ჰაფნიუმი

ჰაფნიუმი არის ქიმიური ელემენტი, რომლის სიმბოლოა Hf, ხოლო ატომური ნომერი - 72. იგი ჭედადი, ვერცხლისფერი ოთხვალენტიანი გარდამავალი მეტალია. ქიმიური თვისებებით ემსგავსება ციკრონიუმს და მოიპოვება ცირკონიუმის შემცველ მინერალებში. მისი არსებობა ჯერ კიდევ 1869 წელს იწინასწარმეტყველა დიმიტრი მენდელეევმა, თუმცა პირველად ინდივიდუალური სახით გამოყოფილი იქნა მხოლოდ 1923 წელს კოსტერისა და ჰევეშის მიერ.

ჰაფნიუმმა დასახელება მიიღო აღმოჩენის ადგილის მიხედვით  Hafnia-დან, რაც ლათინურად კოპენჰაგენს ნიშნავს.

ჰაფნიუმი გამოიყენება სადენებისა და ელექტროდების ინდუსტრიაში. ზოგირთი ნახევარგამყატების ტექნოლოგიური პროცესი იყენებს ჰაფნიუმის ოქსიდს. იგი ასევე  შეიძლება შედიოდეს სპეციალური თვისებების მქონე შენადნობებში სხვა მეტალებთან ერთად.

ისტორია

1869 წელს დიმიტრი მენდელეევმა იწინასწარმეტყველა ელემენტის არსებობა, რომელსაც ტიტანისა და ცირკონიუმის მსგავსი თვისებები უნდა ჰქონოდა. ცირკონიუმის შემცველი ნედლეულის კვლევები აჩვენებდა, რომ იგი ცირკონიუმთან ერთად ასევე შეიცავდა სხვა, მანამდის უცნობ ელემენტს. საბოლოოდ მისი დადასტურება შედგა 1923 წელს დანიაში, კოპენჰაგენში. დირკ კოსტერმა და გეორგ ჰევეშმა ჰაფნიუმი თავისუფალი სახით გამოყვეს.

იზოტოპები

ჰაფნიუმის 34 იზოტოპია ცნობილი, რომელთა ატომური მასებია 153-დან 186-მდე. სტაბილურია 5 იზოტოპი ატომური მასებით 176-დან 180-მდე. რადიოაქტიური იზოტოპების სიცოცხლისუნარიანობა ვარირებს 400 მილიწამიდან (¹⁵³Hf) 2´10¹⁵ წლამდე (უმეტესი სტაბილური იზოტოპებისათვის).

ფიზიკური თვისებები

მეტალური ჰაფნიუმი

ჰაფნიუმის დიოქსიდი

ჰაფნიუმი არის მბრწყინავი, ვერცხლისფერი, ჭედადი, კოროზიამედეგი მეტალი. ალფა ფორმაში გააჩნია ჰექსაგონალური კრისტალური მესერი, რომელიც  2388 K-ზე გადადის მოცულობით-ცენტრირებულ კუბურ ფორმაში.

ჰაფნიუმის ფიზიკური თვისებები დიდად არის დამოკიდებული უმცირესი რაოდენობით არსებულ მინარევებზე (ხშირად, ცირკონიუმი). ამ ორი მეტალის განცალკევება რთული პროცესია მათი ქიმიური თვისებების დიდი მსგავსების გამო.

ამ ორი მეტალის ფიზიკური თვისებებიდან ყველაზე მნიშვნელობანი განსხვავებულობა შეინიშნება სიმკვრივეთა მნიშვნელობებში. ცირკონიუმი დაახლოებით 1.5-ჯერ მძიმეა ჰაფნიუმზე.

გავრცელება

ჰაფნიუმის შემცველობა დედამიწის ქერქში შეადგენს 5.8 მწ-ს.  იგი თავისუფალი სახით არ გვხვდება. ძირითადად მოიპოვება ცირკონიუმთან მყარი ხსნარების სახით ან ცირკონიუმის მინერალებთან ერთად, როგორიცაა მაგალითად ცირკონი ZrSiO₄, რომელშიც დაახლოებით ცირკონიუმის 1-4% ჩანაცვლებულია ჰაფნიუმით.

ცირკონიუმის და შესაბამისად ჰაფნიუმის საბადოები გავრცელებულია ბრაზილიაში, სადაც მოიპოვება მძიმე მინერალური ქვიშების დეპოზიტებისა და პეგმატიტების სახით.

