lui Bohr. În acest scop, au examinat mai multe mostre de minerale de zirconiu. Rămășițele obținute după leșierea zirconilor norvegieni și groenlandezi cu acizi la fierbere au fost supuse analizei spectrale cu raze X. Liniile de raze X au coincis cu liniile caracteristice calculate conform legii lui Moseley pentru elementul nr. 72. Pe baza acesteia, Coster și Hevesy au anunțat descoperirea elementului nr. 72 în 1923 și l-au numit hafniu în cinstea orașului în care această descoperire. a fost făcută (Hafnia este numele latin Copenhaga). În același articol, ei au remarcat că substanța obținută de Urbain și Deauville nu ar putea fi un element cu numărul atomic 72, deoarece lungimile de undă ale liniilor de raze X indicate de ei diferă de valorile teoretice mult mai mult decât este permis. pentru eroarea experimentală. Și curând angajații aceluiași institut, Werner și Hansen, au arătat că liniile spectrale descoperite de Urbain corespundeau nu liniilor de hafniu, ci lutețiului; în spectrul de probe care conțin 90% hafniu, nu a fost găsită o singură linie spectrală a lui Urbain.

În 1924, raportul Comisiei pentru Greutăți Atomice a afirmat în mod clar că elementul cu număr atomic 72 ar trebui să fie numit hafniu, așa cum au sugerat Coster și Hevesy. De atunci, denumirea de „hafniu” a fost preferată de toți oamenii de știință din lume, cu excepția oamenilor de știință francezi, care până în 1949 au folosit denumirea de „celtium”.

Obținerea hafniului

Hafniul însoțește zirconiul nu numai în minereurile și mineralele naturale, ci și în toate preparatele artificiale ale elementului, inclusiv zirconiul metalic. Acest lucru a fost stabilit la scurt timp după descoperirea elementului 72.

Zirconiul separat de hafniu a fost obținut pentru prima dată în 1923 de către Koster și Hevesy. Și împreună cu Jantsen, Hevesy a primit prima probă de hafniu metalic cu o puritate de 99%.

În anii următori, s-au găsit multe metode de separare a zirconiului și hafniului, dar toate au fost complexe și consumatoare de timp și, în plus, problema separării zirconiului și hafniului nu prezenta niciun interes practic. A fost dezvoltat în principal în scopuri științifice, deoarece în oricare dintre domeniile cunoscute atunci de aplicare a zirconiului și a compușilor săi, prezența constantă a unei impurități de hafniu nu a afectat deloc. Utilizarea independentă a hafniului și a compușilor săi nu promitea nimic deosebit de nou. Prin urmare, chimia hafniului s-a dezvoltat lent, iar noul metal și compușii săi au fost izolați în cantități neglijabile: până în 1930, în Europa se obțineau doar aproximativ 70 g de dioxid de hafniu pur.

Vârsta noastră se numește atomică. Nu zirconiul sau hafniul este motivul pentru aceasta, dar s-au dovedit a fi implicați în afaceri atomice. Și dacă din punctul de vedere al chimiei zirconiul și hafniul sunt analogi, atunci din punctul de vedere al tehnologiei nucleare sunt antipozi.

Probabilitatea de absorbție a neutronilor (în fizică, ne amintim, se numește secțiune transversală de captare) este măsurată în hambare. Zirconiul pur are o secțiune transversală de captare de 0,18 barn, în timp ce hafniul pur are o secțiune transversală de captare de 120 barn. Un amestec de 2% hafniu mărește secțiunea transversală de captare a zirconiului cu un factor de 20, motiv pentru care zirconiul destinat reactoarelor nu trebuie să conțină mai mult de 0,01% hafniu. În compușii naturali de zirconiu, conținutul de hafniu este de obicei mai mare de 0,5%. Separarea acestor elemente a devenit necesară, fie și numai de dragul zirconiului...

În 1949, în Statele Unite a fost dezvoltat un proces destul de eficient de separare a zirconiului și hafniului prin extracție lichidă. În 1950, acest proces a fost introdus în fabrică, iar din ianuarie 1951 s-a stabilit topirea sistematică a zirconiului „de tip reactor”. Hafniul sub formă de hidroxid, obținut în procesul de separare, a fost inițial un produs secundar de deșeuri. Dar în curând tehnologia a avut nevoie de hafniul în sine.

Fiecare dintre cei șase izotopi naturali de hafniu are propriul său „apetit de neutroni”, a cărui dimensiune poate fi judecată din datele privind proprietățile fizice nucleare ale izotopilor de hafniu:

Tehnologie pentru obținerea hafniului

Cel mai comun proces tehnologic pentru obținerea hafniului este următorul.

Zirconul zdrobit este amestecat cu grafit (sau alt material carbonic) și încălzit la 1800°C într-un cuptor cu arc fără aer. În acest caz, zirconiul și hafniul sunt legați de carbon, formând carburi ZrC și HfC, iar siliciul se volatilizează sub formă de monoxid de SiO. Dacă același amestec este încălzit în prezența aerului, produsele de reacție vor conține azot împreună cu carbon și se numesc carbonitruri.

Carburele și carbonitrurile sunt răcite, rupte în bucăți și încărcate într-un cuptor cu ax. Acolo, la o temperatură de aproximativ 500°C, aceste produse reacţionează cu clorul gazos formând tetracloruri de zirconiu şi hafniu.

Zirconiul și hafniul sunt separate folosind diferențe minime în proprietățile compușilor acestor elemente. Până în prezent, două metode și-au găsit aplicație industrială: extracția, bazată pe solubilitatea diferită a compușilor de zirconiu și hafniu în metil izobutil cetonă sau tributil fosfat și metoda de cristalizare fracționată a fluorurilor complexe, bazată pe solubilitatea diferită a K 2 și K 2 in apa.

Să mai vorbim puțin despre mai mult din punct de vedere chimic interesant mai intai metodă.

Un amestec de tetracloruri se dizolvă în apă și se adaugă la soluție tiocianat de amoniu NH 4 CNS. Această soluție este apoi amestecată cu metil izobutil cetonă (MIBK) saturată cu tiocianat de HCNS. În aceste condiții, compușii de hafniu se dizolvă mai bine în MIBC decât compușii de zirconiu corespunzători, iar hafniul este concentrat în faza organică. Procesul se repetă de multe ori și se obține o soluție apoasă de compuși de zirconiu și o soluție de sare de hafniu într-un solvent organic. Dar în acesta din urmă există un amestec de zirconiu. Pentru a o extrage, prima fază organică se spală cu o soluție de acid clorhidric și apoi se extrage hafniul cu o soluție de acid sulfuric. Hafniul este precipitat dintr-o soluție de acid sulfuric sub formă de hidroxid, care este transformat în dioxid de hafniu prin calcinare. Acesta din urmă este din nou clorizat și se obține tetraclorura de hafniu, care este din nou purificată prin sublimare.

Hafniul metalic este redus din tetraclorură purificată cu magneziu sau aliaj de magneziu-sodiu. Procesul are loc într-un cuptor închis ermetic în atmosferă de heliu. Buretele de hafniu obtinut in acest fel este topit in lingouri. Acest lucru se realizează în cuptoare cu arc electric sau cu fascicul de electroni în vid.

Pentru a prepara hafniul de cea mai înaltă puritate, un metal comun este transformat în tetraiodură, care este apoi descompusă la temperatura ridicata.

Tot hafniul obținut în timpul nostru este un produs secundar al producției de zirconiu din reactor. Dacă ar fi necesar să se obțină hafniu în producție independentă, ar fi de câteva ori mai scump. Și el este deja unul dintre cele mai scumpe metale. Conform datelor americane, în 1969 hafniul era de două ori și jumătate mai scump decât argintul.

Acum mai mult de 90% din hafniu consumă energie nucleară. Prin urmare, atunci când vorbim despre posibilitățile de utilizare a hafniului în alte zone, se adaugă de obicei epitetul „potențial”. Cel mai probabil, această situație va continua mult timp, deoarece energia nucleară se dezvoltă foarte repede, mai rapid decât marea majoritate a industriilor... Aparent, este destinată a fi un metal „nuclear”. Și acesta este un element în care doar unul dintre cei șase izotopi naturali este radioactiv!

Proprietățile fizice ale hafniului

Hafniul are o secțiune transversală de captare termică mare a neutronilor (aproximativ 10² hambar), în timp ce omologul său chimic, zirconiul, are o secțiune transversală de captare care este cu 2 ordine de mărime mai mică, aproximativ 2 × 10 -1 hambar. În acest sens, zirconiul folosit pentru a crea elemente de combustibil pentru reactoare trebuie să fie complet purificat din hafniu. Unul dintre rarii izotopi naturali ai hafniului, 174 Hf, prezintă o activitate alfa slabă (timp de înjumătățire 2×10 15 ani).

Hafniul este de două ori mai greu decât zirconiul și se topește la o temperatură mai mare (2230°C) decât zirconiul. Nu mai puțin interesantă este o astfel de serie de puncte de topire; oxid de hafniu - 2912°C, borură de hafniu - 3250°C, nitrură de hafniu - 3310°C, carbură de hafniu - 3890°C; de aceea nitrururile metalelor refractare, inclusiv hafniul, stau la baza aliajelor rezistente la căldură, refractare la temperatură înaltă, materiale dure, aliaje radio și electrice (bolometre, rezistențe, catozi fierbinți).

La temperatura obișnuită, hafniul are o rețea hexagonală cu perioade a = 3,1946Å și c = 5,0511Å. Densitatea hafniului este de 13,09 g/cm3 (20 °C). Hafniul este refractar, punctul său de topire este de 2222 °C, bp t este de 5400 °C. Capacitate termică atomică 26,3 kJ/(kmol K) (25-100°C); rezistivitate electrică 32,4·10 -8 ohm·m (0°C). O caracteristică a hafniului este emisivitatea sa ridicată; funcția de lucru a electronilor 5,77 10 -19 J, sau 3,60 eV (980-1550°C); Hafniul are o secțiune transversală mare de captare termică a neutronilor de 115·10 -28 m2 sau 115 barn (zirconiul are 0,18·10 -28 m2 sau 0,18 barn). Hafniul pur este ductil, ușor de prelucrat la rece și la cald (laminare, forjare, ștanțare).

