Hafnijs

Hafnijs
72	; 2; 10; 32; 18; 8; 2
	Hf; 178,49 g/mol
	[Xe]4f145d26s2
	; Hafnija skaidiņas un kristālisks hafnija paraugs
Oksidēšanas pakāpes	+4
Elektronegativitāte	1,3
Blīvums	13 310 kg/m3
Kušanas temperatūra	2506 K (2233 °C)
Viršanas temperatūra	4876 K (4603 °C)

Hafnijs ir ķīmiskais elements ar simbolu Hf un atomskaitli 72. Tas ir 4. (agrāk IVA) jeb titāna grupas elements. Hafnijs ir korozijas izturīgs pārejas metāls. Hafnija karbīdam un nitrīdam ir ļoti augstas kušanas temperatūras. Hafnija savienojumi dabā parasti ir sastopami cirkonija rūdās. Smalki sasmalcināts metāls ir pirofors (aizdegas gaisā). Hafnijs savienojumos parasti ir četrvērtīgs.

Vēsture

Hafnijs ir viens no pēdējiem atklātajiem ķīmiskajiem elementiem, kas ir atrodams dabā. To 1923. gadā atklāja nīderlandiešu fiziķis Dirks Kosters (Dirk Coster) un ungāru ķīmiķis Ģerģs Heveši (Hevesy György). Elements ir nosaukts par godu Dānijas galvaspilsētai Kopenhāgenai (latīņu: Hafnia), kur abi zinātnieki strādāja, kad veica atklājumu.

Atrašanās dabā

Zemes garozā hafnija koncentrācija ir aptuveni 5,8 daļiņas no miljona. Tas gandrīz vienmēr ir atrodams kopā ar cirkoniju, kura minerālos hafnija koncentrācija ir no 1 līdz 5%. Kirtolīta minerālā hafnija oksīda (HfO₂) koncentrācija ir relatīvi augsta — 5,5%.

Izotopi

Dabā ir sastopami seši hafnija izotopi: ¹⁸⁰Hf (35,08% no kopējā hafnija daudzuma), ¹⁷⁸Hf (27,28%), ¹⁷⁷Hf (18,60%), ¹⁷⁹Hf (13,62%), ¹⁷⁶Hf (5,26%) un nestabilais ¹⁷⁴Hf (0,16%).^[1] Mākslīgi ir iegūti vēl 31 radioizotops, kuru masas skaitlis ir no 153 līdz 189.

Iegūšana

Hafnijs tiek iegūts kā blakusprodukts cirkonija iegūšanas procesā. Abi elementi viens no otra tiek atdalīti, izmantojot jonu apmaiņu vai ekstrakciju.

Fizikālās īpašības

Hafnija kristālu stienis

Hafnija fizikālās īpašības ir līdzīgas cirkonija īpašībām. Hafnijs tīrā veidā ir mirdzošs, elastīgs un drīzāk mīksts metāls, kuru var viegli vilkt, saritināt un apstrādāt.

Hafnija atommasa ir 178,49 g/mol, blīvums ir 13 310 kg/m³. Savukārt kušanas temperatūra ir 2506 K, bet viršanas temperatūra ir 4876 K. Hafnija īpatnējā pretestība 20 °C temperatūrā ir 331 nΩ·m (3,31×10^-7 Ωm). Standarta elektrodpotenciāls (Hf/HfO⁺²) ir −1,57 V.

Izmantošana

Ar oksīda kārtiņu pārklāti hafnija gabaliņi

Hafnijs galvenokārt tiek izmantots kā kontrolelements kodolreaktoros, jo tam ir augsta neitronu absorbcijas spēja. Hafnijs tiek izmantots arī sakausējumos ar niobiju, tantalu, molibdēnu vai volframu. Šiem sakausējumiem ir augsta kušanas temperatūra un liela karstumizturība. Sakausējumos hafnija koncentrācija ir līdz 2%.