Configurația electronică a atomului de hafniu. Știi cum. Aliaje care folosesc hafniu

J/(K mol)

Volumul molar Rețea de cristal substanță simplă Structura de zăbrele

hexagonal

Parametrii rețelei

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

Atitudine c/o Alte caracteristici Conductivitate termică

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

72

4f 14 5d 2 6s 2

hafniu - element chimic Grupa a 4-a a formei cu perioadă lungă a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev (conform formă scurtă tabel periodic- un subgrup lateral al grupului IV), a șasea perioadă, cu număr atomic 72. Notat cu simbolul Hf (lat. Hafniu). O substanță simplă este un metal greu, refractar, 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 Gyorgy de Hevesy au analizat sistematic zirconii norvegieni și groenlandezi prin spectroscopie cu raze X. Coincidența liniilor modelelor de difracție cu raze X ale reziduurilor după leșierea zirconului cu soluții de acid clocotitor cu cele calculate conform legii lui Moseley pentru al 72-lea element a permis cercetătorilor să anunțe descoperirea unui element, pe care l-au numit hafniu în onoarea lui. orașul în care a fost făcută descoperirea (lat. Hafnia- Nume latin pentru Copenhaga). Disputa despre prioritate care a început după aceasta între J. Urbain, N. Coster și D. Hevesy a continuat multă vreme. În 1949, denumirea elementului „hafniu” a fost aprobată de Comisia Internațională și acceptată peste tot.

Chitanță

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

Resurse mondiale de hafniu

Prețurile pentru hafniu 99% în 2007 au fost în medie de 780 USD per kilogram (pe baza materialelor de pe 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 arată 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.

Majoritatea covârșitoare a bazei de resurse de hafniu din țările străine este reprezentată de zircon provenit de la plaserii marini de coastă.

Proprietăți fizice

Hafniul este un metal alb-argintiu strălucitor, dur și refractar. Când este fin dispersat, are o culoare gri închis, aproape negru; mat Densitatea în condiții normale este de 13,31 g/cm3. 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 arde în oxigen. Reacționează cu halogenii. Este similară ca rezistență la acizi față de sticlă. La fel ca zirconiul, are proprietăți hidrofobe (nu este umezită de apă).

Cei mai importanți compuși chimici

Compuși bivalenți ai hafniului

HfBr 2, dibromura de hafniu, este un solid negru care se autoaprinde în aer. Se descompune la 400 °C în hafniu și tetrabromură de hafniu. Preparat prin disproporționarea tribromurii de hafniu în vid în timpul încălzirii.

Compuși trivalenți ai hafniului

HfBr 3, tribromura de hafniu este un solid negru-albastru. Se disproporționează la 400 °C în dibromură de hafniu și tetrabromură. Preparat prin reducerea tetrabromurei de hafniu prin încălzire în atmosferă de hidrogen sau cu aluminiu metalic.

Compuși cu hafniu tetravalenți

HfO 2, 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, are un caracter mai bazic decât ZrO 2 și prezintă proprietăți catalitice. Se obține prin încălzirea hafniului metalic în oxigen sau prin calcinarea hidroxidului, dioxalatului sau disulfatului de hafniu.
Hf(OH) 4, hidroxidul de hafniu este un precipitat alb care se dizolvă prin adăugarea de alcalii și peroxid de hidrogen pentru a forma peroxohafniați. Se obține prin hidroliza profundă a sărurilor tetravalente de hafniu prin 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. Să ne dizolvăm în apă. Obținut prin descompunerea termică a compusului (NH 4 ) 2 într-un curent de azot la 300 °C.
HfCl 4, tetraclorură de hafniu - pulbere albă, se sublimează la 317 °C. T pl 432 °C. Se obține prin acțiunea clorului asupra hafniului metalic, carbură de hafniu sau un amestec de oxid de hafniu (II) și cărbune.
HfBr 4, tetrabromura de hafniu - cristale incolore. Se sublimează la 322 °C. T pl 420 °C. Se obține 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. Se obține prin reacția hafniului cu iod la 300 °C.
Hf(HPO 4) 2, hidrogenofosfat de hafniu - un precipitat alb, solubil în acizi sulfuric și fluorhidric. Se obține 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 profită de capacitatea de captare a neutronilor a hafniului, 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 eliberarea foarte scăzută de gaz (heliu, hidrogen) atunci când borul „se arde”.
Oxidul de hafniu este utilizat în optică datorită stabilității sale la temperatură (p.t. 2780 °C) și indicelui de refracție foarte ridicat. O zonă semnificativă a consumului de hafniu este producția de clase speciale de sticlă pentru produse cu fibră optică, precum și pentru producția 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 de aplicare 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 (p.t. 3960 °C) și este utilizat pentru producerea duzelor pentru 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 utilizat pentru fabricarea de catozi pentru tuburi radio de mare putere și tunuri cu electroni. În același timp, această calitate, alături de punctul său de topire ridicat, permite 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. Rezistența 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 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 este redusă 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.
Un strat compozit foarte rezistent la uzură și dur pe bază de hafniu și diborură de nichel a fost dezvoltat 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 utilizate în construcțiile navale (producția de piese pentru motoare de nave), iar aliarea nichelului cu hafniu nu numai că crește rezistența și rezistența la coroziune, dar îmbunătățește dramatic sudarea și rezistența sudurilor.
Carbură de tantal-hafniu. Adăugarea de hafniu la tantal crește dramatic rezistența acestuia la oxidare în aer (rezistență la căldură) datorită formării unei pelicule dense și impenetrabile de oxizi complecși la suprafață și, în plus, această peliculă de oxid este foarte rezistentă la schimbările termice ( 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-tantal pentru duze de rachetă conține până la 20% hafniu. De asemenea, trebuie remarcat faptul că există un mare efect economic atunci când se utilizează aliajul de hafniu-tantal pentru producerea de electrozi pentru tăierea cu aer-plasmă și cu flacără de oxigen a metalelor. Experiența cu utilizarea 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 hafniu pur.
Aliarea cu hafniu întărește dramatic multe aliaje de cobalt, care sunt foarte importante în construcția de turbine, industria petrolului, chimică și alimentară.
Hafniul este folosit în unele aliaje pentru magneți permanenți de rezistență grea din pământuri rare (în special 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 super-rezistente cu o dimensiune a granulelor metalice de 40-50 nm. În acest caz, nu numai aliajul este întărit, dar se obține și o alungire relativă semnificativă și rezistența la forfecare și la torsiune este crescută, precum și rezistența la vibrații este îmbunătățită.
Constantele dielectrice ridicate bazate pe oxidul de hafniu vor înlocui oxidul de siliciu tradițional în microelectronică în următorul deceniu, permițând densități mult mai mari de elemente în cipuri. Din 2007, dioxidul de hafniu a fost utilizat în procesoarele Intel Penryn de 45 nm. Siliciura de hafniu este, de asemenea, utilizat ca dielectric cu constantă dielectrică ridicată în electronică. Aliajele de hafniu și scandiu sunt folosite în microelectronică pentru a produce filme rezistive cu proprietăți speciale.
Hafniul este folosit pentru a produce oglinzi cu raze X multistrat de înaltă calitate.

