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hafnium
   

72
hf
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
lutécium ← → Hafnium tantale
apparence
apparition de' src=
gris brillant métallique
généralité
Nom, symbole, numéro atomique hafnium, Hf, 72
série les métaux de transition
groupe, période, serrure 4, 6, ré
densité 13 310 kg / m³
dureté 5.5
configuration électronique
configuration électronique
propriétés atomiques
masse atomique 178,49 u
rayon atomique (Calc.) 172 pm
rayon covalent 150 pm
Rayon de van der Waals 161 pm[1]
configuration électronique [x €] 4F14 5d2 6s2
et- pour niveau d'énergie 2, 8, 18, 32, 10, 2
états d'oxydation 4 (amphotère)
la structure cristalline hexagonal
propriétés physiques
État de la matière solide
Point de fusion 2506 K (2233 ° C)
point d'ébullition 4876 K (4603 ° C)
Volume molaire 1344 × 10-5 m³/mol
Enthalpie de vaporisation 575 kJ / mol
La chaleur de fusion 24,06 kJ / mol
pression de vapeur 1.12 × 10-3 Pennsylvanie 2 500 K
Vitesse du son 1590 m / s à 293,15 K
D'autres propriétés
CAS 7440-58-6
électronégativité 1.3
chaleur spécifique 140 J / (kg · K)
conductivité électrique 3,12 × 106 / M · Ω
La conductivité thermique 23 W/ (M.K)
Energie de première ionisation 658,5 kJ / mol
Energie de deuxième ionisation 1440 kJ / mol
Energie de troisième ionisation 2250 kJ / mol
La plupart des isotopes stables
Pour plus d'informations, voir la voix isotopes hafnium.
iso NA TD DM DE DP
172hf synthétique 1,87 ans ε 0350 172Lu
174hf 0,162% 2 × 1015  âge α 2495 170Yb
176hf 5,206% Il est stable avec 104 neutrons
177hf 18,606% Il est stable avec 105 neutrons
178hf 27,297% Il est stable avec 106 neutrons
179hf 13,629% Il est stable avec 107 neutrons
180hf 35,1% Il est stable avec 108 neutrons
182hf synthétique 9 × 106  âge β 0,373 182Ta
iso: isotope
NA: abondance dans la nature
TD: demi-vie
DM: mode de désintégration
DE: énergie de désintégration en MeV
DP: le produit de désintégration

L 'hafnium est le 'élément chimique de numéro atomique 72. Son symbole est hf.

Il est métal de transition aspect brillant et argenté; chimiquement elle ressemble à la zirconium et il se trouve souvent dans minéraux zirconium. Hafnium est utilisé dans alliage avec tungstène en filaments et électrodes et est utilisé comme un absorbant de neutrons dans les barres de commande réacteurs nucléaires.

traits

hafnium
Hafnium métal

Ce métal argenté est présenté ductile et résistant corrosion. Les propriétés de hafnium sont fortement influencées par les impuretés de zirconium et ces deux éléments sont parmi séparer les plus difficiles. La seule différence majeure entre les deux est la densité: Celle du zirconium est d'environ la moitié du hafnium.

Le carbure de hafnium est le composé binaire plus réfractaire qui est connu (il fond à 4150 ° C) Et le nitrure de hafnium, avec un point de fusion 3 310 ° C, est la plus réfractaire de tous les nitrures métalliques. Ce métal est résistant alcalis concentré alors que la halogènes Ils réagissent avec elle pour former tétrahalogénures de hafnium. hafnium haute température réagit avec oxygène, azote, carbone, bore, soufre et silicium.

L 'isomère nucléaire Il est utilisé comme source de Hf-178-2m les rayons gamma et si elles étudient l'utilisation comme source d'énergie dans le laser gamma.