Proprietățile chimice ale hafniului

De proprietăți chimice Hafniul este foarte asemănător cu zirconiul datorită dimensiunilor aproape identice ale ionilor acestor elemente și asemănării complete a structurii electronice. Cu toate acestea, activitatea chimică a hafniului este oarecum mai mică decât cea a Zr. Valența de bază a hafniului este 4. Compușii hafniului 3-, 2- și 1-valent sunt de asemenea cunoscuți.

La temperatura camerei hafniul compact este complet rezistent la gazele atmosferice. Cu toate acestea, atunci când este încălzit peste 600 °C, se oxidează rapid și interacționează, ca zirconiul, cu azotul și hidrogenul. Hafniul se distinge prin rezistența la coroziune în apă pură și vapori de apă până la temperaturi de 400 °C. Hafniul sub formă de pulbere este piroforic. Oxidul de hafniu HfO 2 este o substanță albă refractară (t pl 2780 ° C) cu rezistență chimică ridicată. Oxidul de hafniu (IV) și hidroxizii săi corespunzători sunt amfoteri, cu predominanța proprietăților de bază. Când HfO2 este încălzit cu alcalii și oxizi ai metalelor alcalino-pământoase, se formează hafnați, de exemplu Me2HfO3, Me4HfO4, Me2Hf2O3.

Hafniul, ca și tantalul, este un material destul de inert datorită formării unui film subțire de oxid pasiv pe suprafață. În general, rezistența chimică a hafniului este mult mai mare decât cea a omologul său, zirconiul.

Cel mai bun solvent pentru hafniu este acidul fluorhidric (HF), sau un amestec de acizi fluorhidric și azotic și aqua regia.

La temperaturi ridicate (peste 1000 K), hafniul se oxidează în aer și arde în oxigen. Reacţionează cu halogenii. Similar cu sticla ca rezistenta la acizi. Ca și zirconiul, are proprietăți hidrofobe (nu este umezită de apă).

Elementele sistemului periodic cu proprietăți chimice foarte asemănătoare se numesc analogi. Cel mai izbitor exemplu de analogie chimică a elementelor este asemănarea dintre zirconiu și hafniu. Până acum nu s-a găsit nicio reacție în care unul dintre ei să intre și celălalt să nu intre. Acest lucru se explică prin faptul că hafniul și zirconiul au aceleași structuri externe. învelișuri de electroni. Și în plus, dimensiunile atomilor și ionilor lor sunt aproape aceleași. Zirconiul a fost descoperit încă din secolul al XVIII-lea, iar hafniul a fost deghizat cu atâta succes în zirconiu încât timp de un secol și jumătate, oamenii de știință care au studiat mineralele de zirconiu și produsele prelucrării lor nici măcar nu au bănuit că au de-a face cu două elemente. Într-adevăr, în secolul al XIX-lea Au fost publicate mai multe rapoarte despre descoperirea unor elemente necunoscute în mineralele de zirconiu: ostranium (Breithaupt, 1825), noria (Svanberg, 1845), jargonium (Sorbi, 1869), nigrium (Biserica, 1869), euxeniu (Hoffmann și Prandtl, 1901) . Cu toate acestea, niciuna dintre aceste „afirmații” nu a fost confirmată de experimente de control.

Cei mai importanți compuși chimici

Compuși bivalenți de hafniu

HfBr 2 - solid negru, care se autoaprinde în aer. Se descompune la 400 °C în hafniu și tetrabromură de hafniu. Obținut prin disproporționarea tribromurii de hafniu în vid cu încălzire.

Hf(HPO4)2- precipitat alb, solubil în acizi sulfuric și fluorhidric. Obținut prin tratarea soluțiilor de săruri de hafniu (II) cu acid fosforic.

Compuși trivalenți ai hafniului

HfBr 3- negru-albastru solid. Disproporționează la 400 °C la dibromură și tetrabromura de hafniu. Obținut prin reducerea tetrabromurei de hafniu prin încălzire în atmosferă de hidrogen sau cu aluminiu metalic.

Compuși ai hafniului tetravalent

HfO2- cristale monoclinice incolore (densitate - 9,98 g/cm³) sau cristale tetragonale incolore (densitate - 10,47 g/cm³). Acestea din urmă au un punct de topire de 2900 °C, sunt ușor solubile în apă, sunt diamagnetice, au un caracter mai bazic decât ZrO 2 și prezintă proprietăți catalitice. Obținut prin încălzirea hafniului metalic în oxigen sau prin calcinare a hidroxidului, dioxalatului, disulfatului de hafniu.

Hf(OH)4- un precipitat alb care se dizolvă cu adaos de alcaline și peroxid de hidrogen cu formarea de peroxo-hafniați. Se obține prin hidroliza profundă a sărurilor de hafniu tetravalent la încălzire sau prin tratarea soluțiilor de săruri de hafniu (IV) cu alcalii.

HFF 4- cristale incolore. t pl 1025 ° C, densitate - 7,13 g / cm³. Solubil în apă. Obținut prin descompunerea termică a compusului (NH 4 ) 2 într-un curent de azot la 300 °C.

HfCI 4- sublimare pulbere albă la 317 °C. t pl 432 °C. Obținut prin acțiunea clorului asupra hafniului metalic, carbură de hafniu sau un amestec de oxid de hafniu (II) cu cărbune.

HfBr 4- cristale incolore. Sublimat la 322°C. t pl 420 °C. Obținut prin acțiunea vaporilor de brom asupra unui amestec de oxid de hafniu încălzit la 500 ° C (II) cu cărbune.

HFI 4- cristale galbene. Se sublimează la 427°C și se disociază termic la 1400°C. Obținut prin interacțiunea hafniului cu iodul la 300 °C.

Aplicarea hafniului

Principalele domenii de aplicare ale hafniului metalic sunt producția de aliaje pentru tehnologia aerospațială, industria nucleară și optica specială.

Tehnologia nucleară folosește capacitatea hafniului de a capta neutroni, iar utilizarea sa în industria nucleară este producția de tije de control, ceramică specială și sticlă (oxid, carbură, borură, oxocarbură, hafnat de disprosiu, hafnat de litiu). O caracteristică și un avantaj al diborurii de hafniu este o degajare foarte mică (heliu, hidrogen) în timpul „epuizării” borului.
Oxidul de hafniu este utilizat în optică datorită stabilității sale termice (p.t. 2780 °C) și indicelui de refracție foarte ridicat. O zonă semnificativă de consum de hafniu este producția de clase speciale de sticlă pentru produse din fibră optică, precum și pentru obținerea de produse optice deosebit de de înaltă calitate, acoperiri cu oglindă, inclusiv pentru dispozitive de vedere pe timp de noapte, camere termice. Fluorura de hafniu are un domeniu similar.
Carbura și borura de hafniu (p.t. 3250 °C) sunt utilizate ca acoperiri extrem de rezistente la uzură și în producția de aliaje superdure. În plus, carbura de hafniu este unul dintre cei mai refractari compuși (mp. 3890 ° C) și este utilizat pentru producerea duzelor rachete spațialeşi unele elemente structurale ale nucleare în fază gazoasă motoare cu reactie.
Hafniul distinge relativ muncă scăzută ieșire de electroni (3,53 eV) și, prin urmare, este utilizat pentru fabricarea de catozi pentru tuburi radio de mare putere și tunuri cu electroni. În același timp, această calitate, împreună cu punctul său de topire ridicat, face posibilă utilizarea hafniului pentru producerea de electrozi pentru sudarea metalelor în argon, și în special electrozi (catozi) pentru sudarea oțelului cu conținut scăzut de carbon în dioxid de carbon. Stabilitatea unor astfel de electrozi în dioxid de carbon este de peste 3,7 ori mai mare decât cea a celor de tungsten. Hafnatul de bariu este folosit și ca catozi eficienți cu funcție de lucru redusă.
Carbura de hafniu sub formă de produs ceramic fin poros poate servi ca un colector de electroni extrem de eficient, cu condiția ca vaporii de cesiu-133 să se evapore de pe suprafața sa în vid, în acest caz funcția de lucru a electronilor scade la mai puțin de 0,1–0,12 eV, și acest efect poate fi folosit pentru a crea generatoare electrice termoionice extrem de eficiente și părți ale motoarelor cu ioni puternice.
Pe baza de hafniu și diborură de nichel, a fost dezvoltat un strat compozit foarte rezistent la uzură și a fost folosit de mult timp.
Aliajele de tantal-tungsten-hafniu sunt cele mai bune aliaje pentru alimentarea cu combustibil în motoarele de rachete nucleare în fază gazoasă.
Aliajele de titan aliate cu hafniu sunt folosite în construcțiile navale (fabricarea pieselor de motoare marine), iar aliarea nichelului cu hafniu nu numai că îi crește rezistența și rezistența la coroziune, dar și îmbunătățește dramatic sudabilitatea și rezistența sudurilor.
Adaosul de hafniu la tantal crește dramatic rezistența acestuia la oxidare în aer (rezistență la căldură) prin formarea unei pelicule dense și impermeabile de oxizi complecși la suprafață și, mai presus de toate, această peliculă de oxid este foarte rezistentă la ciclurile de căldură (șoc termic) . Aceste proprietăți au făcut posibilă crearea unor aliaje foarte importante pentru tehnologia rachetelor (duze, cârme de gaz). Unul dintre cele mai bune aliaje de hafniu și tantal pentru duzele rachetei conține până la 20% hafniu. De remarcat, de asemenea, efectul economic mare la utilizarea aliajului hafniu-tantal pentru producerea de electrozi pentru tăierea cu aer-plasmă și oxigen-flacără a metalelor. Experiența utilizării unui astfel de aliaj (hafniu - 77%, tantal - 20%, wolfram - 2%, argint - 0,5%, cesiu - 0,1%, crom - 0,4%) a arătat o durată de viață de 9 ori mai mare în comparație cu hafniul pur. .
Aliarea cu hafniu întărește puternic multe aliaje de cobalt, care sunt foarte importante în construcția de turbine, industria petrolieră, chimică și alimentară.
Hafniul este utilizat în unele aliaje pentru magneți permanenți grei pe bază de pământuri rare (în special, pe bază de terbiu și samariu).
Un aliaj de carbură de hafniu (HfC, 20%) și carbură de tantal (TaC, 80%) este cel mai refractar aliaj (p.t. 4216 °C). În plus, există indicii separate că la alierea acestui aliaj cu o cantitate mică de carbură de titan, punctul de topire poate fi crescut cu încă 180 de grade.
Prin adăugarea a 1% hafniu la aluminiu, se obțin aliaje de aluminiu rezistente, cu o dimensiune a granulelor metalice de 40-50 nm. Acest lucru nu numai că întărește aliajul, dar realizează și o alungire relativă semnificativă și crește rezistența finală la forfecare și torsiune, precum și îmbunătățește rezistența la vibrații.
Dielectrice cu înaltă permisivitatea pe bază de oxid de hafniu va înlocui oxidul de siliciu tradițional în microelectronica în următorul deceniu, ceea ce va permite obținerea unor densități mult mai mari de elemente în cipuri. Din 2007, dioxidul de hafniu a fost folosit în procesoarele Intel Penryn de 45 nm. Siliciura de hafniu este, de asemenea, utilizat ca dielectric cu o permitivitate ridicată în electronică. Aliajele de hafniu și scandiu sunt folosite în microelectronică pentru a obține pelicule rezistive cu proprietăți deosebite.
Hafniul este folosit pentru a produce oglinzi cu raze X multistrat de înaltă calitate.

