Основное ГафнийТекст на темуСоли, минералы
ГАФНИЙ. [Hafnium; от лат. Hafnia — Гафния (назв. г. Копенгагена)], Hf — хим. элемент IV группы периодической системы элементов; ат. и. 72, ат. м. 178,49. Серебристо -белый металл. В соединениях проявляет степень окисления +4. Природный Г. состоит из шести стабильных изотопов с массовыми числами 174, 176—180. Получены искусственные радиоактивные изотопы с    массовыми    числами   170—173,175, 179, 180, 181, 183 и периодами   полураспада соответственно 1,87 ч, 16 ч, 5 лет, 23,6 ч, 70 дней, 19 сек, 5,5 ч, 46 дней и 64 мин. 
 
Гафний открыли в 1922 венг. химик Д. Xевеши и голл. физик Д. Костер. Металлический Г, получил в 1925 Д. Хевеши. Начало широкого использования Гафний связано с применением его в ядерной технике. Г.— рассеянный элемент, не имеет собственных минералов и в природе обычно сопутствует цирконию (1—7%). Его содержание в земной коре 3,2 • 10-4%. Г. существует в двух полиморфных модификациях. При обычной т-ре устойчива гексагональная плотноупакованная решетка типа магния, с периодами а = 3,1883 А, с = 5,0422 А, с/а = 1,5815 (при содержании 0,78% Zr). Выше т-ры 1760 ± 35° С устойчива объемноцентрированная кубическая решетка   (тип   α-Fe)   с   периодом а = 3,60 А (т-ра 2000° С). Плотность (т-ра 20° С) 13,31 г/см3 tпл 2222 ± 30° С; tкяп = 5400° с. Температурный коэфф. линейного расширения (при содержании 0,86— 0,89% Zr) в интервале т-р 0—1000° С составляет 5,9 • 10 -6 град-1. Коэфф теплопроводности (при содержа вин 2% Zr) уменьшается с 0,0533 до 0,0490 кал/см • сек • град при повышении т-ры от 50 до 500° С. Удельная теплоемкость (т-ра 25° С) 0,0342 кал/г • град. Т-ра Дебая для Г. чистотой 99,95—99,98% составляет 251,5—252,3 К. Удельное электрическое сопротивление (т-ра 20° С) 40 • 10-8 ом • м, температурный коэфф. электросопротивления в интервале   т-р   0—800° С   составляет 3,51 • 10-3 град-1. 
 
Особенность гафния— высокая эмиссионная способность. Работа выхода электронов 3,53 эв. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 105 ± 5 барн. Г. парамагнитен. Мех. св-ва Г. существенно зависят от чистоты и условий приготовления образца. Чистый металлический Г. поддается холодной и горячей обработке (фрезерованию, сверлению, прокатке). У йодидного Г. HV = 152 (нагрузка 1,2 кг), Н = 206 кг/мм2 (нагрузка 60 г). Коэфф. сжимаемости при т-ре 303 К составляет 0,901 • 10-6 см2/кг. Модуль Юнга йодидного Г. (0,72% Zr) после отжига в вакууме при т-ре 1040° С    равен    14 • 105     кгс/см’ При обычных условиях Г. стоек к действию горячей воды, паровоздушных смесей, жидкого натрия, щелочей,   разбавленной   соляной   к-ты, азотной к-ты любой концентрации, кислорода, азота и водорода. В порошкообразном    виде    пирофорен . Хорошо растворяется в «царской водке», концентрированной серной и фтористоводородной к-тах. При высокой т-ре заметно реагирует с водородом,  водой, кислородом, с галогенами (образуя галогениды HfX4), с азотом и углеродом образует тугоплавкие соединения: нитрид HfN   (tпл 2982 ± 50° С) и карбид НfC (tпл 3887 ±50° С)
 
Для разделения соединений Г. и циркония прибегают к дробной кристаллизации, фракционированному осаждению (наиболее быстрый и эффективный в лабораторной практике метод), ионному обмену, адсорбции, электролизу, жидкостной экстракции (наиболее распространенной  в  пром.  произ-ве), фракционной дистилляции и селективному восстановлению (наиболее перспективны при хлорном методе вскрытия циркона). Металлический Г. получают металлотермическим восстановлением HfCl4 магнием, каль-цием, натрием или их смесями, термической диссоциацией галогенидов низшей валентности или карбонила, электролизом расплавленных сред. 
 