Sur les six isotopes qui composent le hafnium naturel, hafnium-174 a le plus grand section choc pour les neutrons thermiques. L'avantage de hafnium par rapport à d'autres absorbeurs de neutrons est que la réaction d'absorption ne produit pas hélium.[2] De plus, sa résistance à la corrosion dans l'eau est supérieure à la gaine des alliages de zirconium, par conséquent, il est possible son utilisation sans gaine,[2] Enfin, il a une bonne stabilité et la conservation des propriétés mécaniques sous irradiation. La période d'exercice du hafnium barres peut dépasser 10 ans.[2]

Le hafnium solide subit une transformation polymorphe de 1700-2000 ° C, avec une grande dispersion des données[peu clair].[3] Il est une forte soustracteur oxygène et azote même à très basse pression (0,1-1,0 mPennsylvanie) Et il est généralement utilisé dans l'analyse des propriétés thermiques des matériaux. L'oxygène et l'azote sont dissous nell'afnio, de stabiliser la phase α en augmentant sa température de transition, ce qui est une valeur plus fiable de 1742 ° C. Les résultats les plus fiables proviennent d'expériences avec de grands échantillons, le vide et de courte durée.[3][4]

applications

Le hafnium est utilisé pour la fabrication de barres de contrôle des réacteurs nucléaires en raison de sa forte capacité d'absorption des neutrons: il est capable d'absorber des neutrons d'énergie 600 fois plus efficacement que le zirconium; aussi il possède d'excellentes propriétés mécaniques et de résistance exceptionnelle à la corrosion. D'autres utilisations sont les suivantes:

  • en lampes à incandescence,
  • pour capturer les résidus d'oxygène et d'azote,
  • comme électrode dans la découpe au plasma pour sa capacité d'émission d'électrons,
  • alliage avec fer, titane, niobium, tantale et d'autres métaux.
  • la le dioxyde de hafnium seront utilisés dans les isolants de grille à k élevé (high constante diélectrique) Dans les dernières générations de circuits intégrés.[5][6]

Intel Il a introduit une technologie transistor pour ses processeurs 45 nm qui fait usage de l'hafnium.

histoire

hafnium
Des échantillons de hafnium pur à 99,9% refondus avec une soudeuse à arc vu la face du tungstène, avec une structure cristalline visible. Les couleurs ont un effet dû à la couche mince d'oxyde.

Hafnium (de latin Hafnia, le réel "Copenhague« ) Il a été découvert par Dirk Coster et George de Hevesy en 1923 à Copenhague, Danemark.

déjà en Tableau périodique des éléments développé par Dmitrij Mendeleïev en 1869 était prévu un correspondant plus lourd que le titane et le zirconium, bien que Mendeleïev avait placé juste en dessous du zirconium de lanthane depuis qu'il a fondé ses considérations sur le poids atomique et non pas sur le numéro atomique.[7]

Quand on a constaté qu'un groupe après le lanthane était présent des éléments ayant des propriétés similaires, Il a commencé la recherche des éléments manquants avec le numéro atomique 43, 61, 72 et 75.[8] Georges Urbain Il a prétendu avoir isolé l'élément 72 dans terres rares et en 1911 il a publié les résultats de ses recherches sur l'élément sélectionné celtium.[9] Cependant, ni fantômes, ni les caractéristiques chimiques correspondaient aux attentes de sorte que, après un débat intense, sa découverte a été rejetée.[10]

Au début de 1923 un produit chimique et physique, y compris Niels Bohr[11] et Charles R. Bury,[12] Ils ont proposé que l'élément 72 devrait ressembler donc le zirconium et ne font pas partie des terres rares. Ces considérations étaient fondées sur la théorie atomique de Bohr, sur la spectroscopie de Mosley rayons X et de la nature chimique des arguments par Friedrich Paneth.[13][14]

Sur la base de ces considérations, Dirk Coster et George de Hevesy Ils ont commencé à chercher l'élément 72 en minéraux de zirconium[15] jusqu'à ce que vous obtenez à découvrir si hafnium en 1923 à Copenhague.[16][17] Le nom est dérivé de l'élément Hafnia, le nom latin de la ville de Copenhague, la ville de Niels Bohr.[18] Pour cela, le sceau de la Faculté des sciences'Université de Copenhague Il apparaît une image stylisée du hafnium.[19]