La începutul acestei luni, Semiconductor Research Corporation (SRC) nu a anunțat un succes „revoluționar” în fabricarea izolatoarelor care conțin acest metal. Intel și IBM plănuiesc să folosească hafniul pentru a construi microprocesoare mai rapide și mai eficiente din punct de vedere energetic.

Oxidul de hafniu va înlocui oxidul de siliciu utilizat în prezent. Astfel, elementul, care ocupă poziția 72 în tabelul periodic, ar trebui să ofere o descoperire în viitoarea generație de dispozitive semiconductoare. Producătorii se așteaptă să-l folosească în cipuri care sunt foarte comune - de la telefoane mobile la servere.

Dacă un element rar este folosit atât de masiv, va fi suficient pentru toată lumea?

Experții consideră că nu există motive de îngrijorare. În principal pentru că cantitatea de hafniu folosită într-un singur cip este neglijabilă.

Jim McGregor, analist la In-Stat, spune: „Chiar dacă luați tot hafniul necesar pentru o napolitană de 300 mm, va fi imposibil să vedeți cu ochiul liber”.

Bernard Meyerson, tehnolog șef la IBM, a spus-o și mai elocvent: dacă luați un centimetru cub de hafniu și îl întindeți pe o suprafață cu un strat gros ca un cip ar acoperi o suprafață egală cu 10 terenuri de fotbal. Mai mult decât atât, această estimare este luată cu o marjă pentru mai rău - în primul rând, nu se utilizează hafniu pur, ci oxidul său și, în al doilea rând, grosimea stratului va scădea constant pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește.

Resursele mondiale și producția de hafniu

Prețurile pentru hafniu 99% în 2007 au fost în medie de 780 USD per kilogram

În fiecare an, toate țările lumii, luate împreună, produc aproximativ 50 de tone din această substanță. Nu apare sub formă de vene, ca aurul sau alte metale, ci se obține ca produs secundar în timpul extracției dioxidului de zirconiu (zirconiul este un metal destul de răspândit în Statele Unite, Brazilia, Australia, Rusia și China).

Resursele mondiale de hafniu în ceea ce privește dioxidul de hafniu depășesc ușor 1 milion de tone. Structura de distribuție a acestor resurse este aproximativ după cum urmează:

Australia - peste 630 de mii de tone,
Africa de Sud - aproape 287 mii de tone,
SUA - puțin peste 105 mii de tone,
India - aproximativ 70 de mii de tone,
Brazilia - 9,88 mii tone.

Marea majoritate a bazei de materie primă de hafniu din țările străine este reprezentată de zircon provenit de la plaserii marini de coastă.

Rezervele de hafniu din Rusia și CSI, potrivit experților independenți, sunt foarte mari și, în acest sens, odată cu dezvoltarea industriei de hafniu, Rusia este capabilă să devină lider incontestabil pe piața mondială de hafniu. De asemenea, merită menționate, în acest sens, resursele foarte semnificative de hafniu din Ucraina. Principalele minerale care conțin hafniu din Rusia și CSI sunt reprezentate de loparit, zircon, baddeleyit și granite alcaline cu metale rare.

Apropierea structurilor atomice ale hafniului și zirconiului face ca procesul de separare să fie costisitor. Aproximativ 60-70% din hafniul rezultat merge la producerea așa-numitelor „tije de grafit” folosite pentru a controla reacția într-un reactor nuclear. Cea mai mare parte a restului de hafniu este folosită pentru a face aliaje utilizate în motoarele de avioane. Problema lipsei de hafniu nu a apărut încă, iar producția acestuia poate fi crescută dacă este necesar.

Efectul hafniului asupra organismelor vii

Efectul toxic al hafniului a fost studiat în experimente pe animale. DL50 (doza care provoacă mortalitate de 50%) pentru șobolani atunci când a fost administrată intragastric a fost de aproximativ 400 mg/kg greutate corporală. În stomac s-au dezvoltat modificări necrotice și, la inhalare, au fost observate astfel de modificări ale mucoasei bronșice și s-a observat și edem pulmonar. Otrăvirea cronică s-a dezvoltat la animale cu administrare zilnică timp de 5 ore de carbură de hafniu și nitrură la o concentrație de 10,8 mg/m3 timp de 6 și 9 luni.

J/(K mol)

Volumul molar Rețeaua cristalină a unei substanțe simple Structură cu zăbrele

hexagonal

Parametrii rețelei

A= 3,196 nm; c= 5,051 nm

Atitudine c/A Alte caracteristici Conductivitate termică

(300 K) 23,0 W/(m K)

72

4f 14 5d 2 6s 2

hafniu - element chimic Grupa a 4-a a formei cu perioadă lungă a sistemului periodic a lui D. I. Mendeleev (conform formei scurte a sistemului periodic - un subgrup lateral al grupului IV), a șasea perioadă, cu număr atomic 72. Se notează cu simbolul Hf (lat. Hafniu). O substanță simplă este un metal refractar greu alb-argintiu.

Istoria descoperirii și originea numelui

Hafniul a fost căutat printre elementele pământurilor rare, deoarece structura perioadei a 6-a a sistemului D. I. Mendeleev nu a fost clarificată. În 1911, chimistul francez J. Urbain a anunțat descoperirea unui nou element, pe care l-a numit Celtium. În realitate, a obținut un amestec format din iterbiu, lutețiu și o cantitate mică de hafniu. Și numai după ce N. Bohr, pe baza calculelor mecanice cuantice, a arătat că ultimul element de pământ rar este elementul numărul 71, a devenit clar că hafniul este un analog al zirconiului.

Pe baza descoperirilor lui Bohr, care i-a prezis proprietățile și valența, în 1923 Dirk Coster și György de Hevesy au analizat sistematic zirconii norvegieni și groenlandezi prin spectroscopie cu raze X. Coincidența liniilor de raze X ale reziduurilor după leșierea zirconului cu soluții de acid fierbinte cu cele calculate conform legii lui Moseley pentru al 72-lea element a permis cercetătorilor să anunțe descoperirea elementului, pe care l-au numit hafniu în cinstea orașului în care descoperirea a fost făcută (lat. hafnie Nume latin pentru Copenhaga. Disputa despre prioritate dintre J. Urbain, N. Coster și D. Hevesy, care a început după aceea, a continuat multă vreme. În 1949, denumirea elementului „hafniu” a fost aprobată de Comisia Internațională și acceptată peste tot.

Chitanță

Conținutul mediu de hafniu din scoarța terestră este de aproximativ 4 g/t. Datorită absenței mineralelor proprii în hafniu și asocierii sale constante cu zirconiul, se obține prin prelucrarea minereurilor de zirconiu, unde este conținut într-o cantitate de 2,5% din greutate zirconiu (zirconul conține 4% HfO 2, baddeleyit - 4). -6% Hf02). În lume, se extrag în medie aproximativ 70 de tone de hafniu pe an, iar volumul producției sale este proporțional cu volumul producției de zirconiu. O caracteristică interesantă a mineralului scandiu este tortveititul: conține mult mai mult hafniu decât zirconiu, iar această circumstanță este foarte importantă atunci când se procesează tortveitite în scandiu și se concentrează hafniul din acesta.

Resursele mondiale de hafniu

Prețurile pentru hafniu 99% în 2007 au fost în medie de 780 USD per kilogram (conform infogeo.ru)

Resursele mondiale de hafniu în ceea ce privește dioxidul de hafniu depășesc ușor 1 milion de tone. Structura de distribuție a acestor resurse este aproximativ după cum urmează:

Australia - peste 630 de mii de tone,
Africa de Sud - aproape 287 mii de tone,
SUA - puțin peste 105 mii de tone,
India - aproximativ 70 de mii de tone,
Brazilia - 9,88 mii tone.

Marea majoritate a bazei de materie primă de hafniu din țările străine este reprezentată de zircon provenit de la plaserii marini de coastă.

Proprietăți fizice

Hafniul este un metal lucios, alb-argintiu, dur și refractar. În stare fin dispersată, are o culoare gri închis, aproape negru; mat . Densitate în condiții normale - 13,31 g/cm 3. Punctul de topire este 2506 (2233 °C), fierbe la 4876 (4603 °C).

Proprietăți chimice

Cel mai bun solvent pentru hafniu este acidul fluorhidric (HF) sau un amestec de acizi fluorhidric și acizi azotic și aqua regia.