Для дополнительной очистки используют йодидное (наиболее распространенное) или электролитическое рафинирование, диспропорционирова-ние, электроннолучевую и электродуговую плавку в высоком вакууме. Г. металлический, а также его соединения (напр., НfO и НfO2) используют для изготовления стержней-регуляторов ядерных реакторов и защитных приспособлений. Кроме того, Г. в чистом виде и в виде сплавов находит применение в электро-, радио- и рентгенотехнике (электрические нити и электроды накаливания, чехлы для угольных и графитовых анодов, геттеры и др.). Применяют его также в качестве повышающей жаропрочность легирующей добавки в спец. сталях и сплавах с палладием (потенциометрическая проволока), с медью (контактные пластины сварочных электродов), в жаропрочных сплавах на основе молибдена , тантала, вольфрама и ниобия для ракетной и космической техники. 
 
Перспективен как конструкционный материал для реактивных двигателей, хим. аппаратов и др. Окись Г. применяют для изготовления тугоплавких огнеупорных материалов, как составную часть спец. оптических стекол, эксплуатируемых при высоких т-рах, как катализатор мн. органических реакций и др.; перспективен как связка в жаропрочных материалах на основе боридов, карбидов, силицидов и др. соединений щелочноземельных металлов, тория, урана и для изготовления керамико-металлических материалов в сочетании с ниобием, танталом, титаном и ванадием. Карбид Г., самый тугоплавкий среди простых карбидов,— высокоогнеупорный материал. 
 
Характеристика элемента. Гафний и цирконий из-за лантаноидного сжатия имеют почти одинаковые размеры атомов и -ионов, поэтому свойства элементов так близки, как ни в одной другой подгруппе. Наиболее важное их отличие от титана состоит в том, что низкие степени окисления встречаются крайне редко. Достоверно известно лишь несколько соединений, где Hf не проявляют высшей степени окисления. Для таких соединений характерны сильные восстановительные свойства. В водных растворах солей
гидролиз протекает в меньшей степени, чем у солен титана, однако существование свободных ионов Hf представляется маловероятным. Координационное число в комплексах этого элемента выше, чем у титана, и равно 7 и даже 8.
 
Свойства простых веществ и соединений. В твердом состоянии гафний — блестящий серебристо-белый металл. Относятся гафний к тяжелым металлам, он тугоплавок и в чистом состоянии обладает хорошими металлическими свойствами. При загрязнении кислородомазотомуглеродомбромомводородом и т. д. теряют пластичность и становятся твердыми и хрупкими. Гафний образует сплавы с железомхромом, марганцем, ванадиемалюминиеммедью, углеродомсерой, азотомфосфоромбором и т. д. В порошкообразном состоянии он способен поглощать большие количества водорода. С химической точки зрения металлы подгруппы титана неактивны, устойчивы на воздухе или в воде при нормальных условиях. При повышенных температурах становятся очень активными по отношению к кислороду, галогенам, сере, азоту, углероду, бору и т. д. Оксиды трудно растворимы, и основные свойства их гидратов усиливаются у Hf .
 
Элемент не встречается в природе в свободном состоянии и не может быть получен электролизом водных растворов. Если оксид титана (IV) обладает кислыми свойствами, то оксиды гафния—слабоосновными. Гидроксиды элементов Hf( OH )4 (или в виде гидратированных диоксидов МеO2-2Н2O) образуются при обработке растворов соответствующих тетрагалогенидов HfCl4 и щелочами. Они представляют собой студенистые белые осадки, плохо растворимые в воде; обнаруживают очень слабо выраженные кислые свойства, вследствие чего они почти не реагируют со щелочами. Основной характер соединении усиливается от циркония к гафнию, у которого появляется, например, способность растворяться в сильных кислотах.
 
Получение и использование
Гафний обнаруживается во всех циркониевых минералах, где его содержание не превышает нескольких  процентов от содержания циркония. Разделить эти элементы труднее, чем лантаноиды. Это удается лишь при помощи ионного обмена и экстракции. Чаше всего его используют как материал для конструкции ядерных реакторов .
Сплав тантала с 8% вольфрама и 2% гафния сохраняет высокую прочность и при температурах, близких к абсолютному нулю, и при 2000° С. Поэтому он является перспективным материалом для изготовления камер сгорания ракетных двигателей, каркаса и обшивки ракет.
 
Лит.: Щека И. А., Карлышева К. Ф. Химия гафния. К., 1972; Carlson О. N., Schmidt F. А.
Также читают на тему Гафний.
Главная- ГАФНИЙ. [Hafnium; от лат. Hafnia — Гафния (назв. г. Копенгагена)], Hf — хим. элемент.
ИсторияГафний — элемент молодой. Человечество знакомо с ним немного больше 100 лет. 
Получение- Экстракционный, основанный на разной растворимости соединений циркония 
Применение- Для улучшения механических и физико-технических свойств других металлов
Чистый металл-У чистого циркония сечение захвата равно 0,18 барна, а у чистого гафния — 120
Соли, минералы.
Гафнаты- Соли гидрата двуокиси гафния.
С этим часто ищут.
Титан-Цирконий-Гафний-Резерфо́рдий