Aplicații promițătoare

Tabelul periodic al elementelor chimice de D. I. Mendeleev

Uut

Extras care caracterizează Hafniul

Era aceeași cu care o cunoscuse aproape de copil și apoi ca mireasa prințului Andrei. O licărire veselă, întrebătoare, strălucea în ochii ei; pe chipul ei era o expresie blândă și ciudat de jucăușă.
Pierre a luat cina și ar fi stat acolo toată seara; dar prințesa Marya mergea la priveghiul de toată noaptea și Pierre a plecat cu ei.
A doua zi, Pierre a sosit devreme, a luat cina și a stat acolo toată seara. În ciuda faptului că prințesa Marya și Natasha au fost în mod evident mulțumite de oaspete; în ciuda faptului că întregul interes al vieții lui Pierre era acum concentrat în această casă, până seara discutaseră totul, iar conversația se muta constant de la un subiect nesemnificativ la altul și era adesea întreruptă. Pierre a stat atât de târziu în seara aceea încât prințesa Marya și Natasha s-au uitat una la alta, așteaptă evident să vadă dacă va pleca în curând. Pierre a văzut asta și nu a putut să plece. Se simțea greu și stânjenit, dar a rămas așezat pentru că nu se putea ridica și pleca.
Prințesa Marya, 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 Sankt Petersburg mâine? – spuse ok.
— Nu, nu mă duc, spuse Pierre grăbit, surprins și parcă ofensat. - Nu, la Sankt Petersburg? Mâine; Doar că nu-mi iau rămas bun. „Voi veni pentru comisii”, a spus el, stând în fața prințesei Marya, roșind și fără să plece.
Natasha i-a dat mâna și a plecat. Prințesa Marya, dimpotrivă, în loc să plece, se lăsă pe un scaun și se uită sever și atent la Pierre cu privirea ei strălucitoare și adâncă. Oboseala pe care evident o manifestase înainte dispăruse acum complet. Ea respiră adânc, 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 animație emoționată. A mutat repede scaunul foarte aproape de prințesa Marya.
„Da, asta am vrut să-ți spun”, a spus el, răspunzându-i privirii ca prin cuvinte. - Prințesă, ajută-mă. Ce ar trebuii să fac? Pot să sper? Prințesă, prietene, ascultă-mă. stiu totul. Știu că nu sunt demn de ea; 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, aici”, a continuat el, aparent făcându-și un efort pentru a vorbi coerent. „Nu știu de când o iubesc.” Dar am iubit-o doar pe ea, doar una, toată viața 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 avea speranță? Spune-mi ce ar trebui să fac? „Dragă prințesă”, a spus el, după ce a tăcut o vreme și i-a atins mâna, deoarece ea nu a răspuns.
„Mă gândesc la ce mi-ai spus”, a răspuns Prințesa Marya. - O să-ți spun ce. Ai dreptate, ce să-i spun acum despre dragoste... - Prințesa se opri. Ea a vrut să spună: acum este imposibil să-i vorbesc despre dragoste; dar s-a oprit pentru că pentru a treia zi a văzut din schimbarea bruscă a Natașei că nu numai că Natasha nu ar fi jignită dacă Pierre și-ar exprima dragostea față de ea, dar că asta era tot ce și-a dorit.
„Este imposibil să-i spun acum”, a spus Prințesa Marya.
- Dar ce ar trebui să fac?
„Încredințează-mi asta”, a spus Prințesa Marya. - Știu…
Pierre se uită în ochii prințesei Marya.
„Păi, bine...”, a spus el.
„Știu că iubește... te va iubi”, s-a corectat prințesa Marya.
Înainte de a avea timp să spună aceste cuvinte, Pierre a sărit în sus și, cu o față înspăimântată, o apucă de mână pe prințesa Marya.
- De ce crezi asta? Crezi că pot spera? crezi?!
„Da, cred că da”, a spus prințesa Marya zâmbind. - Scrie-le părinților tăi. Și instruiește-mă. Îi voi spune când va fi posibil. Îmi doresc asta. Și inima mea simte că asta se va întâmpla.
- Nu, asta nu poate fi! Ce fericit sunt! Dar asta nu poate fi... Ce fericit sunt! Nu, nu se poate! - spuse Pierre, sărutând mâinile prințesei Marya.
– Te duci la Sankt Petersburg; asta e mai bine. „Și îți voi scrie”, a spus ea.
- La Sankt Petersburg? Conduce? Bine, da, să mergem. Dar pot veni mâine la tine?
A doua zi Pierre a venit să-și ia rămas bun. Natasha era mai puțin animată decât în zilele precedente; dar în această zi, uitându-se uneori în ochii ei, Pierre simțea că el dispare, că nici el, nici ea nu mai era, dar nu mai era decât un sentiment de fericire. „Serios? Nu, nu se poate”, și-a spus el cu fiecare privire, gest și 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.
„Această mână, această față, acești ochi, toată această comoară extraterestră a farmecului feminin, vor fi toate pentru totdeauna ale mele, familiare, la fel cum sunt pentru mine? Nu, este imposibil!...”
— La revedere, conte, îi spuse ea cu voce tare. — Te voi aștepta, a adăugat ea în șoaptă.
Și acestea cuvinte simple, privirea și expresia feței care i-au însoțit, timp de două luni au format subiectul 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 foarte mult. Oh, ce fericit sunt! Ce este asta, ce fericit sunt!” - îşi spuse Pierre.