La temperaturi ridicate (peste 1000) hafniul se oxidează în aer și se arde în oxigen. Reacţionează cu halogenii. Similar cu sticla ca rezistenta la acizi. La fel ca zirconiul, are proprietăți hidrofobe (nu este umezită de apă).

Cei mai importanți compuși chimici

Compuși bivalenți de hafniu

HfBr 2, dibromura de hafniu este un solid negru care se aprinde spontan în aer. Se descompune la 400 °C în hafniu și tetrabromură de hafniu. Obținut prin disproporționarea tribromurii de hafniu în vid cu încălzire.

Compuși trivalenți ai hafniului

HfBr3, tribromura de hafniu este un solid negru-albastru. Disproporționează la 400 °C la dibromură și tetrabromura de hafniu. Obținut prin reducerea tetrabromurei de hafniu prin încălzire în atmosferă de hidrogen sau cu aluminiu metalic.

Compuși ai hafniului tetravalent

HfO2, dioxid de hafniu - cristale monoclinice incolore (densitate - 9,98 g/cm³) sau cristale tetragonale incolore (densitate - 10,47 g/cm³). Aceştia din urmă au T p.t. 2900 °C, ușor solubil în apă, diamagnetic, mai bazic decât ZrO 2 și prezintă proprietăți catalitice. Obținut prin încălzirea hafniului metalic în oxigen sau prin calcinarea hidroxidului, dioxalatului, disulfatului de hafniu.
Hf (OH) 4, hidroxid de hafniu - un precipitat alb care se dizolvă prin adăugarea de alcalii și peroxid de hidrogen pentru a forma peroxo-hafniați. Se obține prin hidroliza profundă a sărurilor de hafniu tetravalent la încălzire sau prin tratarea soluțiilor de săruri de hafniu (IV) cu alcalii.
HfF 4 , tetrafluorura de hafniu - cristale incolore. T pl 1025 ° C, densitate - 7,13 g / cm³. Solubil în apă. Obținut prin descompunerea termică a compusului (NH 4 ) 2 într-un curent de azot la 300 °C.
HfCl4, tetraclorură de hafniu - pulbere albă sublimată la 317 °C. T pl 432 °C. Obținut prin acțiunea clorului asupra hafniului metalic, carbură de hafniu sau un amestec de oxid de hafniu(II) cu cărbune.
HfBr 4 , tetrabromura de hafniu - cristale incolore. Sublimat la 322°C. T pl 420 °C. Obținut prin acțiunea vaporilor de brom asupra unui amestec de oxid de hafniu (II) și cărbune încălzit la 500 ° C.
HfI 4 , tetraiodură de hafniu - cristale galbene. Se sublimează la 427°C și se disociază termic la 1400°C. Obținut prin interacțiunea hafniului cu iodul la 300 °C.
Hf (HPO 4) 2, hafniu hidrogen fosfat - un precipitat alb, solubil în acizi sulfuric și fluorhidric. Obținut prin tratarea soluțiilor de săruri de hafniu(IV) cu acid fosforic.

Aplicație

Principalele domenii de aplicare ale hafniului metalic sunt producția de aliaje pentru tehnologia aerospațială, industria nucleară și optica specială.

Ingineria nucleară exploatează capacitatea hafniului de a capta neutroni, iar aplicațiile sale în industria nucleară sunt producția de tije de control, ceramică specială și sticlă (oxid, carbură, borură, oxocarbură, hafnat de disprosiu, hafnat de litiu). O caracteristică și un avantaj al diborurii de hafniu este o degajare foarte mică (heliu, hidrogen) în timpul „epuizării” borului.
Oxidul de hafniu este utilizat în optică datorită stabilității sale termice (p.t. 2780 °C) și indicelui de refracție foarte ridicat. O zonă semnificativă de consum de hafniu este producția de clase speciale de sticlă pentru produse din fibră optică, precum și pentru obținerea de produse optice deosebit de de înaltă calitate, acoperiri cu oglindă, inclusiv pentru dispozitive de vedere pe timp de noapte, camere termice. Fluorura de hafniu are un domeniu similar.
Carbura și borura de hafniu (p.t. 3250 °C) sunt utilizate ca acoperiri extrem de rezistente la uzură și în producția de aliaje superdure. În plus, carbura de hafniu este unul dintre cei mai refractari compuși (mp 3960 ° C) și este utilizat pentru fabricarea duzelor de rachete spațiale și a unor elemente structurale ale motoarelor nucleare cu reacție în fază gazoasă.
Hafniul se distinge printr-o funcție de lucru relativ scăzută a electronilor (3,53 eV) și, prin urmare, este folosit pentru a face catozi pentru tuburi radio de mare putere și tunuri cu electroni. În același timp, această calitate, împreună cu punctul său de topire ridicat, face posibilă utilizarea hafniului pentru producerea de electrozi pentru sudarea metalelor în argon, și în special electrozi (catozi) pentru sudarea oțelului moale în dioxid de carbon. Stabilitatea unor astfel de electrozi în dioxid de carbon este de peste 3,7 ori mai mare decât cea a electrozilor de tungsten. Hafnatul de bariu este folosit și ca catozi eficienți cu funcție de lucru redusă.
Carbura de hafniu sub forma unui produs ceramic fin poros poate servi ca un colector de electroni extrem de eficient, cu condiția ca vaporii de cesiu-133 să se evapore de pe suprafața sa în vid, în acest caz funcția de lucru a electronilor scade la mai puțin de 0,1-0,12 eV. , iar acest efect poate fi folosit pentru a crea generatoare electrice termoionice extrem de eficiente și părți ale motoarelor ionice puternice.
Pe baza de hafniu și diborură de nichel, a fost dezvoltată și a fost folosită de mult timp un strat compozit foarte rezistent la uzură și dur.
Aliajele de tantal-tungsten-hafniu sunt cele mai bune aliaje pentru livrarea de combustibil în motoarele de rachete nucleare în fază gazoasă.
Aliajele de titan aliate cu hafniu sunt folosite în construcțiile navale (fabricarea pieselor de motoare marine), iar aliarea nichelului cu hafniu nu numai că îi crește rezistența și rezistența la coroziune, dar și îmbunătățește dramatic sudabilitatea și rezistența sudurilor.
Carbură de tantal hafniu. Adăugarea de hafniu la tantal crește brusc rezistența acestuia la oxidarea aerului (rezistența la căldură) datorită formării unei pelicule dense și impermeabile de oxizi complecși la suprafață și, mai presus de toate, această peliculă de oxid este foarte rezistentă la schimbările de căldură (termic). şoc). Aceste proprietăți au făcut posibilă crearea unor aliaje foarte importante pentru tehnologia rachetelor (duze, cârme de gaz). Unul dintre cele mai bune aliaje de hafniu și tantal pentru duzele rachetei conține până la 20% hafniu. De remarcat, de asemenea, efectul economic mare la utilizarea aliajului hafniu-tantal pentru producerea de electrozi pentru tăierea cu aer-plasmă și oxigen-flacără a metalelor. Experiența utilizării unui astfel de aliaj (hafniu - 77%, tantal - 20%, wolfram - 2%, argint - 0,5%, cesiu - 0,1%, crom - 0,4%) a arătat o durată de viață de 9 ori mai mare în comparație cu hafniul pur. .
Aliarea cu hafniu întărește puternic multe aliaje de cobalt, care sunt foarte importante în industria de construcție a turbinelor, industria petrolieră, chimică și alimentară.
Hafniul este utilizat în unele aliaje pentru magneți permanenți grei pe bază de pământuri rare (în special, pe bază de terbiu și samariu).
Un aliaj de carbură de hafniu (HfC, 20%) și carbură de tantal (TaC, 80%) este cel mai refractar aliaj (p.t. 4216 °C). În plus, există indicii separate că la alierea acestui aliaj cu o cantitate mică de carbură de titan, punctul de topire poate fi crescut cu încă 180 de grade.
Prin adăugarea a 1% hafniu la aluminiu, se obțin aliaje de aluminiu rezistente cu o dimensiune a granulelor metalice de 40-50 nm. Acest lucru nu numai că întărește aliajul, dar realizează și o alungire relativă semnificativă și crește rezistența finală la forfecare și torsiune, precum și îmbunătățește rezistența la vibrații.
Dielectricii cu permitivitate ridicată pe bază de oxid de hafniu vor înlocui oxidul de siliciu tradițional în microelectronica în următorul deceniu, permițând obținerea unor densități mult mai mari de elemente în cipuri. Din 2007, dioxidul de hafniu a fost folosit în procesoarele Intel Penryn de 45 nm. De asemenea, siliciura de hafniu este folosit ca dielectric cu permitivitate ridicată în electronică. Aliajele de hafniu și scandiu sunt folosite în microelectronică pentru a obține pelicule rezistive cu proprietăți deosebite.
Hafniul este folosit pentru a produce oglinzi cu raze X multistrat de înaltă calitate.

