Hafnium: қолдану және қасиеттері

Осы мақалаға кіріспе оқырманға оның жұмысының түрлі салаларында кеңінен қолданылатын қандай гафний (химиялық элемент) екенін анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, материяның химиялық және физикалық табиғатының қасиеттері, планетада экстракция мен табу әдістері, осы элементтің ашылуының қысқаша тарихы қарастырылады.

Hafnium дегеніміз не?

Hafnium - мерзімді кестенің химиялық элементі. Төртінші топта, алтыншы кезеңде, атомдық саны жетпіс екі. Жай заттардың қарапайым түрін білдіреді, жоғары тығыздығы мен рефрактерлік қасиеті бар, металлдың түсі күміс-ақ түсті. Hafnium екі модификацияда болуы мүмкін. 2016 жылы Кельвин температурасы әсерінен, аллотроптық өзгерістерге ұшыраған алтыбұрышты түрдегі тор торға негізделген текше торына айналады, бөлме температурасында гексагональды сингтон кристалдық торы бар.

Элементті табу тарихынан

Бұл элементтің ашылуы 1923 жылы Горги Де Хешеви мен Костер Дирк жасаған. Олар, өз кезегінде, Шотландияны - жаңа элемент тапқан деп ойлаған француздық Дж. Урбеннің жұмысын талдаған Н.Бордың қорытындыларына негізделген хафниумның валенттілігі мен әртүрлі сапалық сипаттамаларын болжай алды. Алайда, кейінірек, лутекий мен итербиймен қосылған шағын көлемдегі қоспаның қоспасы Кельти болды.

Бұл жұмысты зерттеп, кванттық-механикалық есептеулерді қолданатын Niels Bohr хафниум PTCA-да 71-ші элементтің, яғни цирконийдің аналогы екенін дәлелдеді. Gyorgy De Heshevi және Костер Дирк рентген спектрлік әдісін қолданғаннан кейін Норвегияның және Гренландтың циркондары бірнеше рет талданып, ашылған болатын қаланың атымен аталған гафнийдің жаңа элементін ашты. Рентген сызықтарының ұқсастығын анықтау ғалымдарға жаңа рентген элементінің ашылуын жариялауға мүмкіндік берді.

Әлемдік қорларды алу жолдары

Хафниум жердің қабығында, бірақ өзінің минералына ие емес, сондықтан ол цирконийдің «спутнигі». Рудалардағы Hf мөлшері шамамен 2,5% құрайды, ал жылдық өндірісі - жетпіс тонна. Hafnium - бұл өте қымбат зат, оның негізгі орындары Австралияда, Оңтүстік Африкада, Америка Құрама Штаттарында, Үндістанда және Бразилияда шоғырланған. Елдердің орналасқан жері аударым тәртібі бойынша елдегі Х-ға санына сәйкес келеді. Сондай-ақ, Ресей мен Украинада осы металлдың мол қоры бар, олардың басым бөлігі цирконий, лопарит және бадделейит шоғырланған.

Дене сипаттамалары

Жоғарыда аталған гафнийдің физикалық қасиеттерінің бір бөлігі көрсетілген. Оларға бұл өте мұқият дисперсті күйге ие бола отырып, бұл металды дерлік қара етіп қосуға болады. 2233 градусқа дейін ыстық болады, қайнау 4603 ^o С кезінде басталады. Жылу түрінің нейтрондарын алу үшін көлденең қима өте жоғары. Цирконий, гафнийден айырмашылығы, көлденең қимасы бар, яғни үш ретті нашар. Hf түсіру кезінде 115 бар, цирконийде бұл шамамен 0,2 бар. Hafnium германийдің (Ge) нақты жылуының ұқсас деңгейіне ие және ауытқуы болып табылады. Шекті жылу сыйымдылығы 60-80 Кельвин деңгейінде. Мұны Хуке күштеріне қатысты кез келген теориямен түсіндіруге болмайды, бұл Эйнштейннің суперпозициясының функциясының максималды қисық сызықты қамтамасыз ету қабілетсіздігінен туындайды.

Химиялық қасиеттері

Hafnium рентгендік кедергісі ұқсас цирконийге қарағанда әлдеқайда күшті. Металлдың өзі инертті болып табылады, ол гафниумда пайда болатын пассивті оксидтің пленкасымен байланысты. HF гидрофторлық қышқылында, гидрофторлық қышқылдың азот қышқылымен және корольдік арақ қоспасынан еруі жақсы. Жоғары температура кезінде ол оттегіде күйеді, ал ашық ауада тотықтайды. Галогендермен рентгендік реакцияларға кіруге болады. Гидрофобты қасиеттері бар.

Екі, үш және төрт валенттілік Hf қосылыстары

Бұл элемент үшін валенттің мәні айнымалы және ықтимал х-байланыстар санының әртүрлі мәндеріне сәйкес басқа заттармен гафниумның бірнеше маңызды қосылыстары бар.

Divalent хафниумның дибромидті қара-жасыл түсі бар. 400 градус Цельсий температурасында Hf және HfBr4 түзілуімен ыдырау процесі басталады. Өнеркәсіпте термиялық әрекетте HfBr3 вакуумында сәйкессіздік пайда болады.