În sufletul lui Pierre acum nimic nu se întâmpla asemănător cu ceea ce s-a întâmplat în el în circumstanțe similare în timpul potrivirii sale cu Helen.
Nu a repetat, ca atunci, cu o rușine dureroasă cuvintele pe care le rostise, nu și-a spus: „Oh, 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. Nu mai era nici măcar o umbră de îndoială dacă ceea ce întreprinsese era bine sau rău. Numai o singură îndoială teribilă îi trecea uneori prin minte. Nu este totul într-un vis? Prințesa Marya s-a înșelat? Sunt prea mândru și arogant? eu cred; și deodată, așa cum ar trebui să se întâmple, prințesa Marya îi va spune, iar ea va zâmbi și va răspunde: „Ce ciudat! Probabil s-a înșelat. Nu știe el că el este un bărbat, doar un bărbat, și eu?... Eu sunt complet diferit, mai înalt.”
Numai că această îndoială îi trecea adesea prin minte lui Pierre. De asemenea, nu și-a făcut niciun plan acum. Fericirea iminentă i s-a părut atât de incredibilă încât, de îndată ce s-a întâmplat, nu se putea întâmpla nimic. Totul se terminase.
O nebunie veselă, neașteptată, de care Pierre se considera incapabil, a pus stăpânire pe el. Întregul sens al vieții, nu numai pentru el, ci pentru întreaga lume, i se părea că stă doar în dragostea lui și în posibilitatea iubirii ei pentru el. Uneori, toți oamenii i se păreau ocupați de un singur lucru - fericirea lui viitoare. Uneori i se părea că toți erau la fel de fericiți ca și el și nu încercau decât să ascundă această bucurie, prefăcându-se că sunt ocupați cu alte interese. În fiecare cuvânt și mișcare vedea indicii ale fericirii sale. A surprins adesea oamenii care l-au întâlnit cu privirea lui semnificativă, fericită și zâmbetele care exprimau acordul secret. Dar când și-a dat seama că oamenii s-ar putea să nu știe despre fericirea lui, ia părut rău pentru ei din toată inima și a simțit dorința de a le explica cumva că tot ce făceau ei erau complet prostii și fleacuri, care nu merită atenție.
Când i s-a oferit să slujească sau când s-au discutat despre probleme generale, de stat și de război, presupunând că fericirea tuturor oamenilor depindea de cutare sau cutare rezultat al unui astfel de eveniment, el asculta cu un zâmbet blând, plin de compasiune și surprindea poporul. 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 său, cât și acei nefericiți care evident nu au înțeles acest lucru - toți oamenii din această perioadă i s-au părut într-o lumină atât de strălucitoare a simțind strălucind în el că fără cel mai mic efort, el imediat, întâlnind orice persoană, a văzut în el tot ce era bun și demn de iubire.
Uitându-se la afacerile și actele regretatei sale soții, el nu simțea 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 le-a făcut despre oameni și împrejurări în această perioadă de timp au rămas adevărate pentru el pentru totdeauna. Nu numai că nu a renunțat ulterior la aceste puncte de vedere asupra oamenilor și lucrurilor, ci, dimpotrivă, în îndoielile și contradicțiile interne a recurs la viziunea pe care o avea în acest moment de nebunie, iar această viziune s-a dovedit întotdeauna a fi corectă.
„Poate”, gândi el, „am părut ciudat și amuzant atunci; dar atunci nu eram atât de nebun pe cât părea. Dimpotrivă, atunci eram mai deștept și mai perspicace decât oricând 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-a numit meritele oamenilor, pentru a-i iubi, ci dragostea i-a umplut inima, iar el, iubind oamenii fără motiv, a găsit neîndoielnic. motive pentru care a meritat să-i iubească.

Din acea prima seară, când Natasha, după plecarea lui Pierre, i-a spus prințesei Marya cu un zâmbet de bucurie batjocoritoare că este cu siguranță, ei bine, cu siguranță de la baie, și în redingotă și tuns, din acel moment ceva ascuns și necunoscut. pentru ea, dar irezistibil, s-a trezit în sufletul Natașei.
Totul: chipul, mersul, privirea, vocea - totul s-a schimbat brusc în ea. Neașteptate pentru ea, puterea vieții și 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 mai fost frică să facă planuri vesele pentru viitor. Ea a vorbit puțin despre Pierre, dar când prințesa Marya l-a menționat, o sclipire de mult stinsă s-a aprins în ochii ei și buzele i s-au încrețit cu un zâmbet ciudat.
Schimbarea care a avut loc la Natasha a surprins-o la început pe Prințesa Marya; dar când i-a înțeles sensul, această schimbare a supărat-o. „Chiar și-a iubit fratele atât de puțin încât să-l poată uita atât de repede”, a gândit prințesa Marya când a gândit singură la schimbarea care a avut loc. Dar când era cu Natasha, nu era supărată pe ea și nu i-a reproșat. Forța trezită a vieții care a cuprins-o pe Natasha era evident atât de incontrolabilă, atât de neașteptată pentru ea, încât prințesa Marya, în prezența Natașei, a simțit că nu are dreptul să-i reproșeze nici măcar în sufletul ei.
Natasha s-a predat noului sentiment cu atât de complet și sincer, încât nici nu a încercat să ascundă faptul că nu mai era tristă, ci veselă și veselă.
Când, după o explicație de noapte cu Pierre, prințesa Marya s-a întors în camera ei, Natasha a întâlnit-o în prag.
- A spus el? Da? El a spus? – repetă ea. Pe chipul Natașei s-a așezat atât o expresie veselă, cât și în același timp jalnică, cerând iertare pentru bucuria ei.
– Am vrut să ascult la uşă; dar știam ce-mi vei spune.
Oricât de înțeles, oricât de emoționantă era privirea cu care Natasha o privea pentru Prințesa Marya; oricât de rău îi părea să-și vadă entuziasmul; dar cuvintele Natașei au jignit-o la început pe Prințesa Marya. Și-a amintit de fratele ei, de iubirea lui.
„Dar ce putem face? ea nu poate face altfel”, se gândi prințesa Marya; și cu o față tristă și oarecum severă, i-a spus Natașei tot ce îi spusese Pierre. Auzind că merge la Sankt Petersburg, Natasha a rămas uimit.
- La Sankt Petersburg? – repetă ea, de parcă n-ar fi înțeles. Dar, uitându-se la expresia tristă de pe chipul Prințesei Marya, ea a ghicit motivul tristeții ei și a început brusc să plângă. „Marie”, a spus ea, „învață-mă ce să fac”. Mi-e frică să nu fiu rău. Orice vei spune, voi face; invata-ma...
- Îl iubești?
— Da, șopti Natasha.
-Despre ce plangi? „Sunt fericită pentru tine”, a spus Prințesa Marya, după ce i-a iertat complet bucuria Natașei pentru aceste lacrimi.
— Nu va fi curând, într-o zi. Gândește-te ce fericire va fi când voi deveni soția lui și te vei căsători cu Nicolas.
– Natasha, te-am rugat să nu vorbești despre asta. Vom vorbi despre tine.
Au tăcut.
- Dar de ce să mergi la Sankt Petersburg! - spuse deodată Natasha, iar ea și-a răspuns repede: - Nu, nu, așa trebuie să fie... Da, Marie? asa ar trebui sa fie...

