Hafn: zastosowanie i właściwości

Wprowadzenie do tego artykułu pozwoli czytelnikowi dowiedzieć się, czym jest hafn (pierwiastek chemiczny), którego stosowanie jest szeroko stosowane przez człowieka w różnych dziedzinach jego działalności. A także właściwości chemicznej i fizycznej materii, sposobów ekstrakcji i znajdowania na naszej planecie, rozważa się krótką historię odkrycia tego pierwiastka.

Co to jest hafn

Hafn jest pierwiastkiem chemicznym układu okresowego. W czwartej grupie, szóstym okresie, liczba atomowa wynosi siedemdziesiąt dwa. Odnosi się do prostego typu substancji, ma dużą gęstość i refraktancję, kolor metalu jest srebrzysto-biały. Hafn może istnieć w dwóch modyfikacjach. Pod wpływem temperatury około 2016 Kelvin, siatka typu sześciokątnego, przechodząca zmiany alotropowe, przekształca się w stan siatki sześciennej, w temperaturze pokojowej ma krystaliczną siatkę sześciokątnego syngonu.

Z historii odkrywania przedmiotu

Odkrycie tego elementu nastąpiło w 1923 roku, popełnione przez Gyorgy De Heshevi i Koster Dirk. Zdołali przewidzieć walentność i różne jakościowe cechy hafnu, opierając się na wnioskach N. Bohra, którzy z kolei przeanalizowali pracę Francuzów J. Urben, którzy uważali, że odkrył Celtic – nowy element. Jednak później okazało się, że mieszaniną małej ilości hafnu z lutecem i yterterium było Keltium.

Niels Bohr, badając tę pracę i wykorzystując obliczenia kwantowo-mechaniczne, wykazał, że hafn jest analogiem elementu nr 71 w PTCA, a mianowicie cyrkonem. Gyorgy De Heshevi i Koster Dirk ogłosili odkrycie nowego elementu hafnu nazwanego po mieście, w którym dokonano odkrycia, po użyciu metody spektralnej rentgenowskiej, cyrkonie Norwegii i Grenlandii wielokrotnie przeanalizowano. Wykrywanie podobieństwa linii rentgenowskich pozwoliło naukowcom ogłosić odkrycie nowego elementu rentgenowskiego.

Sposoby pozyskiwania i zapasów światowych

Hafn jest w korze ziemi, ale nie ma własnego minerału, dlatego jest "satelitą" cyrkonu. Ilość Hf w rudach wynosi około 2,5%, a produkcja roczna wynosi około siedemdziesięciu ton. Hafn jest raczej drogą substancją, jej główne lokalizacje koncentrują się w Australii, Południowej Afryce, Stanach Zjednoczonych, Indiach i Indiach. Położenie krajów w kolejności transferu odpowiada miejscom według liczby Hf w kraju. Warto też wspomnieć, że Rosja i Ukraina mają dość duże rezerwy tego metalu, z czego większość koncentruje się w cyrkonie, loparytach i baddeleyicie.

Charakterystyka fizyczna

Część właściwości fizycznych hafnu została wymieniona powyżej. Możesz dodać do nich, że ten metal, który, biorąc drobnomiernie rozproszony stan staje się niemal czarny. Temperatura topnienia wynosi 2233 stopni Celsjusza, temperatura wrzenia zaczyna się od 4603 ^o C. Przekrój poprzeczny wychwytywania neutronów typu termicznego jest bardzo wysoki. Cyrkon, w przeciwieństwie do hafnu, ma przekrój poprzeczny, który jest o trzy rzędy wielkości słabiej. Podczas przechwytywania Hf wynosi 115 barów, w cyrkonie wynosi tylko około 0,2 bara. Hafn ma analogiczny poziom specyficznego ciepła germanium (Ge) i jest anomaliczny. Maksymalna pojemność cieplna jest na poziomie 60-80 Kelvin. Nie można tego wytłumaczyć żadną teorią związaną z siłami Hooke, które wynikają z niemożliwości funkcji superpozycji Einsteina w celu zapewnienia maksimum krzywej.

Właściwości chemiczne

Hafn ma odporność na promieniowanie rentgenowskie znacznie silniejsze niż w przypadku podobnego cyrkonu. Sam metal jest zupełnie obojętny, co związane jest z filmem pasywnego tlenku powstałego na hafn. Najlepiej rozpuścić Hf w kwasie fluorowodorowym, mieszaninę kwasu fluorowodorowego z kwasem azotowym i wódką królewską. W wysokiej temperaturze pali się w tlenie, a na wolnym powietrzu zaczyna się utleniać. Może wchodzić w reakcje promieniowania rentgenowskiego z halogenami. Ma właściwości hydrofobowe.

Związki dwu-, trzy- i czterowartościowe Hf

Dla tego elementu wartość wartościowości jest zmienna i, zgodnie z różnymi wartościami liczby możliwych powiązań, istnieje kilka ważnych związków hafnu z innymi substancjami.

