ГАФНИЙ

ГАФНИЙ (лат. Hafnium),
Hf, химический элемент IV гр. периодич. системы Менделеева; п. и. 72, ат.
м. 178,49; серебристо-белый металл. В состав природного Г. входят 6 стабильных
изотопов с массовыми числами 174, 176-180. Существование Г. было предсказано
Д.И. Менделеевым в 1870. В 1921 Н.Бор показал, что элемент № 72 должен
иметь строение атома, подобное цирконию, и что, следовательно, его надо
искать не среди редкоземельных элементов, как думали раньше, а среди минералов
циркония. Венг. химик Д. Хевеши и голл. физик Д. Костер систематически
исследовали минералы циркония методом рентгеноспектралыюго анализа и в
1922 обнаружили элемент № 72, назвав его Г. по месту открытия - городу
Копенгагену (позднелат. Hafnia).

Г. не имеет собств. минералов
и в природе обычно сопутствует цирконию. В земной коре содержится 3,2*10^-4%
Г. по массе, в большинстве циркониевых минералов его содержание составляет
от 1-2 до 6-7%, во вторичных минералах - иногда до 35%. Наиболее ценным
пром. типом месторождений Г. являются морские и аллювиальные россыпи минерала
циркона (см. Цирконий).

Физические и химические свойства.
При обычной темп-ре Г. имеет гексагональную решётку с периодами а =
3,1946 А и с = 5,0511 А. Плотность Г. 13,09 г/см³
(20 °С). Г. тугоплавок, его t5400 ⁰С. Атомная теплоёмкость 26,3 кдж/(кг-атом*К)[6,27 кал/(г-атом*град)]
(25-100°С);
уд. электросопротивление 32,4*10^-8 ом*м
(0°С).
Особенность Г.- высокая эмиссионная способность; работа выхода электрона
5,77 X X 10-¹⁹ дж, или 3,60 эв (980-1550°С); Г.
имеет высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 115*10-²⁸м²,
или 115 барн (у циркония 0,18*10-²⁸ л², или
0,18 барн). Чистый Г. пластичен, легко поддаётся холодной
и горячей обработке (прокатке, ковке,< штамповке).

По хим. свойствам Г. очень
похож на цирконий вследствие почти одинаковых размеров ионов этих элементов
и полного сходства электронной структуры. Однако хим. активность Г. несколько
меньше, чем 2г. Осн. валентность Г. равна 4. Известны также соединения
3-, 2- и 1-валентного Г.

При комнатной темп-ре компактный
Г. совершенно устойчив к атмосферным газам. Однако при нагревании выше
600 °С быстро окисляется и взаимодействует, подобно цирконию, с азотом
и водородом. Г. отличается коррозионной стойкостью в чистой воде и водяных
парах до темп-р 400 "С. Порошкообразный Г. пирофорен. Двуокись Г. HfO- белое тугоплавкое (с„л 2780 °С) вещество, обладающее высокой хим.
стойкостью. Двуокись Г. и соответствующие ей гидроокиси [HfOxHи НfO(ОН)При нагревании HfOобразуются гафнаты,< напр. Ме2НfOMe

При нагревании Г. реагирует
с галогенами, образуя соединения типа HfXтетрахлорид
HfCl). При высокой темп-ре Г. взаимодействует
с углеродом, бором, азотом, кремнием, образуя металлоподобные, тугоплавкие,
весьма устойчивые по отношению к хим. реагентам соединения: HfB, HfB(t), HfC (t3310 °С), Hfв плавиковой и концентрированной серной к-тах и расплавленных фторидах
щелочных металлов. Он практически не растворим в азотной, соляной, фосфорной
и органических кислотах и весьма устойчив по отношению к растворам щелочей.
К числу хорошо растворимых в воде соединений Г., к-рые находят применение
в технологии и аналитич. химии Г., принадлежат тетрахлорид и оксихло-рид-HfClи НfOС1)(n = 2 и 6), Hf(SO))Для Г. характерно образование комплексов с различными органич. кислородсодержащими
соединениями.

Получение и применение. Соединения
Г. обычно выделяют в конце технологич. цикла производства соединений циркония
из рудного сырья. Металлич. Г. в настоящее время получают восстановлением
HfClобластях техники лишь недавно. Он используется в ядерной энергетике (регулирующие
стержни реакторов, экраны для защиты от нейтронного излучения) и
в электронной технике (катоды, геттеры, электроконтакты). Перспективно
применение Г. в произ-ве жаропрочных сплавов для авиации и ракетной техники.
Твёрдый раствор карбидов Г. и тантала, плавящийся выше 4000 °С,-
самый тугоплавкий керамич. материал; из него изготовляют тигли для плавки
тугоплавких металлов, детали реактивных двигателей.

Лит.: Металлургия
гафния, под ред. Д. Е. Томаса и Е. Т. Хейса, пер. с англ., М., 1967; Справочник
по редким металлам, пер. с англ., М., 1965, с. 177 - 203.

Л. Н. Комиссарова.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я