Au trecut șapte ani de la al 12-lea an. Marea istorică tulbure a Europei s-a instalat pe țărmurile sale. Părea liniștit; dar forțele misterioase care mișcă omenirea (misterioase pentru că legile care îi determină mișcarea ne sunt necunoscute) au continuat să funcționeze.
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 conexiuni umane; au fost pregătite motivele formării şi dezintegrarii statelor şi mişcărilor popoarelor.
Marea istorică, nu ca înainte, era îndreptată de rafale de la un mal la altul: clocotea în adâncuri. Personajele istorice, nu ca înainte, s-au repezit în valuri de pe un mal pe altul; acum păreau să se învârtească într-un singur loc. Personalități istorice, care înainte în fruntea trupelor reflectau mișcarea maselor cu ordine de războaie, campanii, bătălii, reflectau acum mișcarea clocotită cu considerații politice și diplomatice, legi, tratate...
Istoricii numesc această activitate a figurilor istorice reacție.
Descriind activitățile acestor personaje istorice, care, în opinia lor, au fost cauza a ceea ce ei numesc reacția, istoricii le condamnă cu strictețe. Toate oameni celebri din acea vreme, de la Alexandru şi Napoleon până la m. Stael, Photius, Schelling, Fichte, Chateaubriand etc., trec în faţa judecăţii lor stricte şi sunt achitaţi sau condamnaţi, în funcţie de faptul că au contribuit la progres sau la reacţie.
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, conform descrierilor lor, a fost principalul vinovat al inițiativelor liberale ale domnia lui şi mântuirea Rusiei.
În literatura rusă adevărată, de la un elev de liceu la un istoric învățat, nu există o persoană care să nu-și arunce propria pietricică în Alexandru I pentru acțiunile sale greșite în această perioadă a domniei sale.
„Ar fi trebuit să facă asta și asta. În acest caz s-a comportat bine, în acest caz a procedat prost. S-a purtat bine la începutul domniei sale și în timpul anului 12; dar a procedat rău dând o constituție Poloniei, făcând Sfânta Alianță, dând putere lui Arakcheev, încurajând Golitsyn și misticismul, apoi încurajând Șișkov și Fotius. A făcut ceva greșit fiind implicat în partea din față a armatei; a procedat rău prin distribuirea regimentului Semionovski etc.”
Ar fi necesar să umple zece pagini pentru a enumera toate reproșurile pe care i le fac istoricii pe baza cunoașterii binelui umanității pe care le posedă.
Ce înseamnă aceste reproșuri?
Însuși acțiunile pentru care istoricii îl aprobă pe Alexandru I, precum: inițiativele liberale ale domniei sale, lupta împotriva lui Napoleon, fermitatea de care a dat dovadă în anul 12 și campania anului 13, nu provin din aceleași surse. - condițiile de sânge, educație, viață, care au făcut din personalitatea lui Alexandru ceea ce era - din care decurg acele acțiuni pentru care istoricii îl învinovățin, cum ar fi: Sfânta Alianță, restaurarea Poloniei, reacția anilor 20?
Care este esența acestor reproșuri?
Faptul că o astfel de persoană istorică ca Alexandru I, o persoană care s-a aflat la cel mai înalt nivel posibil al puterii umane, se află, parcă, în centrul luminii orbitoare a tuturor razelor istorice concentrate asupra lui; o persoană supusă acelor influențe cele mai puternice din lumea intrigii, înșelăciunii, lingușirii, amăgirii de sine, care sunt inseparabile de putere; un chip care a simțit, în fiecare minut al vieții sale, responsabilitatea pentru tot ce s-a întâmplat în Europa, și un chip care nu este fictiv, ci care trăiește, ca fiecare persoană, cu propriile obiceiuri personale, pasiuni, aspirații spre bine, frumos, adevăr - că acest chip, acum cincizeci de ani, nu numai că nu era virtuos (istoricii nu-l învinuiesc pentru asta), dar nu avea acele opinii pentru binele umanității pe care le are acum un profesor, care s-a angajat în știință dintr-un vârstă fragedă, adică citirea cărților, prelegerile și copierea acestor cărți și prelegeri într-un singur caiet.
Dar chiar dacă presupunem că Alexandru I în urmă cu cincizeci de ani a greșit în viziunea sa despre binele popoarelor, trebuie să presupunem involuntar că istoricul care îl judecă pe Alexandru, în același mod, după un timp, se va dovedi a fi nedrept în vedere la asta, care este binele umanității. 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 umanității; astfel încât ceea ce părea bine să apară după zece ani drept rău; si invers. Mai mult, în același timp găsim în istorie vederi complet opuse asupra a ceea ce a fost rău și a ceea ce a fost bine: unii își asumă meritul pentru constituția dată Poloniei și Sfintei Alianțe, alții ca un reproș lui Alexandru.
Despre activitățile lui Alexandru și Napoleon nu se poate spune că au fost utile sau dăunătoare, pentru că nu putem spune pentru ce sunt utile și pentru ce sunt 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. Mi se pare bine să păstrez casa tatălui meu din Moscova în 12, sau gloria trupelor rusești, sau prosperitatea Sankt-Petersburgului și a altor universități, sau libertatea Poloniei, sau puterea Rusiei, sau echilibrul a Europei, sau un anumit fel de iluminism european - progres, trebuie să recunosc că activitatea fiecărei figuri istorice avea, pe lângă aceste scopuri, alte scopuri, mai generale, care îmi erau inaccesibile.
Dar să presupunem că așa-zisa știință are capacitatea de a reconcilia toate contradicțiile și are o măsură neschimbătoare de bine și rău pentru persoanele și evenimentele istorice.
Să presupunem că Alexandru ar fi putut face totul altfel. Să presupunem că el ar putea, după ordinele celor care îl acuză, pe cei care mărturisesc cunoștință scopul final mișcarea umanității, să dispună de ea conform programului de naționalitate, libertate, egalitate și progres (nu pare să fie altul) pe care i l-ar fi dat actualii acuzatori. Să presupunem că acest program a fost posibil și elaborat și că Alexandru va acționa în conformitate cu acesta. Ce s-ar întâmpla atunci cu activitățile tuturor acelor oameni care s-au opus direcției de atunci a guvernului – cu activități care, după părerea istoricilor, erau bune și utile? Această activitate nu ar exista; nu ar exista viață; nu s-ar fi întâmplat nimic.
Dacă presupunem că viața umană poate fi controlată de rațiune, atunci posibilitatea vieții va fi distrusă.

