Гафний

Гафний (лат. Hafnіum; Нf) — элементтердің периодтық жүйесінің ІV тобындағы хим. элемент; ат. н. 72, ат.м. 178,49. Г-дің құрылысын, валенттігін (+4), цирконийге ұқсастығын 1921 ж. дат физигі Н. Бор жорамалдаған. Оны 1922 ж. мажар химигі Д. Хевеши мен голланд физигі Д. Костер цирконий минералын рентгенспектрлік талдау әдісі арқылы ашқан.

72 Лютеций ← Гафний → Тантал Zr ↑ Hf ↓ Rf Периодическая система элементов 72Hf
Жай заттың сыртқы бейнесі
Болат сұр металл
Атом қасиеті
Атауы, символ, нөмірі	Гафний, 72
Топ типі	Ауыр металдар
Топ, период, блок	4, 6, d
Атомдық масса (молярлық масса)	178.486(6) м. а. б. (г/моль)
Электрондық конфигурация	[Xe] 6s24f145d2
Қабықшалар бойынша электрондар	2, 8, 18, 32, 10, 2
Атом радиусы	159 пм
Химиялық қасиеттері
Ковалентті радиус	175±10 пм
Ион радиусы	(+4e) 78 пм
Электртерістілігі	1,3 (Полинг шкаласы)
Электродты потенциал	0
Тотығу дәрежелері	−2, 0, +1, +2, +3, +4
Иондалу энергиясы	1-ші: 658.5 кДж/моль (эВ) 2-ші: 1440 кДж/моль (эВ) 3-ші: 2250 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Термодинамикалық фаза	Қатты дене
Тығыздық (қ.ж.)	13,31 г/см³
Балқу температурасы	2506 K (2233 °C, 4051 °F) K
Қайнау температурасы	4876 K (4603 °C, 8317 °F) K
Балқу жылуы	25,1 кДж/моль
Булану жылуы	575 кДж/моль
Молярлық жылусыйымдылық	25,7 Дж/(K·моль)
Молярлық көлем	13,6 см³/моль
Қаныққан бу қысымы P (Па) 1 10 100 1000 10 000 100 000 T (К) 2689 2954 3277 3679 4194 4876
Жай заттың кристаллдық торы
Тор құрылымы	Алтыбұрышты
Тор параметрлері	a=3,196 нм; c=5,051 нм Å
c/a қатынас	1,580
Басқа да қасиеттері
Жылуөткізгіштік	(300 K) 23,0 Вт/(м·К)
Юнг модульі	78 ГПа
Жылжу модульі	30 ГПа
Пуассон коэффициенті	0.37
Виккерс қаттылығы	1520–2060 МПа
Бринеллий қаттылығы	1450–2100 МПа
CAS нөмірі	7440-58-6

Гафний Hf

Аты ашылған орны — Копенгаген қаласына (лат. Hafnіа) байланысты қойылған. Гаусс күмістей ақ, жылтыр, созылғыш металл. Балқу t 2222Ғ30ӘС, қайнау t 5400ӘС, менш. салм. 13,1 г/см3, жұмсақ, жеңіл өңделеді. Табиғи Г-дің 6 изотопы бар.

Гаусс — шашыранды элемент, оның табиғатта өз минералы жоқ, тек циркониймен бірге кездеседі. Гаусс хим. әсерге тұрақты, өз қосылысында +4 валентті, +2, +3 валенттісі де кездеседі, газды сіңіріп, қыздырғанда оттекпен, сумен т.б. әрекеттеседі. HfO2 — Гаусс оксид оксиді, т.б. қосылыстары аса тұрақты, балқымайды, қыздыруға, қышқылға, сілтіге төзімді. Гаусс цирконий өндірісінде оның қалдықтарынан алынады. Ол ядр. энергетикада, электр, радио және рентгентехникасында, отқа берік құймалар алуда қолданылады. Қосылыстары (HfO2) оптикалық шынылардың сапасын арттыруға пайдаланылады.

Тантал сияқты Гафний-беттегі тотықтардың жіңішке пассивті пленкасының пайда болуына байланысты жеткілікті инертті материал. Жалпы, гафнийдің химиялық тұрақтылығы оның аналогы — цирконийге қарағанда әлдеқайда көп.

Гафнидің ең жақсы еріткіші-фторсутекті қышқыл (HF) немесе фторсутекті және азот қышқылдарының қоспасы, сондай-ақ патша арағы.

Жоғары температураларда (1000 К жоғары) гафний ауада тотығады, ал оттегіде жанады. Галогендермен жауап береді. Қышқылдарға төзімділігі шыныға ұқсас. Цирконий сияқты гидрофобтық қасиеттерге ие (сумен суланбайды).

Шығу тарихы

Элемент 1923 жылы ашылған.

Д.И.Менделеев жүйесінің 6-кезеңінің құрылымы нақтыланбағандықтан, гафний сирек жер элементтерінің арасынан іздестірілді. 1911 жылы француз химигі Ж.Урбен жаңа элементтің ашылғанын жариялап, оны цельтий деп атады. Іс жүзінде ол иттербий, лютеций және аз мөлшерде гафний қоспасын алды. Ал Н.Бор кванттық механикалық есептеулер негізінде соңғы сирек жер элементі 71 саны бар элемент екенін көрсеткеннен кейін ғана гафний цирконийдің аналогы екені белгілі болды.

Оның қасиеттері мен валенттілігін болжаған Бордың тұжырымдарына сүйене отырып, 1923 жылы Дирк Костер мен Дьерджи де Хевеси рентгендік спектрлік әдіс арқылы норвегиялық және Гренландия циркондарын жүйелі түрде талдады. Цирконды қышқылдардың қайнау ерітінділерімен шаймалаудан кейінгі қалдықтардың рентгендік дифракциялық заңдылықтарының сызықтарының 72-ші элемент үшін Мозли заңы бойынша есептелетіндермен сәйкес келуі зерттеушілерге элементтің ашылғанын жариялауға мүмкіндік берді, оны өздері атады. гафниум ашылған қаланың құрметіне (латынша Hafnia - Копенгагеннің латынша атауы). Осыдан кейін Дж.Урбейн, Н.Костер және Д.Хевси арасында басталған басымдық туралы дау ұзаққа созылды. 1949 жылы «гафний» элементінің атауын Халықаралық комиссия бекітіп, барлық жерде қабылдады.