Հաֆնիում: քիմիական միացություն

72 Լուտեցիում ← Հաֆնիում → Տանտալ 72Hf
Արծաթափայլ կռելի մետաղ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Հաֆնիում / Hafnium (Hf), Hf, 72
Խումբ, պարբերություն, բլոկ	4, ,
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	178,49(2) զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Xe]4f14 5d2 6s2
Ատոմի շառավիղ	167 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	144 պմ
Իոնի շառավիղ	(+4e) 78 պմ
Էլեկտրաբացասականություն	1,3 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ	0
Օքսիդացման աստիճաններ	4
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	575,2 (5,96) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	2506 K (2233 °C, 4051 °F)
Եռման ջերմաստիճան	4876 K (4603 °C, 8317 °F)
Հալման տեսակարար ջերմունակություն	25,1 կՋ/մոլ
Գոլորշիացման տեսակարար ջերմունակություն	575 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն	25,7 Ջ/(Կ·մոլ)
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
C/a հարաբերություն	1,580
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 23,0 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

Բնական հաֆնիումը ունի վեց կայուն իզոտոպ՝ 174,176-180 զանգվածային թվերով։ Հաֆնիումը սպիտակ-արծաթավուն մետաղ է։

Հաֆնիումի գոյության մասին կանխատեսել էր Դ. Ի. Մենդելեևը, 1870 թվականին։ Ն. Բորը ցույց տվեց (1921), որ № 72 տարրի ատոմը պետք է ունենա ցիրկոնիումի ատոմի նման կառուցվածք։

Հունգարացի քիմիկոս Դ. Հևեշին և հոլանդացի ֆիզիկոս Դ. Կոստերը ցիրկոնիումի հանքաքարերում ռենտգենասպեկտրային վերլուծության եղանակով հայտնաբերեցին (1922) № 72 տարրը և անվանեցին «Հաֆնիում»՝ ի պատիվ հայտնաբերման տեղի՝ Կոպենհագեն (ուշ լատին․՝ Hafnia) քաղաքի։

Հաֆնիումը ինքնուրույն միներալներ չունի և բնության մեջ սովորաբար ուղեկցում է ցիրկոնիումին։ Պարունակությունը երկրակեղևում ${\displaystyle 3,2\cdot 10^{-4}}$  % է, ըստ զանգվածի։

Համաշխարհային պաշարներ

2007 թվականին 99 % հաֆնիումի 1 կգ-ի գինը միջինում կազմել են $780 (ըստ infogeo.ru կայքի տվյալների)։

Հաֆնիումի համաշխարհային պաշարները աշխարհում.

• Ավստրալիա - ավելի քան 630 մլն տոննա,
• Հարավային Աֆրիկա - մոտ 287 մլն տոննա,
• ԱՄՆ - ավելի քան 105 մլն տոննա,
• Հնդկաստան - մոտ 70 մլն տոննա,
• Բրազիլիա - 9,88 մլն տոննա։

Հաֆնիումը սպիտակ-արծաթավուն մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 2222 ± 30 °C, եռմանը՝ 5400 °C, խտությունը՝ 13090 կգ/մ³ (20 °C-ում)։ Մաքուր հաֆնիումը պլաստիկ է, հեշտությամբ է ենթարկվում սառը և տաք մշակման։ Քիմիական հատկություններով նման է ցիրկոնիումին, սակայն քիմիական ակտիվությամբ զիջում է նրան։

Միացություններում հիմնականում քառարժեք է, հայտնի են նաև 3,2 և 1 արժեքականության հաֆնիումի միացություններ։ Սենյակային ջերմաստիճանում հոծ հաֆնիումը շատ կայուն է մթնոլորտային գազերի նկատմամբ։ Սակայն 600 °C-ից բարձր տաքացնելիս արագ օքսիդանում է և փոխազդում, ցիրկոնիումի նման, ազոտի և ջրածնի հետ։

 

Մինչև 400 °C ջրային գոլորշիներում և մաքուր ջրում հաֆնիումը կոռոզակայուն է։ Հաֆնիումի երկօքսիդը՝ ${\displaystyle HfO_{2}}$ , դժվարահալ (հալման ջերմաստիճանը՝ 2780 °C) և քիմիապես կայուն նյութ է։ ${\displaystyle HfO_{2}}$ -ը և դրան համապատասխան հիդրօքսիդները՝ ${\displaystyle HfO_{2}\cdot xH_{2}O}$  և ${\displaystyle HfO(OH)_{2}}$ , ամֆոտեր են՝ հիմնային հատկության գերակշռությամբ։

Ալկալիների և ալկալիական մետաղների օքսիդների հետ ${\displaystyle HfO_{2}}$ -ը տաքացնելիս առաջացնում են հաֆնիումատներ, օրինակ, ${\displaystyle Me_{2}HfO_{3},Me_{4}HfO_{4},Me_{2}Hf_{2}O_{5}}$ ։

Տաքացնելիս հաֆնիումը փոխազդում է հալոգենների հետ՝ առաջացնելով ${\displaystyle HfX_{4}}$  տիպի միացություններ։

${\displaystyle \mathrm {Hf+2\ I_{2}\ \rightleftharpoons \ HfI_{4}} }$ 

Բարձր ջերմաստիճաններում հաֆնիումը միանում է ածխածնին ${\displaystyle (HfC)}$ , բորին ${\displaystyle (HfB,HfB_{2})}$ , ազոտին ${\displaystyle (HfN)}$ , սիլիցիումին ${\displaystyle (Hf_{2}Si,HfSi,HfSi_{2})}$ ։

 

Հաֆնիումը փոխազդում է ֆտորաջրածնական ու խիտ ծծմբական թթուների և ալկալիական մետաղների հալած ֆտորիդների հետ, գործնականորեն չի փոխազդում աղաթթվի, ֆոսֆորական, ազոտական և օրգանական թթուների հետ։

Կայուն է ալկալիների լուծույթների նկատմամբ։ Ջրում լուծելի միացություններից են․

• քառաքլորիդը՝ ${\displaystyle HfCl_{4}}$ ,
• օքսիքլորիդը՝ ${\displaystyle HfOCl_{2}\cdot 8H_{2}O}$ ,
• նիտրատները՝ ${\displaystyle HfO(NO_{3})_{2}\cdot nH_{2}O}$  (${\displaystyle n=2}$  և 6),
• սուլֆատները՝ ${\displaystyle Hf(SO_{4})_{2}}$ 
• ${\displaystyle Hf(SO_{4})_{2}\cdot 4H_{2}O}$ , որոնք օգտագործվում են տեխնոլոգիայում և վերլուծական քիմիայում։ Հաֆնիումը կոմպլեքս միացություններ է առաջացնում թթվածին պարունակող նյութերի հետ։

Հաֆնիում ստացվում է ${\displaystyle HfCl_{4}}$ -ը մագնեզիումով կամ նատրիումով վերականգնելիս։

${\displaystyle \mathrm {HfCl_{4}+2\ Mg\longrightarrow Hf+2\ MgCl_{2}} }$ 

Օգտագործվում է միջուկային էներգետիկայում և էլեկտրոնային տեխնիկայում։ Հաֆնիումի կարբիդների և տանտալի պինդ լուծույթը (հալման ջերմաստիճանը՝ 4000 °C-ից բարձր) ամենադժվարահալ խեցեգործական նյութն է, որից պատրաստում են հալքանոթներ և հրթիռային շարժիչների դետալներ։

• Պարբերական աղյուսակ