Dacă presupunem, așa cum fac istoricii, că oamenii mari conduc omenirea la atingerea anumitor scopuri, care constau fie în măreția Rusiei sau a Franței, fie în echilibrul Europei, fie în răspândirea ideilor de revoluție, fie în progresul general, sau orice ar fi, este imposibil de explicat fenomenele istoriei fără conceptele de hazard și geniu.

5. Aplicare

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

Ingineria nucleară profită de capacitatea hafniului de a capta neutroni, iar aplicațiile sale în industria nucleară includ producția de tije de control, ceramică specială și sticlă. O caracteristică și un avantaj al diborurii de hafniu este degajarea foarte scăzută de gaz atunci când borul „arde”.
Oxidul de hafniu este utilizat în optică datorită stabilității temperaturii și indicelui de refracție foarte ridicat. O zonă semnificativă a consumului de hafniu este producția de clase speciale de sticlă pentru produse cu fibră optică, precum și pentru producția de produse optice deosebit de de înaltă calitate, acoperiri cu oglindă, inclusiv pentru dispozitive de vedere pe timp de noapte și camere termice. Fluorura de hafniu are un domeniu de aplicare similar.
Carbura și borura de hafniu 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 și este folosit pentru a produce duze pentru rachete spațiale și unele elemente structurale ale motoarelor nucleare cu reacție în fază gazoasă.
Hafniul se distinge printr-o funcție de lucru relativ scăzută a electronilor și, prin urmare, este utilizat pentru fabricarea de catozi pentru tuburi radio de mare putere și tunuri cu electroni. În același timp, această calitate, alături de punctul său de topire ridicat, permite utilizarea hafniului pentru producerea de electrozi pentru sudarea metalelor în argon și în special electrozi pentru sudarea oțelului cu conținut scăzut de carbon în dioxid de carbon. Rezistența 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, de asemenea, folosit ca un catod eficient cu o funcție de lucru scăzută.
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 este redusă 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.
A fost dezvoltat un strat compozit foarte rezistent la uzură și a fost folosit de mult timp pe baza de hafniu și diborură de nichel.
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, iar aliarea nichelului cu hafniu nu numai că îi crește rezistența și rezistența la coroziune, dar și îmbunătățește dramatic sudabilitatea și rezistența sudurilor.
Adăugarea de hafniu la tantal crește dramatic rezistența acestuia la oxidare în aer datorită formării unei pelicule dense și impenetrabile de oxizi complecși la suprafață și, în plus, această peliculă de oxid este foarte rezistentă la schimbările termice. Aceste proprietăți au făcut posibilă crearea unor aliaje foarte importante pentru tehnologia rachetelor. Unul dintre cele mai bune aliaje de hafniu-tantal pentru duze de rachetă conține până la 20% hafniu. De asemenea, trebuie remarcat faptul că există un mare efect economic atunci când se utilizează aliajul de hafniu-tantal pentru producerea de electrozi pentru tăierea cu aer-plasmă și cu flacără de oxigen a metalelor. Experiența cu utilizarea unui astfel de aliaj a arătat o durată de viață de 9 ori mai mare în comparație cu hafniul pur.
Aliarea cu hafniu întărește dramatic multe aliaje de cobalt, care sunt foarte importante în construcția de turbine, industria petrolului, chimică și alimentară.
Hafniul este folosit în unele aliaje grele magneți permanenți bazat pe pământuri rare.
Un aliaj de carbură de hafniu și carbură de tantal este cel mai refractar aliaj. În plus, există indicii individuale 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 super-rezistente cu o dimensiune a granulelor metalice de 40-50 nm. În acest caz, nu numai aliajul este întărit, dar se obține și o alungire relativă semnificativă și rezistența la forfecare și la torsiune este crescută, precum și rezistența la vibrații este îmbunătățită.
Constantele dielectrice ridicate bazate pe oxidul de hafniu vor înlocui oxidul de siliciu tradițional în microelectronică în următorul deceniu, permițând densități mult mai mari de elemente în cipuri. Din 2007, dioxidul de hafniu a fost utilizat în procesoarele Intel Penryn de 45 nm. Siliciura de hafniu este, de asemenea, utilizat ca dielectric cu constantă dielectrică ridicată în electronică. Aliajele de hafniu și scandiu sunt folosite în microelectronică pentru a produce filme rezistive cu proprietăți speciale.
Hafniul este folosit pentru a produce oglinzi cu raze X multistrat de înaltă calitate.

Aplicații promițătoare

Nucleele metastabile de hafniu-178m2 conțin energie în exces care poate fi eliberată de influența externă asupra nucleului, iar acest efect poate fi folosit pentru a proiecta un sistem sigur. arme nucleare. Energia eliberată de 1 gram de hafniu-178m2 corespunde aproximativ la 50 kg de TNT. Izomerul metastabil al hafniului poate fi folosit pentru a „pompa” lasere compacte în scopuri militare.

Utilizarea pașnică a acestui izotop nuclear este interesantă deoarece poate fi folosit ca o sursă puternică de raze gamma, permițând ajustarea dozei de radiație, o sursă de energie pentru transport și un acumulator de energie foarte încăpător.

Principala problemă cu utilizarea hafniului-178m2 este dificultatea producerii acestui izomer nuclear. În același timp, este un produs comun al unei centrale nucleare. Funcționarea așa-numitului „ciclu al hafniului” și extinderea sectorului hafniului vor crește pe măsură ce utilizarea hafniului pentru controlul reactorului crește. Pe măsură ce izomerul se acumulează în țările cu o industrie nucleară dezvoltată, va avea loc apariția „energiei hafniului”.

Dezvoltarea așa-numitei „bombe cu hafniu” bazată pe izomerul Hf a fost realizată de agenția DARPA între 1998 și 2004. Cu toate acestea, chiar și utilizarea surselor radiații cu raze X puterea mare nu ne-a permis să detectăm efectul dezintegrarii induse. În 2005, s-a demonstrat că folosind tehnologiile existente în prezent, eliberarea de energie în exces din miezul de hafniu-178m2 nu este posibilă.