Le hafnium a été définitivement identifié par l'analyse des rayons X dans les cristaux de zircons en Norvège.[20]

Hafnium a été séparé de zirconium par recristallisation répétée de fluorures ammonium ou potassium par Jantzen et von Hevesey.[21] Le hafnium métallique a été préparé pour la première fois en 1924 par Anton Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer en faisant passer la vapeur de son tétraiodure sur un filament de tungstène chauffé.[22][23] Un tel procédé pour la purification sélective de zirconium et de l'hafnium est encore en cours d'utilisation.[24]

où se trouve

Hafnium se trouve dans la nature combiné avec les composés du zirconium et n'existe pas comme élément libre. Les minéraux qui contiennent zirconium comme alvite [(Hf, th, Zr)ilOU4 H2OU] thortveitite et zircon (ZrSiO4) Contiennent de 1 à 5 pour cent de hafnium. A propos de hafnium moitié métallique est produite par raffinage de zirconium. Ce processus est effectué en réduisant le tétrachlorure de hafnium avec magnésium ou sodium en processus Kroll ou par le moins efficace Processus van Arkel-de Boer.

isotopes

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: isotopes hafnium.

précautions

symboles de danger chimique
hautement inflammable
danger
Phrases H 250 - 251
phrases R 17
conseils P 210 - 222 - 235 + 410 - 280 - 420 - 422 [25][26]
phrases S 2-7 / 8-43

les produits chimiques
doivent être manipulés avec précaution
avertissements

Hafnium doit être traitée avec précaution car lorsque la poudre est pyrophore, à-dire ne pas s'enflamment spontanément au contact de l'air. Les composés contenant ce métal sont rarement en contact avec les gens et le métal pur ne sont pas toxiques, mais tous ses composés doivent être manipulés comme toxiques. L'exposition à l'hafnium et ses composés ne doivent pas dépasser TLV-TWA égal à 0,5 mg/m³, valeur limite pondérée de 8 heures par jour.