Domenii de aplicare promițătoare

Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev

Uut

Un fragment care caracterizează Hafnium

Era la fel ca si el a cunoscut-o aproape de copil si apoi mireasa printului Andrei. În ochii ei strălucea o strălucire veselă, întrebătoare; pe chipul lui era o expresie afectuoasă și ciudat de răutăcioasă.
Pierre a luat masa și ar fi stat toată seara afară; dar prințesa Mary era în drum spre Vecernie și Pierre a plecat cu ei.
A doua zi, Pierre a sosit devreme, a luat masa și a stat afară toată seara. În ciuda faptului că prințesa Mary și Natasha erau în mod evident bucuroși să aibă un oaspete; în ciuda faptului că tot interesul pentru viața lui Pierre era acum concentrat în această casă, până seara discutaseră totul, iar conversația trecea neîncetat de la un subiect neînsemnat la altul și era adesea întreruptă. Pierre s-a ridicat atât de târziu în acea seară, încât prințesa Mary și Natasha s-au uitat una la cealaltă, așteptându-se evident să plece în curând. Pierre a văzut asta și nu a putut să plece. I-a devenit greu, stânjenitor, dar a rămas așezat, pentru că nu se putea ridica și pleca.
Prințesa Mary, neprevăzând sfârșitul, a fost prima care s-a ridicat și, plângându-se de o migrenă, a început să-și ia rămas bun.
- Deci mergi la Petersburg mâine? a spus Oka.
— Nu, nu mă duc, spuse Pierre grăbit, surprins și parcă ofensat. - Nu, la Petersburg? Mâine; Doar că nu-mi iau rămas bun. Voi chema pentru comisii ”, a spus el, stând în fața prințesei Marya, roșind și fără să plece.
Natasha i-a dat mâna și a plecat. Prințesa Mary, dimpotrivă, în loc să plece, s-a scufundat într-un fotoliu și, cu privirea ei strălucitoare și adâncă, l-a privit sever și atent la Pierre. Oboseala pe care evident ea o manifestase înainte dispăruse complet acum. Oftă greu și lung, de parcă s-ar fi pregătit pentru o conversație lungă.
Toată jena și stinghereala lui Pierre, când Natasha a fost îndepărtată, a dispărut instantaneu și a fost înlocuită de o animație emoționată. A mutat repede scaunul foarte aproape de prințesa Marya.
„Da, am vrut să-ți spun”, a spus el, răspunzând, ca prin cuvinte, în privirea ei. „Prițesă, ajută-mă. Ce ar trebuii să fac? Pot să sper? Prințesă, prietene, ascultă-mă. Știu tot. Știu că nu merit; Știu că este imposibil să vorbesc despre asta acum. Dar vreau să fiu fratele ei. Nu, nu vreau... nu pot...
S-a oprit și și-a frecat fața și ochii cu mâinile.
„Ei bine, iată-l”, a continuat el, aparent făcând un efort pentru a vorbi în mod coerent. Nu știu de când o iubesc. Dar am iubit-o singură, singură în toată viața mea și o iubesc atât de mult încât nu îmi pot imagina viața fără ea. Acum nu îndrăznesc să-i cer mâna; dar gândul că poate ea ar putea fi a mea și că aș rata această ocazie... ocazie... este groaznic. Spune-mi, pot să sper? Spune-mi ce ar trebui să fac? Dragă prințesă, spuse el, după o pauză și atingându-i mâna, deoarece ea nu răspundea.
„Mă gândesc la ce mi-ai spus”, a răspuns Prințesa Mary. "O sa iti spun eu ce. Ai dreptate, ce să-i spui acum despre dragoste... - Prințesa se opri. A vrut să spună: acum îi este imposibil să vorbească despre dragoste; dar s-a oprit, pentru că pentru a treia zi a văzut de la Natasha schimbată brusc că nu numai că Natasha nu s-ar supăra dacă Pierre și-ar exprima dragostea față de ea, ci că și-a dorit doar asta.
„Este imposibil să-i spun acum”, a spus oricum prințesa Marya.
„Dar ce să fac?
„Dă-mi-o”, a spus Prințesa Mary. - Știu…
Pierre se uită în ochii prințesei Mary.
„Ei bine, bine…”, a spus el.
„Știu că iubește... te va iubi”, s-a corectat prințesa Mary.
Înainte de a avea timp să spună aceste cuvinte, Pierre a sărit în sus și, cu o față înspăimântată, a apucat-o pe Prințesa Mary de mână.
- De ce crezi? Crezi că pot spera? Crezi?!
„Da, cred că da”, a spus prințesa Mary, zâmbind. - Scrie-le părinților tăi. Și încredințează-mă. Îi voi spune când voi putea. imi doresc. Și inima mea simte că așa va fi.
- Nu, nu se poate! Ce fericit sunt! Dar nu se poate... Ce fericit sunt! Nu, nu se poate! – spuse Pierre, sărutând mâinile prințesei Mary.
- Te duci la Sankt Petersburg; este mai bine. Îți scriu, zise ea.
- La Petersburg? Conduce? Bine, da, să mergem. Dar mâine pot veni la tine?
A doua zi, Pierre a venit să-și ia rămas bun. Natasha era mai puțin animată decât pe vremuri; dar în această zi, uitându-se uneori în ochii ei, Pierre simțea că el dispare, că nici el, nici ea nu mai era, dar exista un sentiment de fericire. "Într-adevăr? Nu, nu se poate”, își spuse el la fiecare privire, gest, cuvânt care îi umplea sufletul de bucurie.
Când, luându-și rămas bun de la ea, i-a luat mâna subțire și subțire, involuntar a mai ținut-o puțin în a lui.
„Este posibil ca această mână, această față, acești ochi, toată această comoară de farmec feminin, străină de mine, să fie pentru totdeauna ale mele, familiare, la fel ca și eu pentru mine? Nu, este imposibil!...”
— La revedere, conte, îi spuse ea cu voce tare. „Te voi aștepta foarte mult”, a adăugat ea în șoaptă.
Si aceste cuvinte simple, privirea și expresia feței care i-au însoțit, timp de două luni, au făcut obiectul amintirilor inepuizabile, al explicațiilor și al viselor fericite ale lui Pierre. „Te voi aștepta foarte mult... Da, da, așa cum a spus ea? Da, te voi aștepta. Ah, ce fericit sunt! Ce este, ce fericit sunt!” îşi spuse Pierre.

În sufletul lui Pierre nu s-a întâmplat nimic asemănător cu ceea ce s-a întâmplat în ea în împrejurări similare în timpul curtarii lui cu Helen.
Nu a repetat, ca atunci, cu o rușine dureroasă, cuvintele pe care le rostise, nu și-a spus: „Ah, de ce n-am spus asta, și de ce, de ce am spus „je vous aime” atunci? ” [Te iubesc] Acum, dimpotrivă, a repetat fiecare cuvânt al ei, al lui, în imaginația lui cu toate detaliile feței, zâmbetului ei, și nu a vrut să scadă sau să adauge nimic: a vrut doar să repete. Acum nu mai era nicio îndoială dacă ceea ce făcuse era bine sau rău, nu mai era nicio umbră acum. Numai o singură îndoială teribilă îi trecea uneori prin minte. Este totul într-un vis? Prințesa Mary a greșit? Sunt prea mândru și arogant? Eu cred; și deodată, așa cum se cuvine, prințesa Marya îi va spune, iar ea va zâmbi și va răspunde: „Ce ciudat! Avea dreptate, greșit. Nu știe el că el este bărbat, doar bărbat, și eu? .. Sunt complet diferit, mai înalt.
Numai că această îndoială îi venea adesea lui Pierre. Nici el nu și-a făcut niciun plan. I se părea o fericire atât de incredibil de iminentă, încât, de îndată ce s-a întâmplat asta, nimic nu putea fi mai departe. Totul s-a terminat.
Nebunia veselă, neașteptată, pentru care Pierre se considera incapabil, l-a pus stăpânire. Întregul sens al vieții, nu numai pentru el, ci pentru întreaga lume, i se părea că consta doar în dragostea lui și în posibilitatea iubirii ei pentru el. Uneori, toți oamenii i se păreau ocupați doar cu un singur lucru - fericirea lui viitoare. Uneori i se părea că toți se bucurau la fel ca el însuși și nu încercau decât să ascundă această bucurie, prefăcându-se ocupați de alte interese. În fiecare cuvânt și mișcare vedea indicii ale fericirii sale. A surprins adesea oamenii care l-au întâlnit cu consimțământul său semnificativ, exprimând secret, priviri fericite și zâmbete. Dar când și-a dat seama că oamenii s-ar putea să nu știe despre fericirea lui, i-a părut milă pentru ei din toată inima și a simțit dorința de a le explica cumva că tot ce făceau era o prostie completă și fleacuri care nu meritau atenție.
Când i s-a oferit să slujească, sau când s-au discutat despre problemele generale ale statului și despre război, presupunând că fericirea tuturor oamenilor depindea de un astfel de rezultat al unui asemenea eveniment, el asculta cu un zâmbet blând, de condoleanță și surprinse oamenii care i-a vorbit cu replicile lui ciudate. Dar atât acei oameni care i s-au părut lui Pierre că înțeleg adevăratul sens al vieții, adică sentimentul lui, cât și acei oameni nefericiți care evident nu au înțeles acest lucru - toți oamenii din această perioadă de timp i s-au părut într-o lumină atât de strălucitoare a simțind strălucind în el că fără cel mai mic efort, el imediat, întâlnindu-se cu orice persoană, a văzut în el tot ce era bun și demn de iubire.
Având în vedere afacerile și actele răposatei sale soții, el nu avea niciun sentiment pentru memoria ei, cu excepția milei că ea nu cunoștea fericirea pe care o cunoștea el acum. Prințul Vasily, acum deosebit de mândru că a primit un nou loc și o stea, i s-a părut un bătrân înduioșător, bun și jalnic.
Pierre și-a amintit adesea de această perioadă de nebunie fericită. Toate judecățile pe care și le-a făcut despre oameni și împrejurări în această perioadă de timp au rămas pentru totdeauna adevărate pentru el. Nu numai că nu a renunțat ulterior la aceste puncte de vedere asupra oamenilor și lucrurilor, ci, dimpotrivă, în îndoieli și contradicții interne, a recurs la concepția pe care o avea în acel moment de nebunie și această părere s-a dovedit întotdeauna a fi corectă.
„Poate”, se gândi el, „am părut atunci ciudat și ridicol; dar atunci nu eram atât de nebun pe cât păream. Dimpotrivă, eram atunci mai deștept și mai perspicace ca niciodată și am înțeles tot ce merită înțeles în viață, pentru că... eram fericit.
Nebunia lui Pierre a constat în faptul că nu a așteptat, ca înainte, din motive personale, pe care le numea virtuțile oamenilor, pentru a-i iubi, iar dragostea i-a revărsat inima, iar el, iubind oamenii fără motiv, a găsit neîndoielnic. motive pentru care a meritat să-i iubesc.