Citirea acestui articol va permite cititorului să afle ce este hafniul (un element chimic), a cărui utilizare este utilizată pe scară largă de către om în multe domenii ale activității sale. Proprietățile chimice și natura fizica substanțele, metodele de extracție și localizarea pe planetă vor fi luate în considerare scurtă istorie deschiderea acestui element.

Ce este hafniul

Hafniul este un element chimic din tabelul periodic. Situat în a patra grupă, a șasea perioadă, număr atomic este egal cu șaptezeci și doi. Aparține unui tip simplu de substanță, are densitate mare și refractaritate, culoarea metalului este alb-argintiu. Hafniul poate exista în două modificări. Sub influența unei temperaturi de aproximativ 2016 Kelvin, rețeaua hexagonală, suferind modificări alotropice, se transformă în starea unei rețele cubice centrate pe corp, la temperatura camerei, are o rețea cristalină de sistem hexagonal.

Din istoria descoperirii elementului

Elementul a fost descoperit în 1923 de György de Hechevy și Koster Dirk. Ei au putut prezice valența și diferitele caracteristici calitative ale hafniului, pe baza concluziilor lui N. Bohr, care, la rândul său, a analizat opera francezului J. Urbain, care credea că a descoperit celtium, un element nou. Cu toate acestea, mai târziu s-a dovedit că celtium era un amestec dintr-o cantitate mică de hafniu cu lutețiu și itterbiu.

Niels Bohr, studiind această lucrare și folosind calcule mecanice cuantice în lucrarea sa, a demonstrat că hafniul este un analog al elementului numărul 71 din PTCE, și anume zirconiul. Gyorgy de Hechevy și Koster Dirk au anunțat descoperirea noului element hafniu, numit după orașul în care a fost făcută descoperirea, după ce au analizat în mod repetat zirconii din Norvegia și Groenlanda folosind tehnici spectrale de raze X. Descoperirea asemănării liniilor de raze X a permis oamenilor de știință să anunțe descoperirea unui nou element X.

Metode de obținere și rezerve mondiale

Hafniul se găsește în scoarța terestră, dar nu are propriul său mineral și, prin urmare, este un „însoțitor” al zirconiului. Cantitatea de Hf din minereuri este de aproximativ 2,5%, iar producția anuală este de aproximativ șaptezeci de tone. Hafniul este o substanță destul de scumpă, principalele sale locații sunt concentrate în Australia, Africa de Sud, SUA, India și Brazilia. Dispunerea tarilor in ordinea listarii corespunde locurilor din punct de vedere al cantitatii de Hf prezente in tara. De asemenea, merită menționat faptul că Rusia și Ucraina au rezerve destul de mari din acest metal, a cărui cantitate principală este concentrată în zirconiu, loparit și baddeleyit.

Caracteristici fizice

Parte proprietăți fizice hafniul a fost menționat mai sus. Putem adăuga la ei că acesta este un metal care, atunci când capătă o stare fin dispersată, devine aproape negru. Se topește la 2233 grade Celsius, fierberea începe la 4603 o C. Secțiunea transversală pentru captarea neutronilor termici este foarte mare. Zirconiul, spre deosebire de hafniu, are un nivel de secțiune transversală care este cu trei ordine de mărime mai slab. În timp ce absorbția de Hf este de 115 bari, cea a zirconiului este de numai aproximativ 0,2 bari. Hafniul are un nivel similar de capacitate termică cu germaniul (Ge) și este anormal. Capacitatea termică de vârf este de 60-80 Kelvin. Acest lucru nu poate fi explicat prin nicio teorie legată de forțele Hookean, din cauza incapacității funcției de suprapunere Einstein de a furniza o curbă cu un maxim.

Proprietăți chimice

Hafniul are o rezistență x mult mai puternică decât cea a zirconiului similar. Metalul în sine are o inerție destul de mare, care este asociată cu o peliculă de oxizi pasivi care se formează pe hafniu. Hf se dizolvă cel mai bine în acid fluorhidric, un amestec de acid fluorhidric cu acizi azotici oh și în acva regia. La temperaturi ridicate arde în oxigen, iar în aer liber începe să se oxideze. Poate intra în reacții x cu halogeni. Are caracter.

Compuși ai Hf di-, tri- și tetravalent

Pentru un element dat, valoarea valenței este variabilă și, în conformitate cu diferitele valori ale numărului de posibile legături x, există mai multe cele mai importante conexiuni hafniu cu alte substanțe.

Dibromura de hafniu bivalentă are o culoare verde închis. La o temperatură de 400 de grade Celsius, procesul de descompunere începe cu formarea Hf și HfBr4. În industrie, HfBr3 este extras prin disproporționare în vid sub influență termică.

Hf trivalent este reprezentat de tribromura (HfBr3) - este o substanță negru-albastru, destul de tare. Sub influența unei temperaturi de 400 de grade Celsius, tetrabrombiții și dibromurile de hafniu încep să se disproporționeze în două componente. Metoda de producție presupune reducerea HfBr4 prin încălzire în hidrogen, eventual cu adaos de aluminiu.

Compușii hafniului tetravalent includ un număr destul de mare de compuși, și anume HfO2 - dioxidul său, precum și un hidroxid cu formula x Hf(OH)4. Există, de asemenea, tetraclorură de hafniu (HfCl4), tetrafluorură (HfF4), tetraiodură (HfI4) și tetrabomidă de hafniu menționată mai sus (HfBr), precum și hidrofosfați de hafniu (Hf(HPO4)2).

Utilizare în viața de zi cu zi și în legătură cu medicina

Hafniul își găsește aplicarea în multe domenii ale activității umane. Acest lucru se datorează numeroaselor calități care îl fac un material de neînlocuit, o substanță în multe ramuri ale industriei umane, afacerilor militare și chiar din industria nucleară.

Deci, cum se folosește hafniul? Aplicarea în medicină este una dintre numeroasele opțiuni în care puteți utiliza proprietățile acestui metal. Deoarece carburile Hf sunt ultra-rezistente și practic non-corozive, pot fi folosite pentru a face obiecte de tăiere folosite de medici și sunt, de asemenea, folosite la fabricarea oglinzilor cu raze X.

Un element cu proprietăți excepționale atât de natură chimică cât și fizică este hafniul. Este folosit în viața de zi cu zi ca material în fabricarea echipamentelor radio, tuburilor radio și tuburilor de televiziune. Este utilizat pe scară largă în industria metalurgică pentru a oferi altor metale proprietăți fizice, tehnice și mecanice mai bune. Hafniul este, de asemenea, folosit în inginerie mecanică, dar este rar folosit din cauza deficitului său și a utilizărilor mai importante.

Utilizarea hafniului în ambarcațiunile militare

Cum altfel poate fi folosit hafniul? Utilizarea în arme este un alt domeniu al activității umane în care acest element nu poate fi evitat. Oxizii, siliciurile, borurile și carburile de hafniu sunt compuși extrem de refractari, din acest motiv pot fi utilizați în ambarcațiunile militare ca înveliș protector. De asemenea, este extrem de rezistent la temperaturi ridicate, permițând folosirea Hf și a compușilor săi pentru a produce piese pentru avioane de mare viteză și rachete, inclusiv pentru spațiu.

Din 1998, au fost făcute încercări de a crea o „bombă cu hafniu” bazată pe izomerul de 187 m2Hf. Dar, ca rezultat al cercetărilor și testării, ideea s-a dovedit a fi insuportabilă, acest lucru se datorează incapacității, cu tehnologiile actuale, de a obține eliberarea de energie în exces din miezul unui izomer dat.

Alte aplicații ale elementului Hf

În energia nucleară, alături de zonele mai sus menționate, dar în cantități și mai mari, se folosește și hafniul. Unde este folosit acest metal? Datorită proprietăților sale de captare a neutronilor, Hf este folosit pentru a face tije de control, sticlă specializată și ceramică.

Hafniul are o funcție de lucru relativ scăzută a electronilor (3,53 eV) și din acest motiv poate fi utilizat în producția de catozi și tunuri de electroni. Borurile și carburile de hafniu pot fi găsite în motoarele cu reacție nucleare în fază gazoasă, sau mai precis în unele elemente structurale.

Hafniul este folosit chiar și la fabricarea generatoarelor electrice termoionice și se găsește adesea în motoarele cu ioni. Pe baza HfO2 se creează dielectrici care au nivel înalt constantă dielectrică. În viitor, se plănuiește înlocuirea familiarului oxid de siliciu din microelectronică cu oxid de HfO2. Această înlocuire va îmbunătăți densitatea elementelor din cip.

În concluzie, putem spune că hafniul, care este folosit în multe industrii activitatea umană, de la viața de zi cu zi la militar și nuclear, este un element extrem de important. Acesta este un metal foarte popular și însoțește întotdeauna zirconiul în natură. Raritatea sa și caracteristicile sale unice de calitate îl fac destul de scump.

Element chimic hafniu a fost deschis relativ recent. La începutul secolului al XX-lea, Dirk Koster și Gyorgy 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 înaltă puritate. Ce este acest element și de ce este necesar?

Descrierea și proprietățile hafniului

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

Există șase izotopi ai hafniului în natură, numărul lor de masă variază de la 174 la 180, unul dintre ei prezintă proprietăți radioactive. Formula electronica hafnie 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 forma sa pură, solidă, hafniul este un metal alb-argintiu cu o strălucire caracteristică 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. Hafniul are o dependență puternică de puritate și de modul în care a fost procesat. Dacă un metal conține impurități de oxigen, carbon sau azot, el devine fragil.

Arderea ajută la restabilirea proprietăților originale. În mod normal, modulul elastic 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 este si mai greu de obtinut, avand in vedere ca nu reactioneaza 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 apar ca cristale sau geluri. Formula tipică pentru acești compuși este HfO 2 * xH 2 O. Proprietatea definitorie este amfoteritatea, 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 fluorhidric;

Amestecuri de acizi minerali;

fierbere sulf;

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 hafniu nu există în sensul clasic acest element este rar întâlnit și împrăștiat. Acestea sunt considerate a fi cele care au un clarke, adică un conținut în scoarța terestră mai mic de 0,01-0,001%.

Hafniul apare în natură numai împreună cu zirconiul este chiar numit „umbră”, prin urmare, este prezent în toate mineralele de zirconiu. Minereu de hafniuîn industrie - zircon ZrSiO 4 datorită grad înalt substituirea atomilor de zirconiu cu hafniu (0,5...2%).

Dificultatea de a izola hafniul 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 de topire cu arc. Nu intră aer acolo, iar temperatura crește la 1800°C. Se formează carburi de zirconiu și hafniu, iar siliciul se volatilizează.

Carburele sunt sparte în bucăți și reacționate cu clorul ca gaz într-un cuptor cu arbore la 500°C. Se formează tetracloruri.

Resursele de hafniu din întreaga lume, dacă sunt convertite în dioxid de metal, se ridică la 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 comerciale 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 este în.

Aplicații de hafniu

Aplicația principală a acestui metal este tijele de control pentru reactoare nucleare. A fost încercat pentru prima dată în acest domeniu la începutul anilor 1950.

Motivul principal, conform căruia se foloseste hafniulîn industria nucleară, eficiența tijelor fabricate din acesta practic nu se deteriorează în timp. De asemenea, rezistența ridicată la coroziune în apă la temperaturi ridicate joacă un rol important, nici măcar nu este afectată de radiația de fond.

Aceste proprietăți, precum și rezistența și rezistența la căldură, pot fi crescute prin alierea hafniului și, de exemplu, a zirconiului. Alte zone care folosesc acest metal îl primesc 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. Un alt domeniu important de aplicare pentru hafniu este producția de piese în rachete.

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

Datorită rezistenței ridicate a hafniului la aproape toate substanțele, este utilizat pentru acoperirea dispozitivelor 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 viziune în întuneric sunt acoperite cu metal.

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

Culoarea sa alb-argintiu și culoarea strălucitoare, care nu se estompează, sunt atractive, deși hafniul este înlocuit din cauza prețului ridicat.

Prețul hafniului

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

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

Astfel, chiar și deșeurile metalice costă 176–198 USD per kg. Diferite aliaje au fost estimate la 50–150 de dolari/kg, buretele de hafniu 165–209 de dolari/kg, oxidul la 150, tije de cristal de la 220.

Hafniul de cea mai mare puritate costă până la 330 USD per kg. Acum este mult mai mare, ținând cont de trecerea timpului, inflația și consumul crescut de metale.