notes

  1. ^ hafnium, lenntech.it. Récupéré le 27 Avril, 2013.
  2. ^ à b c Propriétés thermophysiques des matériaux pour le génie nucléaire: un cours d'instruction et la collecte de données (PDF), P. 145. Extrait le 26 Novembre, 2013.
  3. ^ à b Propriétés thermophysiques base de données de matériaux pour LWR et HWR (PDF), P. 296. Extrait le 26 Novembre, 2013.
  4. ^ Les données les plus fiables et recommandé à la dilatation thermique, enthalpie, chaleur spécifique et émissivité de hafnium et le dioxyde de hafnium Ils sont fournis dans Propriétés thermophysiques base de données de matériaux pour LWR et HWR
  5. ^ Intel utilisera hafnium comme isolant, macitynet.it.
  6. ^ Intel: la clé est hafnium, Computer Point, le 16 Novembre 2007. Récupéré le 16 Novembre, 2007.
  7. ^ Masanori Kaji, D. I. Le concept de Mendeleïev d'éléments chimiques et Les principes de la chimie (PDF), Dans Bulletin pour l'histoire de la chimie, vol. 27, 2002, p. 4. 20 Août Récupéré, 2008..
  8. ^ John L. Heilbron, Le travail de H. G. J. Moseley, en Isis, vol. 57, nº 3, 1966, p. 336, DOI:10,1086 / 350143..
  9. ^ M. G. Urbain, Sur un Accompagne ici nouuel l'Élément lutécium le scandium et les terres de Dans gadolinite: le celtium, en Comptes Rendus, 1911, p. 141. Récupéré 10 Septembre, 2008.
  10. ^ V. P. Melnikov, Quelques détails dans la préhistoire de la découverte de l'élément 72, en Centaure, vol. 26, nº 3, 1982 p. 317, bibcode:1982Cent ... 26..317M, DOI:10.1111 / j.1600-0498.1982.tb00667.x.
  11. ^ Niels Bohr, La théorie de la Constitution Spectra et atomique: Trois essais, p. 114 ISBN 1-4365-0368-X.
  12. ^ Charles R. Bury, La théorie de Langmuir de l'arrangement des électrons dans les atomes et les molécules, en J. Amer. Chem. Soc., vol. 43, n ° 7, 1921, p. 1602 DOI:10.1021 / ja01440a023.
  13. ^ (DE) F. A. Paneth, Système Das periodische (système périodique), en Ergebnisse der Naturwissenschaften 1 Exakten, 1922, p. 362.
  14. ^ W. C. Fernelius, hafnium (PDF), Dans Journal of Chemical Education, 1982, p. 242.
  15. ^ (FR) M. G. Urbain, Sur les L du lutécium série et de l'ytterbium et sur l'identification d'un celtium Avec l'Élément de 72 Nombre ATOMIQUE, en Comptes Rendus, vol. 174, 1922, p. 1347. Récupéré le 30 Octobre, 2008.
  16. ^ D. Coster, Hevesy, G., Sur l'élément manquant du atomique Numéro 72, en nature, vol. 111, nº 2777, 1923, p. 79, bibcode:1923Natur.111 79C ..., DOI:10.1038 / 111079a0.
  17. ^ G. Hevesy, La découverte et propriétés de Hafnium, en Chemical Reviews, vol. 2, 1925, p. 1 DOI:10.1021 / cr60005a001.
  18. ^ Eric R. Scerri, Prédiction de la nature de l'hafnium de la chimie, la théorie de Bohr et de la théorie quantique, en Annales des sciences, vol. 51, nº 2, 1994, p. 137 DOI:10.1080 / 00033799400200161.
  19. ^ La vie universitaire 2005 (PDF), Université de Copenghagen, p. 43. Récupéré le 2 Novembre 2008.
  20. ^ Georg von Hevesy, Über die Auffindung des Hafniums gegenwärtigen und den stand von unserer Kenntnisse diesem Element, en Berichte der Deutschen Gesellschaft chemischen (série A et B), vol. 56, n ° 7, 1923, p. 1503 DOI:10.1002 / cber.19230560702..
  21. ^ (DE) A. E. van Arkel, de Boer, J. H., Die von Trennung Zirkonium Hafnium und ihrer durch Kristallisation Ammoniumdoppelfluoride (La séparation du zirconium et de l'hafnium par cristallisation des doubles fluorures d'ammonium), en Anorganische Zeitschrift für Chemie und allgemeine, vol. 141, 1924, p. 284, DOI:10.1002 / zaac.19241410117..
  22. ^ (DE) A. E. van Arkel, de Boer, J. H., Die Trennung von anderen des Zirkoniums Metallen, einschließlich Hafnium, durch Distillation fraktionierte (La séparation du zirconium et de l'hafnium par distillation fractionnée), en Anorganische Zeitschrift für Chemie und allgemeine, vol. 141, 1924, p. 289, DOI:10.1002 / zaac.19241410118.
  23. ^ (DE) A. E. van Arkel, de Boer, J. H., Darstellung von reinem titane, du Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall (Production de titane pur, le zirconium, l'hafnium et de thorium métallique), en Anorganische Zeitschrift für Chemie und allgemeine, vol. 148, 1925, p. 345, DOI:10.1002 / zaac.19251480133.
  24. ^ J. H. Schemel, Manuel ASTM sur Zirconium et Hafnium, ASTM International, 1977, pp. 1-5, ISBN 978-0-8031-0505-8.
  25. ^ Conserver sous gaz inerte.
  26. ^ poudre de hafnium à bord IFA-GESTIS, gestis-en.itrust.de.

bibliographie

Articles connexes

  • isotopes hafnium
  • Le dioxyde de hafnium

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liens externes

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