Din acea prima seară, când Natasha, după plecarea lui Pierre, cu un zâmbet vesel batjocoritor, i-a spus prințesei Marya că este cu siguranță, ei bine, cu siguranță de la baie, și redingotă și tuns scurt, din acel moment ceva ascuns și necunoscut. pentru ea, dar irezistibil s-a trezit în sufletul Natașei
Totul: față, mers, privire, voce - totul s-a schimbat brusc în ea. Neașteptat pentru ea însăși - puterea vieții, speranțe de fericire au apărut și au cerut satisfacție. Din prima seară, Natasha părea să fi uitat tot ce i se întâmplase. De atunci, nu s-a plâns niciodată de situația ei, nu a spus niciun cuvânt despre trecut și nu i-a fost frică să facă planuri distractive pentru viitor. Ea a vorbit puțin despre Pierre, dar când prințesa Mary l-a menționat, o licărire de mult dispărută s-a luminat în ochii ei și buzele i s-au încrețit într-un zâmbet ciudat.
Schimbarea care a avut loc la Natasha a surprins-o la început pe Prințesa Mary; dar când i-a înțeles sensul, această schimbare a supărat-o. „Este posibil să-și fi iubit atât de puțin fratele, încât să-l poată uita atât de curând”, se gândi prințesa Mary, când se gândea singură la schimbarea care a avut loc. Dar când era cu Natasha, nu s-a supărat pe ea și nu i-a reproșat. Puterea trezită a vieții, care a cuprins-o pe Natasha, era evident atât de neoprit, atât de neașteptată pentru ea însăși, încât prințesa Maria, în prezența Natașei, a simțit că nu are dreptul să-i reproșeze nici măcar în suflet.
Natasha s-a predat noului sentiment cu atâta plinătate și sinceritate, încât nu a încercat să ascundă faptul că acum nu era tristă, ci veselă și veselă.
Când, după o explicație de noapte cu Pierre, prințesa Mary s-a întors în camera ei, Natasha a întâlnit-o în prag.
- El a spus? Da? El a spus? repetă ea. Deopotrivă veselă și în același timp patetică, cerând iertare pentru bucuria lui, expresia s-a oprit pe chipul Natașei.
„Am vrut să ascult la uşă; dar știam ce-mi vei spune.
Oricât de înțeles, oricât de emoționant a fost pentru Prințesa Marya privirea cu care Natasha o privea; oricât de rău i-a fost să-și vadă entuziasmul; dar cuvintele Natașei din primul minut au jignit-o pe Prințesa Marya. Și-a amintit de fratele ei, de iubirea lui.
„Dar ce să faci! ea nu poate face altfel”, se gândi prințesa Marya; şi cu o faţă tristă şi oarecum severă i-a transmis Nataşei tot ce îi spusese Pierre. Auzind că se duce la Petersburg, Natasha a rămas uimit.
- La Petersburg? repetă ea, de parcă n-ar fi înțeles. Dar, uitându-se la expresia tristă de pe chipul Prințesei Mary, ea a ghicit motivul tristeții ei și a izbucnit brusc în plâns. „Marie”, a spus ea, „învață-mă ce să fac”. Mi-e frică să fiu prost. Ceea ce spui, voi face; invață-mă…
- Îl iubești?
— Da, șopti Natasha.
- Despre ce plangi? Mă bucur pentru tine”, a spus Prințesa Marya, iertând bucuria Natașei pentru acele lacrimi.
„Nu va fi prea curând. Gândește-te doar ce fericire va fi când îi voi fi soție și te vei căsători cu Nicolas.
„Natasha, ți-am cerut să nu vorbești despre asta. Vom vorbi despre tine.
Au tăcut.
- Dar de ce să mergi la Petersburg! - spuse deodată Natasha, iar ea însăși și-a răspuns în grabă: - Nu, nu, este necesar... Da, Marie? Deci ai nevoie de...

Au trecut șapte ani de la al 12-lea an. Marea istorică agitată a Europei s-a potolit pe țărmurile sale. Părea liniștit; dar forțele misterioase care mișcă omenirea (misterioase pentru că legile care guvernează mișcarea lor ne sunt necunoscute) și-au continuat acțiunea.
În ciuda faptului că suprafața mării istorice părea nemișcată, omenirea s-a mișcat la fel de continuu ca mișcarea timpului. S-au format și s-au dezintegrat diverse grupuri de gheare umane; s-au pregătit motivele formării şi dezintegrarii statelor, mişcările popoarelor.
Marea istorică, spre deosebire de până acum, era îndreptată de rafale de la o coastă la alta: clocotea în adâncuri. Personajele istorice, nu ca înainte, erau purtate în valuri de la o coastă la alta; acum păreau să se rotească într-un singur loc. Personajele istorice, care anterior în fruntea trupelor reflectau mișcarea maselor cu ordinele de războaie, campanii, bătălii, reflectau acum mișcarea în clocot cu considerații politice și diplomatice, legi, tratate...
Istoricii numesc această activitate a persoanelor istorice reacție.
Descriind activitățile acestor personaje istorice, care, în opinia lor, au fost cauza a ceea ce ei numesc reacție, istoricii le condamnă sever. Toate oameni faimosi din acea vreme, de la Alexandru și Napoleon la mine Stael, Photius, Schelling, Fichte, Chateaubriand și așa mai departe, sunt supuși judecății lor stricte și justificați sau condamnați, în funcție de faptul că au contribuit la progres sau reacție.
În Rusia, conform descrierii lor, o reacție a avut loc și în această perioadă de timp, iar principalul vinovat al acestei reacții a fost Alexandru I - același Alexandru I, care, după propriile descrieri, a fost principalul vinovat al liberalilor. întreprinderile domniei sale și mântuirea Rusiei.
În literatura rusă adevărată, de la școlar la istoric învățat, nu există persoană care să nu-și arunce cu piatra în Alexandru I pentru faptele sale greșite în această perioadă a domniei sale.
„Ar fi trebuit să facă asta și asta. În acest caz, s-a descurcat bine, în acest caz rău. S-a purtat bine la începutul domniei sale și în timpul anului 12; dar a procedat rău, dând o constituție Poloniei, creând o Alianță Sfântă, dând putere lui Arakcheev, încurajând pe Golitsyn și misticismul, apoi încurajându-i pe Șișkov și Fotie. S-a descurcat rău, fiind angajat în partea din față a armatei; a procedat rău, încasând regimentul Semionovski etc.”
Ar fi necesar să se completeze zece file pentru a enumera toate reproșurile pe care i le fac istoricii pe baza cunoașterii binelui omenirii pe care le posedă.
Ce înseamnă aceste acuzații?
Înseși acțiunile pentru care istoricii îl aprobă pe Alexandru I - precum: angajamentele liberale ale domniei, lupta cu Napoleon, fermitatea arătată de acesta în anul 12 și campania anului 13, nu rezultă din aceeași. surse - condițiile de sânge, creșterea, viața, care au făcut din personalitatea lui Alexandru ceea ce a fost - din care urmează acele acțiuni, pentru care istoricii îl vină, cum ar fi: Sfânta Alianță, restaurarea Poloniei, reacția anilor 20 ?
Care este esența acestor acuzații?
În faptul că este o persoană istorică precum Alexandru I, o persoană care s-a aflat la cel mai înalt nivel posibil al puterii umane, ca în centrul luminii orbitoare a tuturor razelor istorice concentrate asupra lui; o persoană care a fost supusă acelor influențe cele mai puternice din lumea intrigii, înșelăciunii, lingușirii, amăgirii de sine, care sunt inseparabile de putere; o persoană care a simțit pe sine, fiecare minut al vieții, responsabilitatea pentru tot ce s-a întâmplat în Europa, și o persoană neinventată, dar care trăiește, ca fiecare persoană, cu obiceiurile personale, pasiunile, aspirațiile sale de bine, frumos, adevăr - că această persoană, acum cincizeci de ani, nu numai că nu era virtuoasă (istoricii nu reproșează acest lucru), dar nu avea acele păreri asupra binelui omenirii pe care le are acum un profesor, care se ocupă de știință de mic, că este, citind cărți, prelegeri și copierea acestor cărți și prelegeri într-un singur caiet.
Dar chiar dacă presupunem că Alexandru I s-a înșelat în urmă cu cincizeci de ani în viziunea sa asupra a ceea ce este binele popoarelor, trebuie să presupunem involuntar că istoricul care îl judecă pe Alexandru se va dovedi, în același mod, după ce va trece ceva timp. să fie nedrept în viziunea lui asupra faptului care este binele omenirii. Această presupunere este cu atât mai firească și mai necesară cu cât, în urma dezvoltării istoriei, vedem că în fiecare an, cu fiecare nou scriitor, se schimbă viziunea asupra a ceea ce este binele omenirii; încât ceea ce părea bine zece ani mai târziu pare a fi rău; si invers. Mai mult, în același timp găsim în istorie păreri complet opuse asupra a ceea ce a fost rău și a ceea ce a fost bine: unele dintre constituția și Sfânta Alianță date Poloniei sunt creditate, altele îi reproșează lui Alexandru.
Este imposibil să spunem despre activitatea lui Alexandru și Napoleon că a fost utilă sau dăunătoare, pentru că nu putem spune pentru ce este utilă și pentru ce este dăunătoare. Dacă cuiva nu îi place această activitate, atunci nu îi place doar pentru că nu coincide cu înțelegerea sa limitată a ceea ce este bine. Fie că este conservarea casei tatălui meu la Moscova în al 12-lea an, fie gloria trupelor ruse, fie prosperitatea Sankt Petersburgului și a altor universități, fie libertatea Poloniei, fie puterea Rusiei, fie echilibrul Europei. , sau un anumit fel de iluminism european - progres, trebuie să recunosc că activitatea fiecărei persoane istorice a avut, pe lângă aceste scopuri, și alte scopuri care îmi erau mai generale și inaccesibile.
Dar să presupunem că așa-zisa știință are posibilitatea de a reconcilia toate contradicțiile și are o măsură invariabilă de bine și de rău pentru persoanele și evenimentele istorice.
Să presupunem că Alexandru ar fi putut face totul altfel. Să presupunem că ar putea, la ordinul celor care îl acuză, cei care mărturisesc cunoașterea scopului ultim al mișcării omenirii, să dispună conform programului de naționalitate, libertate, egalitate și progres (se pare că există nu alta) pe care i-ar da acuzatorii prezenti. Să presupunem că acest program ar fi fost posibil și întocmit și că Alexandru ar fi acționat în conformitate cu acesta. Ce s-ar fi întâmplat atunci cu activitățile tuturor acelor oameni care s-au opus direcției de atunci a guvernului - cu activitățile care, după părerea istoricilor, sunt bune și utile? Această activitate nu ar exista; nu ar exista viață; nu ar fi nimic.
Dacă presupunem că viața umană poate fi controlată de rațiune, atunci posibilitatea vieții va fi distrusă.