Тривалент Hf трипромидпен (HfBr3) ұсынылған - бұл зат қара-көк, өте қиын. Температураның 400 градус Цельсийдің әсерімен, ол гафний тетрабромиттері мен дибромобиттердің екі компонентіне сәйкес келмейді. Өндіріс әдісі HfBr4 сутегінің қыздыруымен, ал қажет болған жағдайда алюминийді қосу арқылы төмендеуден тұрады.

Гетерогенді қосылыстардың қосылыстарына өте көп қосылыстар бар: HfO2 - оның диоксиді, сондай-ақ Hf (OH) 4 формуласы бар гидроксид. Тетрахлориді (HfCl4), тетррафторидті (HfF4), тетраиодидті (HfI4) және жоғарыда аталған хафниум тетрабомидті (HfBr) және гафниум гидрогенфосфаттарын (Hf (HPO4) 2) де бар.

Күнделікті өмірде қолдану және медицинадағы қарым-қатынас

Хафниум адамзаттың бірқатар қызмет салаларында өз қолданысын табады. Бұл сапалы сипаттамалардың көптігі, оны қажетті материалға айналдыратын қасиеттер, көптеген адамдық салаларда заттар, әскери істер, тіпті атом өнеркәсібі.

Сонымен, гафний қалай қолданылады? Медицинада қолдану - бұл металлдың қасиеттерін қолдануға болатын көптеген нұсқалардың бірі. Hf карбидтері өте ауыр, іс жүзінде коррозияға жатпайтындықтан, олар дәрігерлер қолданатын кеспе заттарды жасау үшін пайдаланылуы мүмкін және олар сонымен қатар рентген айна жасауда қолданылады.

Химиялық және физикалық табиғаттың айрықша қасиеттері бар элемент - бұл гафний. Күнделікті өмірде қолдану радиотехника, радиобелсенділер және теледидар түтіктері өндірісінде материал ретінде көрінеді. Металлургия өнеркәсібінде жоғары сапалы физика-техникалық және механикалық қасиеттердің басқа металдарын жасау мақсатында кеңінен қолданылады. Hafnium-ақ рентгендік инженерияда қолданылады, бірақ оның жетіспеушілігінен және қолданудың маңызды әдістерінен сирек пайдаланылады.

Хафниумды әскери техникада қолдану

Сіз тағы нефнемді қалай пайдалана аласыз? Қару-жарақты қолдану - бұл адам элементінің жоқтығына қарамастан адам қызметінің басқа саласы. Оксидтер, силиксит, боридтер мен гафниумдардың карбидтері өте қатты отқа төзімді қосылыстар болып табылады, сондықтан әскери техниканы қорғаныш жабын ретінде қолдануға болады. Бұл сондай-ақ өте күшті, бұл Hf және оның қосылыстарын өте жоғары жылдамдықты ұшақтар мен зымырандарға, соның ішінде ғарышқа арналған бөліктерді өндіруге пайдалануға мүмкіндік береді.

1998 жылдан бастап, изомерге негізделген 187м2Hf негізіндегі «hafnium бомбасы» жасау әрекеттері жасалды. Бірақ зерттеулер мен тестілеудің нәтижесі ретінде бұл идеяның жарамсыз екендігі анықталды, бұл қазіргі заманғы технологиялармен, бұл изомердің ядросынан асып кететін энергияны босатуға қол жеткізу мүмкіндігінің болмауына байланысты.

Қарапайым заттардың басқа қосымшалары Hf

Ядролық энергетикада жоғарыда айтылған салалармен қатар, тіпті үлкен мөлшерде де, hafnium де қолданылады. Бұл металл қайда қолданылады? Hf-тен нейтронды түсіру қабілетіне байланысты реттелетін штандар, арнайы шыны және керамика жасалады.

Hafnium электронды өнімділігі (3,53 эВ) салыстырмалы төмен өнімділікке ие және осы себепті ол катодты және электронды қаруды өндіруде қолданылуы мүмкін. Ядролық реактивті газ фазасындағы қозғалтқыштарда бүйрек және гарнидің карбидтерін табу мүмкін, немесе кейбір құрылымдық элементтерде.

Hafnium тіпті термоэлектрлік генераторлар өндірісінде де қолданылады және жиі ион қозғалтқыштарында кездеседі. HfO2 негізінде жоғары рұқсат етілетін диэлектриктер құрылды. Болашақта микроэлектроникадағы таныс кремний тотығын HfO2 оксидімен алмастыру жоспарлануда. Бұл ауыстыру чипте элементтердің тығыздығын арттырады.

Қорытындылай келе, күнделікті өмірден басталып, әскери және атомды аяқтаудың көптеген салаларында орындалып жатқан гафний өте маңызды элемент болып табылады. Бұл өте талап етілетін металл және табиғатта әрдайым циркониймен бірге жүреді. Сапалы сипаттамалардың сирек қасиеті мен оның ерекшеліктері өте қымбатқа түседі.