Hafnium

Allikas: Vikipeedia
72

2
10
32
18
8
2
Hf
178,49
Hafnium


Hafnium (sümbol Hf) on keemiline element järjekorranumbriga 72. Ta on läikiv hõbehall neljavalentne siirdemetall. Tal on kuus stabiilset isotoopi massiarvudega 174, 176, 177,178, 179 ja 180. Hafniumi tihedus normaaltingimustel on 13,3 g/cm3). Tema sulamistemperatuur on 2233 °C ja keemistemperatuur 4603 °C.

Hafnium

Levik[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hafnium on looduses vähelevinud element, levikult maakoores umbes 45. kohal. Mineraalides esineb hafnium alati koos tsikooniumiga, kuid hafniumit sisaldub neis palju vähem (1–2%), erandiks on vaid thortveitiit (üle 10%). Hafniumimineraale ei ole, element esineb isomorfse lisandina (tavaliselt 1–2%) tsirkooniummineraalides. Vaid mõnedes haruldastes tsirkooni ZrSiO4 erimites (alviit, naegiit jmt) sisaldub hafnium suuremal määral (üle 10%).

Avastamine ja nimetus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hafniumi avastasid ungari keemik Georg von Hevesy ja hollandi füüsik Dick Coster 1923. aastal röntgenspektroskoopilise analüüsiga norra tsirkoonist. Teadlased töötasid sel ajal Niels Bohri laboris Teoreetilise Füüsika Instituudis Kopenhaagenis. Element on nimetatud linna ladinakeelse nime järgi (lad. k. Hafnia = Kopenhaagen). Sellele avastusele eelnes mitmeid eksiavastusi, hiljem vaidlusi prioriteedi osas (mistõttu prantslased nimetasid elementi celtiumi’iks kuni 1949. aastani). Hafnium oli eelviimane maakoorest avastatud element.

Eraldamistehnoloogia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hafnium eraldatakse mineraalidest tsirkooniumi tootmise kõrvalproduktina, peamiselt tsirkoonist, kus 0,5–2% tsirkooniumi aatomitest on asendatud hafniumiga. Eraldamine on keerukas ja energiamahukas. Nüüdisajal kasutatakse hafniumi ja tsirkooniumi eraldamiseks teatud soolade (nitraatide ja tiotsüanaatide) vedelikekstraktsiooni orgaaniliste lahustitega, mõnikord ka kompleks-fluoriidide K2[Zr(Hf)F6] fraktsioonkristallimist. Hafnium lihtainena saadakse (käsnja massina) HfCl4 redutseerimisel magneesiumiga temperatuuril 500–800 °C juures. Kõrgpuhas (plastne) hafnium saadakse transportreaktsiooni Hf + 2I2 → HfI4 analoogselt tsirkooniumiga. HfI4 moodustumine toimub umbes 600 °C juures, lagunemine hõõguval volframtraadil 1300–1750 °C juures.

Omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kompaktne hafnium (lihtainena) on hõbehall läikiv rasksulav metall, pulbrina tumehall, peaaegu must, mati pinnaga. Metalli mehaanilised omadused sõltuvad oluliselt puhtusest ja töötlemisviisidest (lahustunud gaasid ja süsiniku lisand suurendavad haprust, neutronitega kiiritamine suurendab tugevust). Puhas hafnium on väga plastiline ja hea elektrijuht. Hafnium on ülihea neutronite neeldur, asudes gadoliiniumi järel teisel kohal ja ületades näiteks tsirkooniumi neutronneelduvust üle 600 korra. Keemilistelt omadustelt sarnaneb väga tsirkooniumiga, mistõttu nende kahe elemendi eraldamine teineteisest oli kaua aega tõsiseks probleemiks. Õhus on kompaktne metall püsiv, alles 500–600 °C juures oksüdeerub pinnalt, moodustades mittestöhhiomeetrilise oksiidi, enam kui 700 °C juures aga HfO2-e. Pulbriline ja käsnjas hafnium on seevastu pürofoorne, õhus süttib hõõrdumisest ja löögist, põleb kiiresti ja kõrgel temperatuuril, peenpulbrina (osakesed alla 10 µm) on plahvatusohtlik ka niiskena. Veeauruga reageerib umbes 300 °C juures (vedela vee suhtes on püsivam). Leeliste ja NH3 suhtes on hafnium püsiv, kuni 100 °C ei reageeri HCl, H2SO4 ega HNO3-ga. Reageerib aga HF ja kuningveega, keeva H2SO4 ja sulatatud KHF2-ga:

  • Hf + 4HF → HfF4 +2H2
  • 3Hf + 12HCl + 4HNO3 → 3HfCl4 + 4NO + 8H2O
  • Hf + 4KHF2→ K2[HfF6] + 2KF + 2H2

Hafnium reageerib lihtainetega kõrgel temperatuuril:

Hafnium moodustab kergesti kompleksühendeid (koordinatsiooniarvuga 6–8), iseloomulikud on mitmesugused segasoolad (nt fluorosilikaadid ja –sulfaadid, sulfaatkarbonaadid). Lihtsoolad hüdrolüüsuvad kergesti, moodustades akva-, hüdroksu- ja atsidokomplekse.

Tähtsamad ühendid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Toodang ja kasutamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hafnium on haruldane ja kallis ning seda toodetakse vähe. Umbes 90% toodetavast hafniumist kasutatakse tuumaenergeetikas (juhtvardad, kaitseekraanid). Teised kasutusalad on nt katoodtorudes ja gaaslahenduslampide elektroodidena, sulamite koostises (raketitehnikas ja reaktiivlennukites).

Keemiliste elementide perioodilisussüsteem
Metallid Poolmetallid Väärisgaasid Mittemetallid Leelismetallid Leelismuldmetallid Lantanoidid Aktinoidid

Berüllium - Magneesium - Alumiinium - Skandium - Titaan - Vanaadium - Kroom - Mangaan - Raud - Koobalt - Nikkel - Vask - Tsink - Gallium - Ütrium - Tsirkoonium - Nioobium - Molübdeen - Tehneetsium - Ruteenium - Roodium - Pallaadium - Hõbe - Kaadmium - Indium - Tina - Hafnium - Tantaal - Volfram - Reenium - Osmium - Iriidium - Plaatina - Kuld - Elavhõbe - Tallium - Plii - Vismut - Poloonium - Rutherfordium - Dubnium - Seaborgium - Bohrium - Hassium - Meitneerium - Darmstadtium - Röntgeenium - Koperniitsium - Ununtrium - Fleroovium - Ununpentium