Dacă se presupune, așa cum fac istoricii, că oamenii mari conduc omenirea către anumite scopuri, care sunt fie măreția Rusiei sau Franței, fie echilibrul Europei, fie răspândirea ideilor revoluției, fie progresul general, sau orice ar fi adică, este imposibil să explici fenomenele istoriei fără conceptele de întâmplare și geniu.

Hf - chimic. element din grupa IV a sistemului periodic de elemente; la. și. 72, la. m. 178,49. Metal alb argintiu. În compuși, prezintă o stare de oxidare de +4. Hidrogenul natural este compus din șase izotopi stabili cu numere de masă 174, 176-180. S-au obținut materiale radioactive artificiale cu numere de masă 170-173,175, 179, 180, 181, 183 și, respectiv, timpi de înjumătățire 1,87 h, 16 h, 5 ani, 23,6 h, 70 zile, 19 sec, 5,5 h, 46 de zile și 64 min. .

Hafniul a fost descoperit în 1922 de către unguri. chimistul D. Khevesi si goll. fizicianul D. Coster. Metal G, primit în 1925 de D. Hevesy. Începutul utilizării pe scară largă a hafniului este asociat cu utilizarea acestuia în tehnologia nucleară. G. este un element împrăștiat, nu are minerale proprii și în natură însoțește de obicei zirconiul (1-7%). Conținutul său în scoarța terestră este de 3,2 10-4%. G. există în două modificări polimorfe. La temperatura obișnuită, o rețea compactă hexagonală de tip magneziu este stabilă, cu perioade a = 3,1883 A, c = 5,0422 A, c/a = 1,5815 (cu un conținut de 0,78% Zr). Peste t-ry 1760 ± 35 ° C, o rețea cubică centrată pe corp este stabilă (tipα -Fe) cu o perioadă a = 3,60 A (t-ra 2000 ° C). Densitate (t-ra 20 ° C) 13,31 g / cm3 tpl 2222 ± 30 ° C; tkap = 5400° s. Coeficient de temperatură dilatare liniara (cu un continut de 0,86-0,89% Zr) in intervalul t-r 0-1000°C este 5,9 10 -6 grade-1. Coeficientul de conductivitate termică (atunci când vinul conține 2% Zr) scade de la 0,0533 la 0,0490 cal/cm sec grad cu o creștere a temperaturii de la 50 la 500 ° C. Căldura specifică(t-ra 25°C) 0,0342 cal/g deg. T-ra Debye pentru G. cu o puritate de 99,95-99,98% este 251,5-252,3 K. Specific rezistență electrică(t-ra 20 ° C) 40 10-8 ohm m, coeficient de temperatură. rezistența electrică în intervalul t-r 0-800 ° C este de 3,51 10-3 deg-1.

O caracteristică a hafniului este emisivitatea sa ridicată. Funcția de lucru a electronilor este de 3,53 eV. Secțiune transversală de captare termică a neutronilor 105 ± 5 barn. G. este paramagnetic. Blană. Saint-va G. depind semnificativ de puritatea și condițiile de preparare a probei. Chitul metalic pur poate fi prelucrat la rece și la cald (frezit, găurit, laminat). Iodura G. are HV = 152 (sarcina 1,2 kg), H = 206 kg/mm2 (sarcina 60 g). Coeff. compresibilitatea la t-re 303 K este de 0,901 10-6 cm2/kg. Modulul Young de iodură de hidrogen (0,72% Zr) după recoacere în vid la o temperatură de 1040 ° C este de 14 105 kgf/cm „În condiții normale, hidrogenul este rezistent la acțiune. apa fierbinte, amestecuri abur-aer, sodiu lichid, alcaline, acid clorhidric diluat, acid azot de orice concentrație, oxigen, azot și hidrogen. Sub formă de pulbere, este piroforică. Se dizolvă bine în „vodca regală”, acizi sulfuric și fluorhidric concentrați. La temperaturi ridicate, reacţionează vizibil cu hidrogen, apă, oxigen, halogeni (formând HfX4), formează compuşi refractari cu azot şi carbon: nitrură de HfN (topitură 2982 ± 50 ° C) şi carbură de HfC (topire 3887 ± 50 ° C)

Pentru a separa compușii hidrogenului și zirconiului se recurge la cristalizare fracționată, precipitare fracționată (cea mai rapidă și eficientă metodă din practica de laborator), schimb ionic, adsorbție, electroliză, extracție lichidă (cea mai comună în producția industrială), distilare fracționată, și reducerea selectivă (cea mai promițătoare pentru metoda clorului de deschidere a zirconului). Hidrogenarea metalică este obținută prin reducerea metalotermă a HfCl4 cu magneziu, calciu, sodiu sau amestecuri ale acestora, disocierea termică a halogenurilor sau carbonilului cu valență scăzută și electroliza mediului topit.

Pentru purificare suplimentară se utilizează iodură (cea mai comună) sau rafinare electrolitică, disproporționare, fascicul de electroni și topirea arcului electric în vid înalt. G. metalul, precum și compușii săi (de exemplu, HfO și HfO2) sunt utilizați pentru a face tije regulatoare reactoare nucleareși dispozitive de protecție. În plus, hidrogenul în formă pură și sub formă de aliaje este utilizat în tehnologia electrică, radio și cu raze X (filamente electrice și electrozi incandescenți, capace pentru anozi de carbon și grafit, gettere etc.). De asemenea, este folosit ca aditiv de aliere care crește rezistența la căldură în aplicații speciale. oțeluri și aliaje cu paladiu (sârmă potențiometrică), cu cupru (plăci de contact ale electrozilor de sudură), din aliaje termorezistente pe bază de molibden, tantal, wolfram și niobiu pentru rachetă și tehnologie spațială.

Promițător ca material structural pentru motoarele cu reacție, chimic. dispozitive etc G. oxidul este utilizat pentru fabricarea materialelor refractare refractare, ca parte constitutivă specialist. ochelari optici operati la temperaturi mari ca catalizator pl. reacții organice si etc.; promițător ca liant în materiale rezistente la căldură pe bază de boruri, carburi, siliciuri și alți compuși ai metalelor alcalino-pământoase, toriu, uraniu și pentru fabricarea materialelor ceramice-metalice în combinație cu niobiu, tantal, titan și vanadiu. Carbid G., cel mai refractar dintre carburile simple, este un material foarte refractar.

Caracteristica elementului

Hafniul și datorită comprimării lantanidelor au aproape aceleași dimensiuni ale atomilor și -ionilor, prin urmare proprietățile elementelor sunt la fel de apropiate ca în orice alt subgrup. Cea mai importantă diferență față de titan este că stările scăzute de oxidare sunt extrem de rare. Doar câțiva compuși sunt cunoscuți în mod fiabil acolo unde Hf nu prezintă cea mai mare stare de oxidare. Astfel de compuși se caracterizează prin proprietăți reducătoare puternice. În soluții apoase de săruri

hidroliza are loc într-o măsură mai mică decât cea a sărurilor de titan, cu toate acestea, existența ionilor liberi de Hf⁴ ⁺ pare improbabil. Numărul de coordonare în complexele acestui element este mai mare decât cel al titanului și este egal cu 7 și chiar 8.

Proprietățile substanțelor și compușilor simpli

În stare solidă, hafniul este un metal lucios, alb-argintiu. Hafniul aparține metalelor grele, este refractar și în stare pură are proprietăți metalice bune. Când este contaminat cu oxigen, azot, carbon, brom,hidrogenul etc isi pierd plasticitatea si devin tari si casanti. Hafniul se formează cu fier, crom, mangan, vanadiu, aluminiu cupru, carbon, sulf, azot,fosfor, bor etc. În stare de pulbere, este capabil să absoarbă cantități mari de hidrogen. DIN punct chimic Vederea subgrupului de titan este inactivă, stabilă în aer sau în apă în condiții normale. La temperaturi ridicate, devin foarte activi în ceea ce privește oxigenul, halogenii, sulful, azotul, carbonul, borul etc. Oxizii sunt greu solubili, iar proprietățile de bază ale hidraților lor sunt îmbunătățite de Hf.

Elementul nu apare în natură în stare liberă și nu poate fi obținut prin electroliza soluțiilor apoase. În timp ce oxidul de titan (IV) este acid, oxizii de hafniu sunt slab bazici. Hidroxizii elementelor Hf(OH) 4 (sau sub formă de dioxizi de MeO hidratați 2-2H2 O) se formează în timpul tratării soluțiilor de tetrahalogenuri corespunzătoare cu HfCl 4 și alcaline. Sunt sedimente albe gelatinoase, slab solubile în apă; prezintă proprietăți foarte ușor acide, drept urmare aproape că nu reacţionează cu alcalii. Natura de bază a compusului crește de la zirconiu la hafniu, care, de exemplu, dobândește capacitatea de a se dizolva în acizi puternici.

Obținerea și utilizarea hafniului

Hafniul se găsește în toate mineralele de zirconiu, unde conținutul său nu depășește câteva procente din conținutul de zirconiu. Separarea acestor elemente este mai dificilă decât lantanidele. Acest lucru este posibil numai cu ajutorul schimbului de ioni și extracției. Cel mai adesea este folosit ca material pentru construcția reactoarelor nucleare.

Scoarța terestră conține doar patru grame de hafniu. Singura modalitate de a-l obține este prin prelucrarea minereului de zirconiu și a altor minerale. Zirconii obișnuiți conțin până la 4% oxid de hafniu. Pentru a extrage acest metal rar, zirconii sunt dizolvați în acizi în fierbere.