Dwuwartron dwuwartościowy hafnu ma ciemnozielony kolor. W temperaturze 400 stopni Celsjusza rozpoczyna się proces rozkładu z utworzeniem Hf i HfBr4. W przemyśle wytwarzany jest w wyniku dysproporcji w próżni HfBr3 pod wpływem działania termicznego.

Triwalencyjny Hf jest reprezentowany przez tribromek (HfBr3) – ta substancja jest czarno-niebieska, raczej twarda. Pod wpływem temperatury równej 400 stopni Celsjusza zaczyna się nieproporcjonalnie do dwóch składników tetrabrombitu i dibromobójków hafnu. Metoda produkcji polega na redukcji HfBr4 poprzez ogrzewanie w wodorze, ewentualnie z dodatkiem aluminium.

Do związków czterowartościwego hafnu występuje dość duża liczba związków, a mianowicie HfO2 jest jego dwutlenkiem, a także wodorotlenkiem o x-tej wzorze Hf (OH) 4. Są też tertrachlorek (HfCl4), tetrafluorek (HfF4), tetraid (HfI4) i wyżej wspomniany tetrabomid hafnu (HfBr), a także wodorofosforany hafnu (Hf (HPO4) 2).

Zastosowanie w codziennym życiu i komunikacja z medycyną

Hafn znajduje swoje zastosowanie w wielu sferach aktywności ludzkiej. Wynika to z wielu cech jakościowych, właściwości, które czynią ją niezbędnym materiałem, substancją w różnych gałęziach przemysłu, sprawach wojskowych, a nawet w przemyśle jądrowym.

Więc jak się stosuje hafn? Zastosowanie w medycynie – jest to jedna z wielu opcji, w których można używać właściwości tego metalu. Ponieważ węgliki Hf są ciężkie, praktycznie nie powodują korozji, mogą być używane do wykonywania przedmiotów tnących używanych przez lekarzy, a także są wykorzystywane do produkcji lustra rentgenowskiego.

Elementem o wyjątkowych właściwościach o charakterze chemicznym i fizycznym jest hafn. Zastosowanie w życiu codziennym znajduje się w materiałach do produkcji technologii radiowych, lamp radiowych i lamp telewizyjnych. Jest szeroko stosowany w przemyśle metalurgicznym w celu wytwarzania innych metali o wyższej jakości właściwości fizykochemicznych i mechanicznych. Hafn jest również stosowany w inżynierii rentgenowskiej, ale jest rzadko używany ze względu na niedobór i ważniejsze metody stosowania.

Wykorzystanie hafnu w wojskowych jednostkach

Jak inaczej możesz użyć hafnu? Użycie w uzbrojeniu to kolejna sfera działalności człowieka, w której nie ma tego elementu. Tlenki, krzemiany, borki i węgliki hafnu są związkami bardzo opornymi, dlatego w wojskowych rękach mogą być stosowane jako powłoka ochronna. Jest to również niezwykle duża wytrzymałość, dzięki czemu możliwe jest użycie Hf i jego związków do produkcji części przeznaczonych do samolotów i rakiet o dużej szybkości, w tym kosmicznych.

Od 1998 roku podjęto próbę stworzenia "bomby hafnicznej", opartej na izomerze 187m2Hf. Jednak w wyniku badań i testowania pomysł okazał się nie do utrzymania, jest to spowodowane brakiem zdolności, z obecnymi technologiami, do wydzielania nadmiaru energii z rdzenia tego izomeru.

Inne zastosowania substancji prostej Hf

W energetyce jądrowej, wraz z wyżej wymienionymi kulami, ale nawet w jeszcze większych ilościach, hafn jest również używany. Gdzie jest ten metal? Ze względu na zdolność do wychwytywania neutronu z Hf, wytwarzane są pręty do regulacji, specjalistyczne szkło i ceramika.

Hafn ma względnie niską wydajność wyjścia elektronicznego (3,53 eV) iz tego powodu może być stosowany do produkcji katod i pistoletów elektronowych. W silnikowych silnikach reaktywnych w fazie gazowej możliwe jest znalezienie borków i węglików hafnu, a raczej w niektórych elementach konstrukcyjnych.

Hafn jest stosowany nawet w produkcji generatorów termoelektrycznych i często znajduje się w silnikach jonowych. Na bazie HfO2 powstają dielektryki o wysokim stopniu przenikalności. W przyszłości planowane jest zastąpienie znanego tlenku krzemu w mikroelektronice tlenkiem HfO2. Ta wymiana zwiększy gęstość elementów w układzie scalonym.

Na zakończenie można powiedzieć, że hafn, którego stosowanie odbywa się w wielu gałęziach działalności człowieka, rozpoczynających się codziennie i kończąc na wojskowych i atomowych, jest niezwykle ważnym elementem. Jest to bardzo wymagający metal i natury zawsze towarzyszy cyrkonowi. Rzadkość i cechy cech jakościowych powodują raczej wysokie koszty.