Pentru a rezuma, putem spune că hafniu metal destul de rar și scump. Este destul de dificil să-l găsești disponibil pe scară largă. 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.

(masa molara)

Hafniul are două modificări. La temperatura camerei, hafniul are o rețea cristalină compactă hexagonală. La o temperatură de 2016 K, hafniul suferă o transformare alotropică - rețeaua hexagonală se transformă într-o rețea cubică centrată pe corp.

Istoria descoperirii și originea numelui

Pe baza descoperirilor lui Bohr, care i-a prezis proprietățile și valența, în 1923 Dirk Coster și Gyorgy 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 clocotitor cu cele calculate prin legea lui Moseley pentru al 72-lea element a permis cercetătorilor să anunțe descoperirea unui element, pe care l-au numit hafniu în onoarea orașului în care descoperirea a fost făcută (lat. Hafnia – denumirea latină pentru Copenhaga). Disputa despre prioritate care a început după aceasta între J. Urbain, N. Coster și D. Hevesy 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. Din cauza lipsei de minerale proprii în hafniu și a însoțirii sale constante cu zirconiu, se obține prin prelucrarea minereurilor de zirconiu, unde este conținut într-o cantitate de 2,5% din greutatea zirconiului (zirconul conține 4% HfO 2, baddeleyit - 4-6% Hf02). În lume, în medie, se extrag aproximativ 70 de tone de hafniu pe an, iar volumul producției sale este proporțional cu volumul producției de zirconiu. O caracteristică interesantă a mineralului de scandiu este tortveititul: conține mult mai mult hafniu în procente decât zirconiul, iar această circumstanță este foarte importantă atunci când se procesează tortveitite în scandiu și se concentrează hafniul din acesta.

Resurse mondiale de hafniu

Prețurile pentru hafniu 99% în 2007 au fost în medie de 780 USD per kilogram (pe baza materialelor de pe 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 arată 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.

Majoritatea covârșitoare a bazei de resurse de hafniu din țările străine este reprezentată de zircon provenit de la plaserii marini de coastă.

Proprietăți fizice

Izotopi ai hafniului

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

Cei mai importanți compuși chimici

Compuși bivalenți ai hafniului

HfBr 2, dibromura de hafniu, este un solid negru care se autoaprinde în aer. Se descompune la 400 °C în hafniu și tetrabromură de hafniu. Preparat prin disproporționarea tribromurii de hafniu în vid în timpul încălzirii.

Compuși trivalenți ai hafniului

HfBr 3, tribromura de hafniu este un solid negru-albastru. Se disproporționează la 400 °C în dibromură de hafniu și tetrabromură. Preparat prin reducerea tetrabromurei de hafniu prin încălzire în atmosferă de hidrogen sau cu aluminiu metalic.

Compuși cu hafniu tetravalenți

HfO 2, 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, are un caracter mai bazic decât ZrO 2 și prezintă proprietăți catalitice. Se obține prin încălzirea hafniului metalic în oxigen sau prin calcinarea hidroxidului, dioxalatului sau disulfatului de hafniu.
Hf(OH) 4, hidroxidul de hafniu este un precipitat alb care se dizolvă prin adăugarea de alcalii și peroxid de hidrogen pentru a forma peroxohafniați. Se obține prin hidroliza profundă a sărurilor tetravalente de hafniu prin 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. Să ne dizolvăm în apă. Obținut prin descompunerea termică a compusului (NH 4 ) 2 într-un curent de azot la 300 °C.
HfCl 4, tetraclorură de hafniu - pulbere albă, se sublimează la 317 °C. T pl 432 °C. Se obține prin acțiunea clorului asupra hafniului metalic, carbură de hafniu sau un amestec de oxid de hafniu (II) și cărbune.
HfBr 4, tetrabromura de hafniu - cristale incolore. Se sublimează la 322 °C. T pl 420 °C. Se obține 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. Se obține prin reacția hafniului cu iod la 300 °C.
Hf(HPO 4) 2, hidrogenofosfat de hafniu - un precipitat alb, solubil în acizi sulfuric și fluorhidric. Se obține 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 profită de capacitatea de captare a neutronilor a hafniului, iar utilizarea sa în industria nucleară este în producția de tije de control, ceramică de specialitate și sticlă (oxid, carbură, borură, oxocarbură, hafnat de disprosiu, hafnat de litiu). O caracteristică și un avantaj al diborurii de hafniu este eliberarea foarte scăzută de gaz (heliu, hidrogen) atunci când borul „se arde”.
Oxidul de hafniu este utilizat în optică datorită stabilității sale la temperatură (p.t. 2780 °C) și indicelui de refracție foarte ridicat. O zonă semnificativă a consumului de hafniu este producția de clase speciale de sticlă pentru produse cu fibră optică, precum și pentru producția 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 de aplicare 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 (p.t. 3960 °C) și este utilizat pentru producerea duzelor pentru 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 utilizat pentru fabricarea de catozi pentru tuburi radio de mare putere și tunuri cu electroni. În același timp, această calitate, alături de punctul său de topire ridicat, permite 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. Rezistența 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, de asemenea, folosit ca un catod eficient cu o funcție de lucru scăzută.
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 este redusă 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.
Un strat compozit foarte rezistent la uzură și dur pe bază de hafniu și diborură de nichel a fost dezvoltat 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 utilizate în construcțiile navale (producția de piese pentru motoare de nave), iar aliarea nichelului cu hafniu nu numai că crește rezistența și rezistența la coroziune, dar îmbunătățește dramatic sudarea și rezistența sudurilor.
Carbură de tantal-hafniu. Adăugarea de hafniu la tantal crește dramatic rezistența acestuia la oxidare în aer (rezistență la căldură) datorită formării unei pelicule dense și impenetrabile de oxizi complecși la suprafață și, în plus, această peliculă de oxid este foarte rezistentă la schimbările termice ( 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-tantal pentru duze de rachetă conține până la 20% hafniu. De asemenea, trebuie remarcat faptul că există un mare efect economic atunci când se utilizează aliajul de hafniu-tantal pentru producerea de electrozi pentru tăierea cu aer-plasmă și cu flacără de oxigen a metalelor. Experiența cu utilizarea 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 hafniu pur.
Aliarea cu hafniu întărește dramatic multe aliaje de cobalt, care sunt foarte importante în construcția de turbine, industria petrolului, chimică și alimentară.
Hafniul este folosit în unele aliaje pentru magneți permanenți de rezistență grea din pământuri rare (în special 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.
Adăugând 1% hafniu la