Minerit

Cea mai bogată țară în hafniu este Australia. Peste 600 de tone din acest metal sunt concentrate aici. Rezervele totale de hafniu de pe planetă sunt estimate la 1000 de tone. Există și o mulțime de hafniu în Rusia - se găsește în minerale precum granit, baddeleyit, loparit etc.

Proprietăți

În exterior, hafniul arată ca un metal strălucitor cu o strălucire argintie. Hafniul este foarte refractar și are o mare capacitate de a capta neutronii termici.

Hafniul este destul de inert din punct de vedere chimic. Pe suprafața sa se formează o peliculă de oxid care o protejează de acțiunea mediului agresiv. Cel mai bine, hafniul se dizolvă în acizi puternici - nitric, fluorhidric și acva regia.

Aplicație

Hafniul nu este practic utilizat în dispozitivele de uz casnic. Este foarte rar să găsești super-puternici magneți permanenți pe baza de aliaje de hafniu. Însă proprietarii de computere care rulează pe microprocesoare din seria Intel Penryn au ocazia să țină hafniu în mâini. Astfel de procesoare, de exemplu, includ familia Intel Core 2 Duo. Ei folosesc compuși de hafniu ca dielectric.

Hafniul a găsit o largă aplicație în producția de tuburi radio de mare putere, fabricarea duzelor motoare racheteși părți ale reactoarelor nucleare. Oxidul de hafniu are un punct de topire foarte mare și un indice de refracție bun - este folosit pentru a face sticlă specială concepută pentru dispozitive de vedere pe timp de noapte, rețele de fibră optică și camere termice.

Dacă topiți carbura de tantal cu carbura de hafniu, obțineți cel mai refractar aliaj din lume. Punctul său de topire este de peste 4200 de grade. Hafniul este utilizat pentru a face acoperiri compozite rezistente la uzură, electrozi pentru sudarea cu argon și acoperiri reflectorizante pentru oglinzi cu raze X.

Să ne oprim asupra unei alte aplicații curioase de hafniu. Un izotop de hafniu numit 178m2 conține atât de mult exces de energie încât atunci când este expus la acesta raze X capabil să-l elibereze exploziv. În același timp, dintr-un gram de hafniu-178m2 se eliberează atâta energie cât este eliberată în explozia a 50 de kilograme de TNT.

element chimic hafniu a fost deschis relativ recent. La începutul secolului al XX-lea, Dirk Coster și György Hevesy erau ocupați să caute zirconiu și elemente aferente. Ei au fost cei care au descoperit hafniul în 1923 și au extras prima sa probă de puritate ridicată. Ce este acest element și de ce este necesar?

Descrierea și proprietățile hafniului

Elementul hafniu aparține grupei VI a sistemului periodic al lui Mendeleev și se află la numărul 72, are un număr de masă de 178. Pe baza acestui fapt, putem spune care hafniul are o structură atomică: 72 de electroni, iar nucleul are același număr de protoni și 106 neutroni.

Există șase izotopi ai hafniului în natură. numerele de masă variază de la 174 la 180, unul dintre ele prezintă proprietăți radioactive. Formula electronică a hafniului arată ca 4f 14 5d 2 6s 2. Starea principală de oxidare este +4, dar uneori se găsesc +3 și +2. Electronegativitatea este 1,6.

În formă solidă pură, hafniul este un metal alb-argintiu cu un luciu caracteristic, în pulbere este mat și gri, aproape negru. Conductivitatea termică este de 22 W / (m * K) la o temperatură de 100 ° C. Metalul este foarte dur și nu mai puțin refractar.

Proprietăți mecanice. Ei din hafniu au o dependență puternică de puritate și de modul în care a fost procesat. Dacă metalul conține impurități de oxigen, carbon sau azot, acesta devine casant.

Arderea ajută la restabilirea proprietăților originale. În mod normal, modulul de elasticitate este de 137 GPa, coeficientul de compresibilitate este de 1,18 GPa și duritatea este de 1,1-1,2 GPa.

Chimic zirconiu și hafniu asemănătoare. Metalul topit într-o bucată nu interacționează cu apa dacă presiunea nu depășește 25 MPa și temperatura nu depășește 400°C. La trei sute de grade, începe să interacționeze cu vaporii de apă.

oxid de hafniu devine cu atât mai dificil, având în vedere că nu reacționează cu oxigenul din aer. Oxidarea va începe doar la o temperatură de 500-600°C. Cu cât este mai mare, cu atât se va oxida mai repede.

Dioxizii de hafniu arată ca niște cristale sau gel. Formula tipică pentru acești compuși este HfO 2 * xH 2 O. Proprietatea definitorie este amfoteră, ei sunt, de asemenea, slab solubili în apă și sunt supuși policondensării în timp.

În soluții alcaline hafniu este de asemenea stabil, la temperaturi sub o suta de grade nu incepe sa reactioneze cu acizii clorhidric, sulfuric si azotic. Poate reactiona cu:

Acid hidrofloric;

Amestecuri de acizi minerali;

Capre fierbinte;

Un amestec de acid fluorhidric și azot;

Vodcă regală.

Ultimele două dizolvă cel mai bine hafniul. Rezistența la acizii minerali este redusă de fluorurile de amoniu și metale alcaline.

Originea și producția de hafniu

minereu de hafniuîn sensul clasic nu există, acest element este rar și împrăștiat. Acestea sunt cele care au un clarke, adică conținutul în scoarța terestră este mai mic de 0,01-0,001%.

Hafniul se găsește în natură numai împreună cu zirconiul, este chiar numit „umbră”, în acest sens, este prezent în toate mineralele de zirconiu. minereu de hafniuîn industrie - zircon ZrSiO 4 datorită gradului ridicat de substituire a atomilor de zirconiu cu hafniu (0,5 ... 2%).

Dificultatea izolării hafniului constă în asemănarea sa cu zirconiul. Metoda industrială pentru izolarea hafniului constă în mai multe etape:

Zirconul este zdrobit, amestecat cu grafit și plasat într-un cuptor cu arc. Aerul nu intră acolo, iar temperatura crește la 1800 ° C. Se formează carburi de zirconiu și hafniu, siliciul se volatilizează.

Carburele sunt sparte în bucăți și într-un cuptor cu ax la 500° C. reacţionează cu clorul gazos. Se formează tetracloruri.

Resursele de hafniu din întreaga lume, dacă sunt transformate în dioxid de metal, sunt doar puțin peste 1 milion de tone. Cea mai mare parte dintre ele se află în Australia, aproximativ 630 de mii de tone.

Africa de Sud, SUA, India și Brazilia au și ele rezerve mari. De regulă, rezervele industriale sunt zircon de la placerii marini de coastă.

Principalele companii din lume implicate în producția și vânzarea de hafniu sunt Allegheny Technologies Incorporated, Western Zirconium și Cezus. Primele două sunt situate în SUA, ultima - în.

Aplicarea hafniului

Scopul principal al acestui metal este tijele de control pentru reactoare nucleare. A fost încercat pentru prima dată în acest domeniu la începutul anilor 1950.

Motivul principal, potrivit căreia se foloseste hafniulîn industria nucleară, eficiența tijelor din ea practic nu se deteriorează în timp. De asemenea, rezistența ridicată la coroziune în apă la temperaturi ridicate joacă un rol important; nici măcar radiația de fond nu o afectează.

Aceste proprietăți, precum și rezistența la căldură, pot fi crescute prin alierea hafniului și, de exemplu, a zirconiului. Alte zone care folosesc acest metal îl obțin în cantități foarte mici. Industria nucleară ia mai mult de 90% din hafniu, deși doar unul dintre izotopii săi este radioactiv.

Acest metal este folosit în aliaje și metalurgiști, dar nu ca material de bază, ci ca aditiv. Hafniul îmbunătățește proprietățile fizice și mecanice ale altor metale. O altă aplicație importantă a hafniului este producția de piese în știința rachetelor.

În această zonă, este apreciat pentru refractaritatea ridicată și capacitatea de a absorbi și elibera rapid căldura. În tantal, nu se oxidează decât dacă temperatura depășește 1650°C.

Datorită rezistenței mari a hafniului la aproape toate substanțele, acopera aparate pentru industria chimică. Este, de asemenea, utilizat în inginerie radio, fabricarea de piese pentru tunuri cu electroni și tuburi radio.

Folosit în optică oxid de hafniu Datorită indicelui său ridicat de refracție, oglinzile pentru camerele termice și dispozitivele pentru a vedea în întuneric sunt placate cu metal.

Unul dintre domeniile de aplicare este magneții de mare rezistență, aceștia sunt fabricați dintr-un aliaj de hafniu cu alte metale pământuri rare. Un alt domeniu interesant în care este folosit acest metal rar este bijuteriile.

Pentru atrăgător, culoarea sa alb-argintiu și strălucitoare, care nu se pătește, adevărat datorită preț mare hafniul este înlocuit.

prețul hafniului

Unul dintre dezavantajele metalului hafniu - preț. Hafniul include în mod necesar costurile de producție, care alcătuiesc cea mai mare parte a costurilor datorită procesului complex de extracție și separare de.

În plus, depinde de puritatea metalului, de dimensiunea lotului și de cerințele speciale care pot fi aplicate hafniului de calitate nucleară. Închirierea acestui metal este în mod tradițional și mai scumpă. Mai multe reviste, precum Metal Bulletin, au calculat prețuri pentru tipuri diferite hafniu pentru 2005.

Deci, chiar și deșeurile de metal costă 176-198 de dolari pe kg. Diferite aliaje au fost estimate la 50–150 dolari/kg, buretele cu hafniu 165–209 dolari/kg, oxidul la 150, tije cristaline de la 220.

Hafniul cu cel mai înalt grad de purificare a costat până la 330 USD per kg. Acum este mult mai mare, ținând cont de timpul scurs, inflația și consumul crescut de metal.

Rezumând, putem spune asta hafniu metal destul de rar și scump. Este greu de găsit în domeniul public. Acest lucru se datorează unor domenii de aplicare destul de specifice. În ciuda tuturor acestor lucruri, este destul de popular în zonele mai puțin high-tech.