ჰაფნიუმის პოტენციურ საბადოებად შეიძლება  განვიხილოთ ავსტრალიაში გავრცელებული ცირკონიუმ-ჰაფნიუმის სილიკატების შემცველი ტრაქიტული ტუფები (ევდიალიტები) და

ქიმიური თვისებები

ჰაფნიუმის ლანთანიდური აღნაგობის გამო მისი იონური რადიუსი (0.78 ანგსტრემი) თითქმის ისეთივეა, როგიც აქვს ცირკონიუმს. ამიტომ მისი ქიმიური და ფიზიკური თვისებები ძალიან ახლოსაა ცირკონიუმის თვისებებთან.

ჰაფნიუმისათვის დამახასიათებელია არაორგანული ნაერთების წარმოქმნა, რომელშიც იგი +4 ჟანგვით რიცხვს ამჟღავნებს.

მაღალ ტემპერატურაზე იგი ურთიერთქმედებს ჟანგბადთან, აზოტთან, ნახშირბადთან, ბორთან, გოგირდთან და სილიციუმთან. ასევე ცნობილია რამდენიმე ნაერთი, რომელშიც ჰაფნიუმი გვხვდება შედარებით დაბალი ჟანგვითი რიცხვით.

ჰაფნიუმის (IV) ქლორიდი და ჰაფნიუმის (IV) იოდიდი გამოიყენება მეტალური ჰაფნიუმის წარმოებაში და გასუფთავებაში.  ჰაფნიუმის ჰალოგენიდები გამოიყენება ასევე ორგანოჰაფნიუმის ნაერთების მისაღებად.

ჰაფნიუმის  (IV) ოქსიდი (HfO₂) თეთრი კრისტალური ნაერთია. მისი ლღობის ტემპერატურაა  2,812 °C, ხოლო დუღილის - დაახლოებით 5,100 °C. თვისებებით ჰგავს ცირკონიუმის ოქსიდს, თუმცა მცირედ უფრო ფუძეა.

ჰაფნიუმის კარბიდი ერთ-ერთი ყველაზე სითბომედეგი ბინარული ნაერთია.  მისი ლღობის ტემპერატურაა 3890 °C.   ასევე, მეტალთა ნიტრიდებს შორის ყველაზე სითბოდემეგია ჰაფნიუმის ნიტრიდი 3310 °C ლღობის ტემპერატურით. ტანტალისა და ჰაფნიუმის შერეული კარბიდის (Ta₄HfC₅)  ლღობის ტემპერატურაა 3,990 °C, რომელიც დღეისათვის ცნობილ ნივთიერებებს შორის ყველაზე მაღალი მაჩვენებელია.

მიღება

ჰაფნიუმი ძირითადად გვხვდება ცირკონიუმის საბადოებში. ამ ორ მეტალის ქიმიური თვისებების დიდი მსგავსების გამო, მისი ინდივიდუალური სახით გამოყოფა წლების განმავლობაში პრობლემატურად რჩებოდა. 1940-იან წლებში, მას შემდეგ, რაც ცირკონიუმი მოხვდა ბირთვულ პროგრამაში, ცირკონიუმისა და ჰაფნიუმის სეპარაციის ექსტრაქციული მეთოდიც იქნა შემუშავებული.

დღეისათვის წარმოებული ჰაფნიუმის ნახევარი მიიღება როგორც ცირკონიუმის წარმოების თანაური პროდუქტი. სეპარაციის შედეგად ჰაფნიუმი გამოიყოფა ქლორიდის სახით. ამ უკანასკნელს გასუფთავების შემდეგ გარდაქმნიან მეტალურ პროდუქტად მაგნიუმით ან ნატრიუმით აღდგენით.

HfCl₄ + 2 Mg (1100 °C) → 2 MgCl₂ + Hf

თხევადსაწვავზე მომუშავე რაკეტების საქშენები

მისი შემდგომი გასუფთავების პროცესი დაფუძნებულია ჰაფნიუმის ურთიერთქმედებაზე იოდთან 500°C-ზე, რომლის დორსაც კერ მიიღება ჰაფნიუმის (IV) იოდიდი, რომლის  ვოლფრამთან შემდგომი 1700°C-ზე გაცხელებით  მიიღება სუფთა ჰაფნიუმი.

Hf + 2 I₂ (500 °C) → HfI₄

HfI₄ (1700 °C) → Hf + 2 I₂

გამოყენება

ჰაფნიუმის ძირითადი რაოდენობა გამოიყენება ბირთვულ რეაქტორებში მაკონტოლებელ ძელაკებში.

ჰაფნიუმი ასევე გამოიყენება რკინასთან, ტიტანტან, ნიობიუმთან, ტანტალთა და სხვა მეტალებთან შენადნობის სახით, რომელიც გამოიყენება თხევადსაწვავზე მომუშავე რაკეტების საქშენების დასამზადებლად.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით