Характеристика гафнію. Гафній - все про рідкісний метал

Енергія іонізації
(Перший електрон) 575,2 (5,96) кДж/моль (еВ) Електронна конфігурація 4f 14 5d 2 6s 2 Хімічні властивості Ковалентний радіус 144 пм Радіус іона (+4e) 78 пм Електронегативність
(за Полінгом) 1,3 Електродний потенціал 0 Ступені окислення 4 Термодинамічні властивості простої речовини густина 13,31 /см ³ Молярна теплоємність 25,7 Дж /( · моль) Теплопровідність 23,0 Вт /( ·) Температура плавлення 2 503 Теплота плавлення (25,1) кДж/моль Температура кипіння 5 470 Теплота випаровування 575 кДж/моль Молярний обсяг 13,6 см³/моль Кристалічні грати простої речовини Структура ґрат гексагональна Параметри решітки 3,200 Відношення c/a 1,582 Температура Дебая n/a

Hf	72
178,49
4f 14 5d 2 6s 2
Гафній

Гафній - важкий тугоплавкий сріблясто-білий метал, 72 елемент періодичної системи. Відкритий 1923 р. Гафній шукали серед рідкісноземельних елементів, оскільки було з'ясовано будову 6-го періоду системи Д. І. Менделєєва. У 1911 р. французький хімік Ж. Урбен оголосив про відкриття нового елемента, який він назвав кельтієм.

Насправді він отримав суміш, що складається з ітербію та лютеції та невеликої кількості гафнію. І тільки після того, як Н. Бор на підставі квантовомеханічних розрахунків показав, що останнім рідкісноземельним елементом є елемент з номером 71, стало зрозуміло, що гафній - аналог цирконію. Базуючись на висновках Бора, який передбачив його властивості та валентність, у 1923 Дірк Костер та Дьордь де Хевеші систематично проаналізували рентгеноспектральним методом норвезькі та гренландські циркони. Збіг ліній рентгенограм залишків після вилуговування циркону киплячими розчинами кислот з обчисленими згідно із законом Мозлі для 72-го елемента дозволило дослідникам оголосити про відкриття елемента, який вони назвали гафнієм на честь міста, де було зроблено відкриття (Hafnia — латинська назва Копенга). Початок після цього суперечка пріоритету між Ж. Урбеном, М. Костером і Д. Хевеші тривала тривалий час. У 1949 р. назва елемента «гафній» була затверджена Міжнародною комісією та прийнята усюди.

Отримання

Зважаючи на відсутність у гафнію власних мінералів і постійної супутності його цирконію, його отримання проводять шляхом переробки цирконієвих руд (де він міститься у вигляді домішки 2,5% від ваги цирконію). У світі на рік у середньому видобувається близько 70 тонн гафнію, і його видобутку пропорційні обсягам видобутку цирконію. Цікава особливість скандієвого мінералу - тортвейтиту: у ньому міститься гафнія у відсотковому відношенні набагато більше, ніж цирконію, і ця обставина дуже важлива при переробці тортвейтиту на скандій та концентруванні гафнію з нього.

Світові ресурси гафнію

Ціни на гафній 99% у 2007 році в середньому $780 за кілограм / за матеріалами infogeo.ru/metalls

Світові ресурси гафнію у перерахунку на двоокис гафнію дещо перевищують 1 мільйон тонн. Структура розподілу цих ресурсів виглядає приблизно так:

Австралія - ​​понад 630 тисяч тонн,

ПАР - майже 287 тисяч тонн,

США - трохи більше 105 тисяч тонн,

Індія - близько 70 тисяч тонн,

Бразилія – 9,88 тисяч тонн.

Переважна частина сировинної бази гафнію у країнах представлена ​​цирконом прибережних морських розсипів.

Запаси гафнію в Росії та СНД, за оцінками незалежних фахівців, дуже великі і в цьому відношенні при розвитку гафнієвої промисловості Росія може стати безумовним лідером на світовому ринку гафнію. Варто також у зв'язку з цим згадати дуже значні ресурси гафнію в Україні. Основні мінерали, що містять гафній, в Росії і СНД представлені лопаритом, цирконом, бадделеїтом, рідкометалевими лужними гранітами.

Фізичні властивості

Гафній має високий переріз захоплення теплових нейтронів (близько 10 барн), тоді як у його хімічного аналога, цирконію, перетин захоплення на 2 порядки менше, близько 2×10 -1 барн. У зв'язку з цим цирконій, який використовується для створення реакторних ТВЕЛів, має бути ретельно очищений від гафнію. Один із рідкісних природних ізотопів гафнію, 174 Hf, виявляє слабку альфа-активність (період напіврозпаду 2×10 15 років).

Хімічні властивості

Гафній, як і тантал, є досить інертним матеріалом через утворення тонкої пасивної плівки оксидів на поверхні. Загалом, хімічна стійкість гафнію набагато більша, ніж у аналога — цирконію.

Кращим розчинником гафнію є фтороводородна кислота (HF), або суміш фтороводородної та азотної кислот, а також царська горілка.

При високих температурах (понад 1000 К) гафній окислюється повітря, а кисні згоряє. Реагує із галогенами. За стійкістю до кислот подібний до скла. Також як і цирконій, має гідрофобні властивості (не змочується водою).

Найважливіші хімічні сполуки

З'єднання двовалентного гафнію

• HfBr 2- Тверда речовина чорного кольору, що самозаймається на повітрі. Розкладається при температурі 400 °C на гафній та тетрабромід гафнію. Одержують диспропорціонуванням триброміду гафнію у вакуумі при нагріванні.

• Hf(HPO 4) 2— білий осад, розчинний у сірчаній та фтороводородній кислотах. Отримують обробкою розчинів солей гафнію (II) ортофосфорною кислотою.

З'єднання тривалентного гафнію

• HfBr 3- Чорно-синя тверда речовина. Диспропорціонує при 400 °C на дибромід та тетрабромід гафнію. Одержують відновленням тетраброміду гафнію при нагріванні в атмосфері водню або з металевим алюмінієм.

З'єднання чотиривалентного гафнію

• HfO 2- безбарвні моноклінні кристали (щільність - 9,98 г/см3) або безбарвні тетрагональні кристали (щільність - 10,47 г/см3). Останні мають t пл 2900 °C, малорозчинні у воді, діамагнітні, мають більш основний характер, ніж ZrO 2 і виявляють каталітичні властивості. Отримують нагріванням металевого гафнію в кисні або прожарюванням гідроксиду, діоксалату, дисульфату гафнію.

• Hf(OH) 4- білий осад, що розчиняється при додаванні лугів та пероксиду водню з утворенням пероксогафніатів. Отримують глибоким гідролізом солей чотиривалентного гафнію при нагріванні або обробкою розчинів солей гафнію (IV) лугами.

• HfF 4- Безбарвні кристали. t пл 1025 °C, щільність - 7,13 г/см³. Розчинний у воді. Отримують термічним розкладанням сполуки (NH 4) 2 у струмі азоту при 300 °C.

• HfCl 4- білий порошок, що сублімується при 317 °C. t пл 432 °C. Отримують дією хлору на металевий гафній, карбід гафнію або суміш оксиду гафнію (II) з вугіллям.

• HfBr 4- Безбарвні кристали. Сублімуються за 322 °C. t пл 420 °C. Отримують дією пари брому на нагріту до 500 °C суміш оксиду гафнію. (II)з вугіллям.

• HfI 4- Жовті кристали. Сублімує при 427 °C і термічно дисоціює при 1400 °C. Виходить взаємодією гафнію з йодом за 300 °C.

Застосування

Основні сфери застосування металевого гафнію — виробництво сплавів для аерокосмічної техніки, атомна промисловість, спеціальна оптика.

• В атомній техніці використовується здатність гафнію до захоплення нейтронів, і його застосування в атомній промисловості - це виробництво регулюючих стрижнів, спеціальної кераміки та скла (оксид, карбід, борид, оксокарбід, гафнат диспрозія, гафнат літію). Особливістю та перевагою дибориду гафнію є дуже мале газовиділення (гелій, водень) при «вигоранні» бору.
• В оптиці застосовується оксид гафнію у зв'язку з його температурною стійкістю (т. 2780 ° C) і дуже високим показником заломлення . Значну сферу споживання гафнію складає виробництво спеціальних марок скла для оптоволоконних виробів, а також для одержання особливо високоякісних оптичних виробів, покриття дзеркал, у тому числі для приладів нічного бачення, тепловізорів. Схожу область застосування має і фторид гафнію.
• Карбід і борид гафнію (т. пл. 3250 ° C) знаходять застосування як надзвичайно зносостійких покриттів та виробництва надтвердих сплавів. Крім того, карбід гафнію є одним із найтугоплавкіших сполук (т. пл. 3890 °C) і використовується для виробництва сопел космічних ракет і деяких конструкційних елементів газофазних ядерних реактивних двигунів.
• Гафній відрізняє порівняно низька робота виходу електрона (3,53 еВ), і тому він застосовується виготовлення катодів потужних радіоламп і електронних гармат. У той же час ця його якість поряд з високою температурою плавлення дозволяє використовувати гафній для виробництва електродів для зварювання металів в аргоні і особливо електродів (катодів) для зварювання низьковуглецевої сталі у вуглекислому газі. Стійкість таких електродів у вуглекислому газі більш ніж у 3,7 рази вища, ніж вольфрамових. Як ефективні катоди з малою роботою виходу застосовується також гафнат барію.
• Карбід гафнію у вигляді дрібнопористого керамічного виробу може служити надзвичайно ефективним колектором електронів за умови випаровування з його поверхні у вакуумі парів цезію-133, в цьому випадку робота виходу електронів знижується менш ніж 0,1-0,12 еВ і цей ефект може бути використаний створення високоефективних термоемісійних електрогенераторів та частин потужних іонних двигунів.
• На основі дибориду гафнію та нікелю розроблено і вже давно використовується високозносостійке та тверде композиційне покриття.
• Сплави тантал-вольфрам-гафній є найкращими сплавами для подачі палива у газофазних ядерних ракетних двигунах.
• Сплави титану, леговані гафнієм, застосовують у суднобудуванні (виробництво деталей суднових двигунів), а легування гафнієм нікелю як збільшує його міцність і корозійну стійкість, а й різко покращує зварюваність і міцність зварних швів.
• Додавання гафнію до танталу різко збільшує його стійкість до окислення повітря (жаростойкость — 0,4 %) показав у 9 разів більший ресурс роботи проти чистим гафнієм. температура плавлення може бути збільшена ще на 180 градусів (процесорах рентгенівське випромінювання), і цей ефект може бути застосований для конструювання безпечної (не створює радіоактивного зараження) ядерної зброї. Енергія, що виділяється 1 грамом гафнію-178м2, приблизно відповідає 50 кг тротилу. Метастабільний ізомер гафнію може бути використаний для накачування компактних лазерів бойового призначення (заміщення частини атомів гафнію на 178m2 Hf дозволяє, використовуючи окис гафнію як компонент лазерного кристала, поєднати джерело енергії і випромінювач).

  Мирне застосування цього ядерного ізотопу цікаво тим, що він може бути використаний як потужне джерело гамма-променів, що допускає регулювання дози випромінювання (дефектоскопія), джерело енергії для транспорту, дуже ємний акумулятор енергії (1 кілограм приблизно еквівалентний 4,35 тонн бензину).

  Основною проблемою використання гафнію-178m2 є складність напрацювання цього ядерного ізомеру. У той же час він є звичайним продуктом (відходом) атомної електростанції (відпрацьовані поглинальні стрижні гафнієві). Експлуатація так званого «гафнієвого циклу» та розширення сектора застосування гафнію зростатиме в міру збільшення використання гафнію для регулювання реакторів. У міру накопичення ізомеру в країнах із розвиненою атомною промисловістю відбудеться й становлення «гафнієвої енергетики».

  Розробками так званої «гафнієвої бомби» на основі ізомеру 178m2 Hf з 1998 по 2004 займалося агентство DARPA. Однак навіть використання джерел рентгенівського випромінювання великої потужності не дозволило виявити ефект індукованого розпаду. У 2005 році було показано, що при використанні існуючих на сьогоднішній день технологій вивільнення надлишкової енергії з ядра гафнію-178m2 неможливо.

Земна кора містить всього чотири грами гафнію. Єдиний спосіб його отримання – переробка цирконієвої руди та деяких інших мінералів. У звичайних цирконах міститься до 4% оксиду гафнію. Щоб видобути цей рідкісний метал, циркони розчиняють у киплячих кислотах.

Видобуток

Найбагатша гафнієм країна – Австралія. Тут зосереджено понад 600 тонн цього металу. Загальні запаси гафнію на планеті оцінюються в 1000 тонн. У Росії також багато гафнію - він міститься в таких мінералах, як граніт, бадделеїт, лопарит і т.д.

Властивості

Зовні гафній виглядає, як блискучий метал із сріблястим відливом. Гафній дуже тугоплавкий та відрізняється високою здатністю захоплення теплових нейтронів.

Гафній досить інертний хімічно. На його поверхні утворюється оксидна плівка, яка оберігає її від дії агресивних середовищ. Найкраще гафній розчиняється у сильних кислотах - азотній, фтороводородній та царській горілці.

Застосування

У побутових пристроях гафній мало використовується. Дуже рідко можна зустріти надпотужні магніти на основі гафнієвих сплавів. Але можливість потримати в руках гафній мають власники комп'ютерів, що працюють на мікропроцесорах Intel серії Penryn. До таких процесорів, наприклад, належить сімейство Intel Core 2 Duo. У них з'єднання гафнію використовуються як діелектрик.

Гафній знайшов широке застосування у виробництві потужних радіоламп, виготовленні сопел ракетних двигунів та частин ядерних реакторів. Окис гафнію має дуже високу температуру плавлення та гарний показник заломлення – на її основі виготовляють особливі марки скла, призначені для приладів нічного бачення, оптоволоконних мереж та тепловізорів.

Якщо сплавити карбід танталу з карбідом гафнію, вийде тугоплавкий сплав у світі. Температура його плавлення становить понад 4200 градусів. На основі гафнію роблять стійкі до зношування композитні покриття, електроди для аргонного зварювання і покриття для рентгенівських дзеркал.

Зупинимося на ще одному цікавому варіанті застосування гафнію. Ізотоп гафнію під назвою 178м2 містить стільки надлишкової енергії, що при дії на нього рентгенівських променів здатний її вибухоподібно віддавати. При цьому з одного грама гафнію-178м2 виділяється стільки енергії, скільки виділяється під час вибуху 50 кілограмів тротилу.

Гафній було відкрито першій половині 20-го століття, методом рентгеноспектрального аналізу, щодо цирконієвого мінералу. Існування гафнію було передбачено російським вченим хіміком Д.І. Менделєєвим у 1870 році, а його властивості - датським фізиком Нільсом Бором. Відповідно до періодичного закону новий елемент мав бути аналогом титану та цирконію та його і знайшли у цирконієвих та титанових мінералах. Так як гафній було відкрито на території Данії, його назвали на честь стародавньої столиці цієї країни Гафніа.

Гафній - важкий тугоплавкий сріблясто-білий металдобре деформується при холодній обробці і при цьому зміцнюється. На механічних властивостях гафнію позначається його здатність поглинати гази під час обробки. При нагріванні такого металу поглинені гази вступають у хімічну реакцію з ним і сильно змінюють його електричні властивості, підвищуючи електричний опір і знижуючи температурний коефіцієнт електричного опору, компактний гафній при нагріванні на повітрі покривається плівкою оксидів, потім проникають в тіло металу. Нагрітий у кисні гафній горить сліпучо-білим кольором. Азот з гафнієм реагує подібно до кисню, але нітриди гафнію нестійкі при температурі вище 1000 ОС. Водень, в інтервалі температур 300 - 1000 ОС утворює гідрид HfH2, що повністю розпадається при температурі вище 1500 ОС. Ця домішка робить гафній тендітним. Гафній дуже стійкий при дії соляної та азотної кислот будь-яких концентрацій та за будь-якої температури. Розчини соди і поташу не впливають на гафній.

Гафній поступається танталу у стійкості проти дії царської горілки, вологого хлору, трихлористого заліза та розчинів сірчаної кислоти 60% концентрації при 100ОС.
Будучи в хімічному відношенні близнюком цирконію, гафній різко відрізняється від нього до нейтронів. Якщо чистий цирконій безперешкодно пропускає нейтрони, то гафній стає для них непереборною перешкодою.
Подібність хімічних властивостей гафнію і цирконію і, у зв'язку з цим, труднощі їхнього поділу, обумовлена ​​тим, що радіуси іонів гафнію і цирконію практично рівні.
Атомів гафнію в природі в 25 разів більше ніж срібла і в 1000 разів більше золота, однак, він надзвичайно розпорошений у природі і придатні для промислової переробки родовища є в небагатьох пунктах земної кулі. Труднощі видобутку та виділення гафнію з природних сполук є причиною, що обмежує його практичне використання.

ОТРИМАННЯ.

Основним джерелом отримання гафнію служать цирконієві концентрати, в окремих модифікаціях яких вміст окису гафнію доходить до 2%. Внаслідок відмінності величини радіоактивності гафнію та цирконію, ступінь радіоактивності цирконію, може бути показником кількості гафнію, присутній у мінералі. Поділ дуже близьких за хімічними властивостями гафнію і цирконію здійснюється фракційною кристалізацією розчинів, отриманих після розтину цирконових концентратів, причому піддаються солі гафнію. Гафній концентрується в маткових розчинах із залізом і ніобієм, після видалення яких фторид гафнію переводиться в сульфат, прожарюється для виділення HfO2 і сіркокалієва сіль видаляється вилуговуванням. Чистий гафній одержують йодидним способом. Способи отримання металевого гафнію ті ж, що й для цирконію.

ЗАСТОСУВАННЯ.

З'єднання гафнію плавляться при більших температурах, ніж температура плавлення металевого гафнію. Наприклад, окис гафнію плавиться при температурі 2800 ОС, борид гафнію - при 3250 ОС, нітрид гафнію - при 3310 ОС, карбід гафнію - при 3890 ОС. Тому ці сполуки, а особливо нітрид гафнію, складають основу жароміцних сплавів, високотемпературних вогнетривів. Ці сполуки становлять також основу твердих матеріалів, сплавів радіо- та електротехнічного напрямку для виготовлення матеріалів для болометрів, резисторів, термокатодів і люменісцентних ламп. Ці властивості дозволяють застосовувати гафній і його з'єднання, для виготовлення ниток розжарювання в електричних лампах.
Не менш важливим стало застосування гафнію спільно з цирконієм в атомних реакторах. Чистий цирконій без перешкод пропускає нейтрони, гафній їх затримує. Тому спільне застосування для виготовлення стрижнів з ядерним паливом є вдалим симбіозом — цирконій як «одяг» для стрижнів з ядерним паливом, гафній, як сповільнювач і поглинач нейтронів.

Гафній, як і цирконій, використовується в хімічному апаратобудуванні як корозійностійкий матеріал.
Гафній застосовується для отримання деяких лужних і лужноземельних матеріалів, при реакціях з ними, витісняючи їх із оксидів.
Окисли гафнію застосовуються у скляній та керамічній промисловості, у виробництві вогнетривких матеріалів
У порівнянні з цирконієм, що має ті ж властивості, що й гафній, він застосовується значно рідше ніж цирконій, через високу вартість.

Дж/(K·моль)

Молярний обсяг Кристалічні грати простої речовини Структура ґрат

гексагональна

Параметри решітки

a=3,196 нм; c=5,051 нм

Ставлення c/a Інші характеристики Теплопровідність

(300 K) 23,0 Вт/(м·К)

72
4f 14 5d 2 6s 2

Гафній- хімічний елемент 4-ї групи довгооперіодної форми періодичної системи Д. І. Менделєєва (за короткою формою періодичної системи - побічної підгрупи IV групи), шостого періоду, з атомним номером 72. Позначається символом Hf (лат. Hafnium). Проста речовина – важкий тугоплавкий сріблясто-білий метал.

Історія відкриття та походження назви

Гафній шукали серед рідкісноземельних елементів, тому що не було з'ясовано будову 6-го періоду системи Д. І. Менделєєва. 1911 року французький хімік Ж. Урбен оголосив про відкриття нового елемента, названого ним кельтієм. Насправді він отримав суміш, що складається з ітербію, лютецію та невеликої кількості гафнію. І тільки після того, як Н. Бор на підставі квантовомеханічних розрахунків показав, що останнім рідкісноземельним елементом є елемент з номером 71, стало ясно, що гафній - аналог цирконію.

Базуючись на висновках Бора, який передбачив його властивості та валентність, у 1923 році Дірк Костер та Дьордь де Хевеші систематично проаналізували рентгеноспектральним методом норвезькі та гренландські циркони. Збіг ліній рентгенограм залишків після вилуговування циркону киплячими розчинами кислот з обчисленими згідно із законом Мозлі для 72-го елемента дозволило дослідникам оголосити про відкриття елемента, який вони назвали гафнієм на честь міста, де було зроблено відкриття (лат. Hafnia- Латинська назва Копенгагена). Початок після цього суперечка пріоритету між Ж. Урбеном, М. Костером і Д. Хевеші тривала тривалий час. У 1949 році назва елемента «гафній» була затверджена Міжнародною комісією та прийнята усюди.

Отримання

Середній вміст гафнію у земній корі - близько 4 г/т. Зважаючи на відсутність у гафнію власних мінералів і постійної супутності його цирконію, його одержують шляхом переробки цирконієвих руд, де він міститься в кількості 2,5 % від ваги цирконію (циркон містить 4 % HfO 2 , бадделеїт - 4-6 % Hf 2 ). У світі на рік у середньому видобувається близько 70 тонн гафнію, і його видобутку пропорційні обсягам видобутку цирконію. Цікава особливість скандієвого мінералу - тортвейтиту: у ньому міститься гафнія у відсотковому відношенні набагато більше, ніж цирконію, і ця обставина дуже важлива при переробці тортвейтиту на скандій та концентруванні гафнію з нього.

Світові ресурси гафнію

Ціни на гафній 99% у 2007 році в середньому становили $780 за кілограм (за матеріалами infogeo.ru)

Світові ресурси гафнію в перерахунку на двоокис гафнію дещо перевищують 1 мільйон тонн. Структура розподілу цих ресурсів виглядає приблизно так:

• Австралія - ​​понад 630 тисяч тонн,
• ПАР – майже 287 тисяч тонн,
• США - трохи більше 105 тисяч тонн,
• Індія – близько 70 тисяч тонн,
• Бразилія – 9,88 тисяч тонн.

Переважна частина сировинної бази гафнію у країнах представлена ​​цирконом прибережних морських розсипів.

Фізичні властивості

Гафній – блискучий сріблясто-білий метал, твердий та тугоплавкий. У дрібнодисперсному стані має темно-сірий, майже чорний колір; матовий. Щільність за нормальних умов - 13,31 г/см 3 . Температура плавлення становить 2506 (2233 °C), кипить при 4876 (4603 °C).

Хімічні властивості

Кращим розчинником гафнію є фтороводородна кислота (HF) або суміш фтороводородної та азотної кислот, а також царська горілка.

При високих температурах (понад 1000) гафній окислюється на повітрі, а в кисні згоряє. Реагує із галогенами. За стійкістю до кислот подібний до скла. Так само, як і цирконій, має гідрофобні властивості (не змочується водою).

Найважливіші хімічні сполуки

З'єднання двовалентного гафнію

• HfBr 2 , дібромід гафнію - тверда речовина чорного кольору, що самозаймиста на повітрі. Розкладається при температурі 400 °C на гафній та тетрабромід гафнію. Одержують диспропорціонуванням триброміду гафнію у вакуумі при нагріванні.

З'єднання тривалентного гафнію

• HfBr 3 , трибромід гафнію - чорно-синя тверда речовина. Диспропорціонує при 400 °C на дибромід та тетрабромід гафнію. Одержують відновленням тетраброміду гафнію при нагріванні в атмосфері водню або з металевим алюмінієм.

З'єднання чотиривалентного гафнію

• HfO 2 , діоксид гафнію - безбарвні моноклінні кристали (щільність - 9,98 г/см³) або безбарвні тетрагональні кристали (щільність - 10,47 г/см³). Останні мають Tпл 2900 °C, малорозчинні у воді, діамагнітні, мають більш основний характер, ніж ZrO 2 і виявляють каталітичні властивості. Отримують нагріванням металевого гафнію в кисні або прожарюванням гідроксиду, діоксалату, дисульфату гафнію.
• Hf(OH) 4 гідроксид гафнію - білий осад, що розчиняється при додаванні лугів і пероксиду водню з утворенням пероксогафніатів. Отримують глибоким гідролізом солей чотиривалентного гафнію при нагріванні або обробкою розчинів солей гафнію (IV) лугами.
• HfF 4 , тетрафторид гафнію - безбарвні кристали. Tпл 1025 °C, щільність - 7,13 г/см³. Розчинний у воді. Отримують термічним розкладанням сполуки (NH 4) 2 у струмі азоту при 300 °C.
• HfCl 4 , тетрахлорид гафнію - білий порошок, що сублімується при 317 °C. Tпл 432 °C. Отримують дією хлору на металевий гафній, карбід гафнію або суміш оксиду гафнію(II) з вугіллям.
• HfBr 4 , тетрабромід гафнію - безбарвні кристали. Сублімуються за 322 °C. Tпл 420 °C. Отримують дією пари брому на нагріту до 500 °C суміш оксиду гафнію(II) з вугіллям.
• HfI 4 , тетраіодид гафнію - жовті кристали. Сублімує при 427 °C і термічно дисоціює при 1400 °C. Виходить взаємодією гафнію з йодом за 300 °C.
• Hf(HPO 4) 2 , гідрофосфат гафнію - білий осад, розчинний у сірчаній та фтороводородній кислотах. Отримують обробкою розчинів солей гафнію(IV) ортофосфорною кислотою.

Застосування

Основні галузі застосування металевого гафнію – виробництво сплавів для аерокосмічної техніки, атомна промисловість, спеціальна оптика.

• В атомній техніці використовується здатність гафнію до захоплення нейтронів, і його застосування в атомній промисловості - це виробництво регулюючих стрижнів, спеціальної кераміки та скла (оксид, карбід, борид, оксокарбід, гафнат диспрозія, гафнат літію). Особливістю та перевагою дибориду гафнію є дуже мале газовиділення (гелій, водень) при «вигоранні» бору.
• В оптиці застосовується оксид гафнію у зв'язку з його температурною стійкістю (т. 2780 ° C) і дуже високим показником заломлення . Значну сферу споживання гафнію складає виробництво спеціальних марок скла для волоконно-оптичних виробів, а також для одержання особливо високоякісних оптичних виробів, покриття дзеркал, у тому числі для приладів нічного бачення, тепловізорів. Схожу область застосування має і фторид гафнію.
• Карбід і борид гафнію (т. пл. 3250 ° C) знаходять застосування як надзвичайно зносостійких покриттів та виробництва надтвердих сплавів. Крім того, карбід гафнію є одним із найтугоплавкіших сполук (т. пл. 3960 °C) і використовується для виробництва сопел космічних ракет і деяких конструкційних елементів газофазних ядерних реактивних двигунів.
• Гафній відрізняє порівняно низька робота виходу електрона (3,53 еВ), і тому він застосовується виготовлення катодів потужних радіоламп і електронних гармат. У той же час ця його якість поряд з високою температурою плавлення дозволяє використовувати гафній для виробництва електродів для зварювання металів в аргоні і особливо електродів (катодів) для зварювання низьковуглецевої сталі у вуглекислому газі. Стійкість таких електродів у вуглекислому газі більш ніж у 3,7 рази вища, ніж вольфрамових. Як ефективні катоди з малою роботою виходу застосовується також гафнат барію.
• Карбід гафнію у вигляді дрібнопористого керамічного виробу може бути надзвичайно ефективним колектором електронів за умови випаровування з його поверхні у вакуумі парів цезію-133, у цьому випадку робота виходу електронів знижується менш ніж 0,1-0,12 еВ, і цей ефект може бути використаний для створення високоефективних термоемісійних електрогенераторів та частин потужних іонних двигунів.
• На основі дибориду гафнію та нікелю розроблено і вже давно використовується високозносостійке та тверде композиційне покриття.
• Сплави тантал-вольфрам-гафній є найкращими сплавами для подачі палива у газофазних ядерних ракетних двигунах.
• Сплави титану, леговані гафнієм, застосовують у суднобудуванні (виробництво деталей суднових двигунів), а легування гафнієм нікелю як збільшує його міцність і корозійну стійкість, а й різко покращує зварюваність і міцність зварних швів.
• Карбід танталу-гафнію. Додавання гафнію до танталу різко збільшує його стійкість до окислення на повітрі (жаростійкість) за рахунок утворення щільної та непроникної плівки складних оксидів на поверхні, і, крім усього, ця плівка оксидів дуже стійка до теплозмін (тепловий удар). Ці властивості дозволили створити дуже важливі сплави для ракетної техніки (сопла, газові керма). Один із кращих сплавів гафнію та танталу для сопел ракет містить до 20 % гафнію. Також слід відзначити великий економічний ефект при застосуванні сплаву гафній-тантал для виробництва електродів для повітряно-плазмового та киснево-полум'яного різання металів. Досвід застосування такого сплаву (гафній – 77 %, тантал – 20 %, вольфрам – 2 %, срібло – 0,5 %, цезій – 0,1 %, хром – 0,4 %) показав у 9 разів більший ресурс роботи порівняно із чистим гафнієм.
• Легування гафнієм різко зміцнює багато сплавів кобальту, дуже важливих у турбобудуванні, нафтовій, хімічній та харчовій промисловості.
• Гафній використовується в деяких сплавах для надпотужних постійних магнітів на основі рідкісних земель (зокрема, на основі тербію та самарію).
• Сплав карбіду гафнію (HfC, 20 %) та карбіду танталу (TaC, 80 %) є найтугоплавкішим сплавом (т. пл. 4216 °C). Крім того, є окремі вказівки на те, що при легуванні цього сплаву невеликою кількістю титану карбіду температура плавлення може бути збільшена ще на 180 градусів.
• Додаванням 1% гафнію в алюміній отримують надміцні сплави алюмінію з розміром насіння металу 40-50 нм. При цьому не тільки зміцнюється сплав, але й досягається значне відносне подовження та підвищується межа міцності при зсуві та крученні, а також покращується вібростійкість.
• Діелектрики з високою діелектричною проникністю на основі оксиду гафнію протягом наступного десятиліття замінять у мікроелектроніці традиційний оксид кремнію, що дозволить досягти набагато вищої густини елементів у чіпах. З 2007 року діоксид гафнію використовується в 45-нм процесорах Intel Penryn. Також як діелектрик з високою діелектричною проникністю в електроніці застосовується силіцид гафнію. Сплави гафнію та скандію застосовуються в мікроелектроніці для отримання резистивних плівок з особливими властивостями.
• Гафній використовується для високоякісних багатошарових рентгенівських дзеркал.

Перспективні сфери застосування

Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва
																		Hf
															Uut

Уривок, що характеризує Гафній

Вона була такою самою, якою він знав її майже дитиною і потім нареченою князя Андрія. Веселий блиск питання світився в її очах; на обличчі був лагідний і дивно пустотливий вираз.
П'єр обідав і просидів би весь вечір; але княжна Марія їхала до всеношної, і П'єр поїхав разом із ними.
Другого дня П'єр приїхав рано, обідав і просидів увесь вечір. Незважаючи на те, що княжна Марія та Наташа були очевидно раді гостеві; незважаючи на те, що весь інтерес життя П'єра зосереджувався тепер у цьому будинку, до вечора вони все переговорили, і розмова переходила безперервно з одного нікчемного предмета на інший і часто переривалася. П'єр засидівся цього вечора так пізно, що княжна Мар'я і Наталя перезиралися між собою, очевидно чекаючи, чи скоро він піде. П'єр бачив це і не міг піти. Йому ставало важко, незручно, але він усе сидів, бо не міг підвестись і піти.
Княжна Мар'я, не передбачаючи цього кінця, перша встала і, скаржачись на мігрень, почала прощатися.
- То ви завтра їдете до Петербурга? - Сказала очі.
- Ні, я не їду, - з подивом і ніби образившись, поспішно сказав П'єр. – Та ні, до Петербурга? Завтра; тільки я не прощаюсь. Я заїду за комісіями, – сказав він, стоячи перед княжною Марією, червоніючи і не йдучи.
Наталка подала йому руку і вийшла. Княжна Мар'я, навпаки, замість того, щоб піти, опустилася в крісло і своїм променистим, глибоким поглядом суворо й пильно подивилася на П'єра. Втома, яку вона очевидно виявляла перед цим, тепер зовсім минула. Вона тяжко й тривало зітхнула, ніби готуючись до довгої розмови.
Все збентеження і незручність П'єра, при видаленні Наталки, миттєво зникли і замінилися схвильованим пожвавленням. Він швидко присунув крісло зовсім близько до князівні Марії.
- Так, я й хотів сказати вам, - сказав він, відповідаючи, як на слова, на її погляд. - Княжна, допоможіть мені. Що мені робити? Чи можу я сподіватися? Княжна, друже мій, вислухайте мене. Я все знаю. Я знаю, що не стою її; я знаю, що тепер не можна говорити про це. Але я хочу бути їй братом. Ні, я не хочу… я не можу…
Він зупинився і потер собі обличчя та очі руками.
- Ну, ось, - продовжував він, мабуть зробивши зусилля над собою, щоб говорити складно. - Я не знаю, відколи я люблю її. Але я одну тільки її, одну любив на все моє життя і люблю так, що без неї не можу собі уявити життя. Просити руки її тепер я не наважуюсь; але думка про те, що, можливо, вона могла б бути моєю і що я проґавлю цю можливість… можливість… жахлива. Скажіть, чи можу я сподіватися? Скажіть, що робити? Мила княжна, - сказав він, помовчавши трохи і торкнувшись її за руку, бо вона не відповідала.
– Я думаю про те, що ви мені сказали, – відповіла княжна Марія. – Ось що я вам скажу. Ви маєте рацію, що тепер говорити їй про кохання… – Княжна зупинилася. Вона хотіла сказати: говорити їй про кохання тепер неможливо; але вона зупинилася, тому що вона третій день бачила по Наташі, що раптом змінилася, що не тільки Наталя не образилася б, якби їй П'єр висловив свою любов, але що вона одного тільки цього і бажала.
– Говорити їй тепер… не можна, – таки сказала княжна Мар'я.
- Але що мені робити?
– Доручіть мені це, – сказала княжна Мар'я. - Я знаю…
П'єр дивився в очі князівні Марії.
– Ну, ну… – казав він.
— Я знаю, що вона любить… покохає вас, — погладшала княжна Мар'я.
Не встигла вона сказати ці слова, як П'єр схопився і злякано схопив за руку княжну Мар'ю.
– Чому ви думаєте? Ви вважаєте, що я можу сподіватися? Ви думаєте?!
- Так, думаю, - посміхаючись, сказала князівна Мар'я. – Напишіть батькам. І доручіть мені. Я скажу їй, коли можна буде. Я бажаю цього. І моє серце відчуває, що це буде.
- Ні, це не може бути! Який я щасливий! Але це не може бути… Як я щасливий! Ні, не може бути! – говорив П'єр, цілуючи руки княжни Марії.
- Ви їдьте до Петербурга; це краще. А я вам напишу, – сказала вона.
– У Петербург? Їхати? Добре, так, їхати. Але чи завтра я можу приїхати до вас?
Другого дня П'єр приїхав попрощатися. Наталя була менш жвава, ніж у колишні дні; але в цей день, іноді глянувши їй у вічі, П'єр відчував, що він зникає, що ні його, ні її більше немає, а є одне почуття щастя. «Невже? Ні, не може бути», – казав він собі при кожному її погляді, жесті, слові, що наповнювали його душу радістю.
Коли він, прощаючись із нею, взяв її тонку, худу руку, він мимоволі трохи довше втримав її у своїй.
«Невже ця рука, це обличчя, ці очі, весь цей чужий мені скарб жіночої краси, невже це все буде вічно мій, звичний, такий самий, яким я сам для себе? Ні це не можливо!.."
- Прощайте, граф, - сказала вона йому голосно. — Я дуже чекатиму на вас, — додала вона пошепки.
І ці прості слова, погляд і вираз обличчя, які супроводжували їх, протягом двох місяців становили предмет невичерпних спогадів, пояснень і щасливих мрій П'єра. «Я дуже чекатиму на вас… Так, так, як вона сказала? Так, я дуже чекатиму на вас. Ах, який я щасливий! Що ж це таке, як я щасливий! - казав собі П'єр.

У душі П'єра тепер не відбувалося нічого подібного до того, що відбувалося в ній за подібних обставин під час його сватання з Елен.
Він не повторював, як тоді, із болючим соромом слів, сказаних ним, не казав собі: «Ах, навіщо я не сказав цього, і навіщо, навіщо я сказав тоді „je vous aime“?» [Я люблю вас] Тепер, навпаки, кожне слово її, своє він повторював у своїй уяві з усіма подробицями обличчя, усмішки і нічого не хотів ні зменшити, ні додати: хотів тільки повторювати. Сумнівів у тому, чи добре, чи погано те, що він зробив, тепер не було й тіні. Лише страшний сумнів іноді приходив йому на думку. Чи не уві сні все це? Чи не помилилася княжна Марія? Чи не надто я гордий і самовпевнений? Я вірю; а раптом, що має статися, княжна Мар'я скаже їй, а вона посміхнеться і відповість: «Як дивно! Він, мабуть, помилився. Хіба він не знає, що він людина, просто людина, а я?.. Я зовсім інша, вища».
Лише цей сумнів часто приходив до П'єра. Планів він також не робив тепер жодних. Йому здавалося так неймовірно майбутнє щастя, що варто було цьому відбутися, і далі нічого не могло бути. Все кінчалося.
Радісне, несподіване божевілля, якого П'єр вважав себе нездатним, оволоділо ним. Весь сенс життя, не для нього одного, але для всього світу, здавався йому таким, що полягає тільки в його любові і можливості її любові до нього. Іноді всі люди здавались йому зайнятими лише одним – його майбутнім щастям. Йому здавалося іноді, що всі вони радіють так само, як і він сам, і тільки намагаються приховати цю радість, прикидаючись зайнятими іншими інтересами. У кожному слові та русі він бачив натяки на своє щастя. Він часто дивував людей, які зустрічалися з ним, своїми значними, висловлювали таємну згоду, щасливими поглядами та усмішками. Але коли він розумів, що люди могли не знати про його щастя, він щиро шкодував їх і відчував бажання якось пояснити їм, що все те, чим вони зайняті, є досконала нісенітниця і дрібниці, що не варті уваги.
Коли йому пропонували служити або коли обговорювали якісь спільні, державні справи і війну, припускаючи, що від такого чи такого результату такої події залежить щастя всіх людей, він слухав з лагідною усмішкою, що співчуває, і дивував людей, які розмовляли з ним, своїми дивними зауваженнями. Але як ті люди, які здавалися П'єру розуміють справжній сенс життя, тобто його почуття, так і ті нещасні, які, очевидно, не розуміли цього, - всі люди в цей період часу уявлялися йому в такому яскравому світлі почуття, що сяяло в ньому, що без найменшого зусилля, він одразу, зустрічаючись з будь-якою людиною, бачив у ньому все, що було доброго і гідного кохання.
Розглядаючи справи та папери своєї покійної дружини, він до її пам'яті не відчував жодного почуття, крім жалю в тому, що вона не знала того щастя, яке він знав тепер. Князь Василь, особливо гордий тепер здобуттям нового місця та зірки, видавався йому зворушливим, добрим і жалюгідним старим.
П'єр часто потім згадував цей час щасливого божевілля. Всі судження, які він склав собі про людей та обставини за цей період часу, залишилися для нього назавжди вірними. Він не тільки не зрікався згодом цих поглядів на людей і речі, але, навпаки, у внутрішніх сумнівах і протиріччях вдавався до того погляду, який він мав у цей час безумства, і цей погляд завжди виявлявся вірним.
«Можливо,— думав він,— я здавався тоді дивним і смішним; але я тоді не був такий божевільний, як здавалося. Навпаки, я був тоді розумнішим і проникливішим, ніж будь-коли, і розумів усе, що варто розуміти в житті, тому що… я був щасливий».
Безумство П'єра полягало в тому, що він не чекав, як раніше, особистих причин, які він називав достоїнствами людей, для того, щоб любити їх, а любов переповнювала його серце, і він, так люблячи людей, знаходив безсумнівні причини, за які варто було любити їх.

З першого того вечора, коли Наташа, після від'їзду П'єра, з радісно насмішкуватою посмішкою сказала князівні Мар'ї, що він точно, ну точно з лазні, і сюртучок, і стрижений, з цієї хвилини щось приховане і їй невідоме, але непереборне прокинулося в душі Наташі.
Все: обличчя, хода, погляд, голос – раптом все змінилося в ній. Несподівані для неї самої – сила життя, надії на щастя випливли назовні та вимагали задоволення. З першого вечора Наталка наче забула все те, що з нею було. Вона з того часу жодного разу не поскаржилася на своє становище, жодного слова не сказала про минуле і не боялася робити веселі плани на майбутнє. Вона мало говорила про П'єра, але коли княжна Мар'я згадувала про нього, давно погаслий блиск запалювався в її очах і губи морщилися дивною усмішкою.
Зміна, що відбулася в Наталці, спочатку здивувала князівну Мар'ю; але коли вона зрозуміла її значення, то ця зміна засмутила її. «Невже вона так мало любила брата, що так скоро могла забути його», – думала княжна Мар'я, коли вона сама обмірковувала зміну. Але коли вона була з Наталкою, то не гнівалася на неї і не дорікала їй. Прокинута сила життя, що охопила Наташу, була, очевидно, така нестримна, така несподівана для неї самої, що княжна Марія в присутності Наташі відчувала, що вона не мала права дорікати їй навіть у душі своїй.
Наташа з такою повнотою і щирістю вся віддалася новому почуттю, що й не намагалася приховувати, що їй тепер було не сумно, а радісно і весело.
Коли, після нічного пояснення з П'єром, князівна Мар'я повернулася до своєї кімнати, Наташа зустріла її на порозі.
- Він сказав? Так? Він сказав? – повторила вона. І радісне і разом жалюгідне, вибачення за свою радість, вираз зупинився на обличчі Наташі.
- Я хотіла слухати біля дверей; але я знала, що скажеш мені.
Як не зрозумілий, який зворушливий був для княжни Марії той погляд, яким дивилася на неї Наталя; як не шкода їй було бачити її хвилювання; але слова Наташі в першу хвилину образили князівну Марію. Вона згадала про брата, про його кохання.
«Але що робити! вона не може інакше», – подумала князівна Марія; і з сумним і трохи суворим обличчям передала вона Наталці все, що сказав їй П'єр. Почувши, що він збирається до Петербурга, Наташа здивувалася.
– У Петербург? - повторила вона, ніби не розуміючи. Але, придивившись до сумного виразу обличчя княжни Марії, вона здогадалася про причину її смутку і раптом заплакала. - Марі, - сказала вона, - навчи, що мені робити. Я боюся бути поганою. Що ти скажеш, то я робитиму; навчи мене…
- Ти любиш його?
- Так, - прошепотіла Наталка.
– Про що ти плачеш? Я щаслива за тебе, – сказала княжна Мар'я, за ці сльози вибачивши вже зовсім радість Наташі.
– Це буде не скоро, колись. Ти подумай, яке щастя, коли я його дружина, а ти вийдеш за Nicolas.
- Наташа, я тебе просила не говорити про це. Будемо говорити про тебе.
Вони помовчали.
- Тільки для чого ж у Петербург! - раптом сказала Наталка, і сама ж поспішно відповіла собі: - Ні, ні, так треба... Так, Марі? Так треба…

Пройшло сім років після 12-го року. Схвильоване історичне море Європи лягло у свої береги. Воно здавалося затихлим; але таємничі сили, що рухають людство (таємничі тому, що закони, що визначають їхній рух, невідомі нам), продовжували свою дію.
Незважаючи на те, що поверхня історичного моря здавалася нерухомою, так само безперервно, як рух часу рухалося людство. Складалися, розкладалися різні групи людських зчеплень; підготовлялися причини освіти та розкладання держав, переміщень народів.
Історичне море, не як раніше, прямувало поривами від одного берега до іншого: воно вирувало в глибині. Історичні особи, не як раніше, гасали хвилями від одного берега до іншого; тепер вони, здавалося, кружляли на одному місці. Історичні особи, які раніше на чолі військ відображали наказами воєн, походів, битв рух мас, тепер відображали бурхливий рух політичними та дипломатичними міркуваннями, законами, трактатами…
Цю діяльність історичних осіб історики називають реакцією.
Описуючи діяльність цих історичних осіб, які були, на їхню думку, причиною того, що вони називають реакцією, історики суворо засуджують їх. Всі відомі люди того часу, від Олександра і Наполеона до m me Stael, Фотія, Шеллінга, Фіхте, Шатобріана та ін., проходять перед їх суворим судом і виправдовуються або засуджуються, зважаючи на те, чи сприяли вони прогресу чи реакції.
У Росії, за їх описом, у цей період часу теж відбувалася реакція, і головним винуватцем цієї реакції був Олександр I – той самий Олександр I, який, за їхніми ж описами, був головним винуватцем ліберальних починань свого царювання та порятунку Росії.
У справжній російській літературі, від гімназиста до вченого історика, немає людини, яка не кинула б свого камінця в Олександра I за неправильні вчинки його в цей період царювання.
«Він повинен був вчинити так і так. У такому разі він зробив добре, в такому погано. Він чудово поводився на початку царювання і під час 12-го року; але він вчинив погано, давши конституцію Польщі, зробивши Священний Союз, давши владу Аракчеєву, заохочуючи Голіцина та містицизм, потім заохочуючи Шишкова та Фотія. Він зробив погано, займаючись фронтовою частиною армії; він вчинив погано, розкасувавши Семенівський полк, тощо».
Треба б списати десять аркушів для того, щоб перерахувати всі ті закиди, які роблять йому історики на підставі того знання блага людства, яке вони мають.
Що означають ці закиди?
Ті самі вчинки, за які історики схвалюють Олександра I, – як то: ліберальні починання царювання, боротьба з Наполеоном, твердість, висловлена ​​ним у 12-му році, і похід 13-го року, чи не випливають з тих самих джерел – умов крові , виховання, життя, які зробили особистість Олександра тим, чим вона була, – з яких випливають і ті вчинки, за які історики осуджують його, як-от: Священний Союз, відновлення Польщі, реакція 20-х років?
У чому полягає сутність цих закидів?
У тому, що така історична особа, як Олександр I, особа, що стояла на вищому можливому ступені людської влади, ніби у фокусі сліпучого світла всіх історичних променів, що зосереджуються на ньому; особа, яка підлягала тим найсильнішим у світі впливам інтриг, обманів, лестощів, самообману, які нерозлучні з владою; обличчя, яке відчувало на собі, кожну хвилину свого життя, відповідальність за все, що відбувалося в Європі, і обличчя не вигадане, а живе, як і кожна людина, зі своїми особистими звичками, пристрастями, прагненнями до добра, краси, істини, - що це обличчя , п'ятдесят років тому, не те що не було чесно (за це історики не дорікають), а не мало тих поглядів на благо людства, які має тепер професор, який замолоду займається наукою, тобто читанням книжок, лекцій та списуванням цих книжок та лекцій в один зошит.
Але навіть припустити, що Олександр I п'ятдесят років тому помилявся у своїй думці те що, що є благо народів, мимоволі має припустити, як і історик, судящий Олександра, так само після деякого часу виявиться несправедливим, у своїй думці те що що є благо людства. Припущення це тим паче природне і потрібно, що, спостерігаючи за розвитком історії, бачимо, що з кожним роком, з кожним новим письменником змінюється думка те, що є благо людства; так що те, що здавалося благом, через десять років є злом; і навпаки. Мало того, водночас ми знаходимо в історії зовсім протилежні погляди на те, що було зло і що було благо: одні дану Польщі конституцію та Священний Союз заслуговують, інші докоряють Олександру.
Про діяльність Олександра і Наполеона не можна сказати, щоб вона була корисною або шкідливою, бо ми не можемо сказати, для чого вона корисна і для чого шкідлива. Якщо діяльність ця комусь не подобається, то вона не подобається йому тільки внаслідок розбіжності її з обмеженим розумінням його про те, що є благо. Чи є мені благом збереження в 12-му році будинку мого батька в Москві, чи слава російських військ, чи процвітання Петербурзького та інших університетів, чи свобода Польщі, чи могутність Росії, чи рівновага Європи, чи відомого роду європейське просвітництво – прогрес, я мушу визнати , що діяльність будь-якої історичної особи мала, крім цих цілей, ще інші, загальніші й недоступніші мені цілі.
Але припустимо, що так звана наука має можливість примирити всі протиріччя і має для історичних осіб і подій незмінне мірило доброго та поганого.
Припустимо, що Олександр міг зробити все інакше. Припустимо, що він міг, за приписом тих, які звинувачують його, тих, які професійують знання кінцевої мети руху людства, розпорядитися за програмою народності, свободи, рівності та прогресу (іншої, здається, ні), яку йому дали теперішні обвинувачі. Припустимо, що ця програма була б можлива і складена, і що Олександр діяв би за нею. Що ж сталося б тоді з діяльністю всіх тих людей, які протидіяли тодішньому напрямку уряду, – з діяльністю, яка, на думку істориків, гарна та корисна? Діяльності б цієї не було; життя б не було; нічого б не було.
Якщо припустити, що життя людське може керуватися розумом, то знищиться можливість життя.

Якщо допустити, як то роблять історики, що великі люди ведуть людство до досягнення відомих цілей, які перебувають або у величі Росії чи Франції, або в рівновазі Європи, або в рознесенні ідей революції, або в загальному прогресі, або в будь-чому, то неможливо пояснити явищ історії без понять про випадок та генії.

Міцний, твердий та тугоплавкий хімічний елемент сріблясто-білого кольору. Вперше метал гафній, як хімічний елемент, був відкритий в 1923 році в столиці Данії фізиками Костером і Хівеші в результаті вилуговування металевого цирконію киплячими кислотами з норвезької цирконієвої руди.

Отримані в результаті переробки хімічні речовини, що залишилися, були схильні до ретельного аналізу, і який аналіз показав, що лінії отриманої рентгенограми абсолютно точно збігаються з розрахунково-очікуваними результатами для невідомого на той час елемента №72, існування якого передбачив ще Менделєєв. Виявлений метал було запропоновано назвати гафній, віднести його до 4 групи і позначити в періодичній системі символом Hf.

Більш детальні дослідження визначили, що цей хімічний елемент завжди присутній у сполуках цирконію, але у вільній формі у природі практично не зустрічається. При цьому хімічні властивості нещодавно відкритого металу повністю ідентичні характеристикам елемента №40 - цирконію.

У цьому ж 1923 вченим вдалося вперше виділити металевий гафній з чистотою 99%. Подальші розробки дозволили знайти кілька різних способів поділу гафнію і цирконію, але вони виявилися недостатньо ефективними, та й практичного інтересу на той час не представляли.

Ситуація з роздільним отриманням цирконію та гафнію почала змінюватися з розвитком атомної енергетики. Фізичні властивості цирконію здатні забезпечити ефективне поглинання нейтронів, а домішки гафнію знижують ці показники більш ніж 20 разів. Тому спочатку поділ цих двох хімічних елементів вироблялося з метою підвищення чистоти цирконію, а гідроксид гафнію йшла як побічний відвальний продукт і спочатку виробників та металургів не зацікавила.

Фізичні властивості елемента

Тугоплавкий гафній має температуру плавлення 2222ºC та температуру кипіння 5400ºC. Його густина становить 13,31 г/см 3 . Завдяки цим фізичним якостям гафній широко використовується для виготовлення високоміцних і жаростійких матеріалів у металургії, а також як легуюча добавка для отримання нових міцних, термічно стійких і нержавіючих матеріалів.

Чистий метал пластичний і може бути схильний до гарячої і холодної обробки, добре зварюється і може бути застосований для виготовлення особливо відповідальних металевих конструкцій, вузлів і деталей.

Сплави з використанням гафнію

За своїм зовнішнім виглядом та корозійною стійкістю сплави металів гафнію та цирконію не поступаються за своїми властивостями сріблу, але значно дешевші за нього. Завдяки цьому матеріал отримав досить широке застосування в електротехніці та електроніці.

Застосування подібних сплавів та з'єднань для виготовлення зварювального обладнання та різання металу у багато разів збільшує робочий ресурс та дозволяє підвищити якість обробки заготовок.

Легований гафнієм титан та його сплави застосовують для виготовлення особливо відповідальних вузлів суднових двигунів, отримання якісних зварних швів та покращення показників корозійної стійкості металів. При додаванні всього 1% цього металу алюміній можна отримувати легкі і дуже міцні сплави.

Гафній використовують при створенні надпотужних магнітів постійного типу на основі рідкісноземельних матеріалів. Його застосовують для виготовлення багатошарових високоякісних дзеркальних матеріалів для технічних потреб та наукових досліджень.

Сьогодні ведуться розробки з використання гафнію для виготовлення надпотужних акумуляторів, які будуть здатні замінювати по 2-3 тонни бензину на кожен кілограм ваги джерела електричної енергії.

Галузь застосування

У середині XX століття для гафнію було визначено шість існуючих ізотопів, при цьому кожен з них має свою здатність до поглинання випромінювання. Цей хімічний елемент починають використовувати для виготовлення стрижнів-поглиначів при роботі ядерних реакторів. Були відкриті інші корисні властивості цього металу. І в результаті за 10 років виробництво гафнію збільшилося з 40 кг/рік до 60 тонн.

72-й хімічний елемент має високу механічну міцність, відрізняється жаростійкістю та низкою інших корисних властивостей. Тому крім ядерної енергетики гафній застосовують для;

• виробництва особливо міцних та жаростійких сплавів у металургії;
• виготовлення мікросхем та електронних приладів;
• у виробництві рентгенівських та телевізійних променевих трубок;
• нанесення захисних покриттів від дії корозії;
• виготовлення електродів у лампах розжарювання;
• сплав гафнію з танталом використовується у ракетній техніці;
• у хімічному виробництві як метал стійкий до впливу кислот, лугів та інших хімічно активних речовин.

Висока міцність та щільність гафнієвого матеріалу сприяли його застосуванню в оптиці та аерокосмічних галузях. 90% хімічного елемента №72 використовується сьогодні в ядерній енергетиці, для виготовлення елементів захисту.

Однак висока вартість гафнію обмежує його широке застосування і найчастіше використовують у вигляді тонкого захисного покриття на поверхні більш дешевих металів. Дорожнеча цих металів пояснюється трудомісткістю його отримання, а також відносно невеликими і розсіяними запасами в земній корі.

Географія видобутку цирконів

Звичайне вміст двоокису гафнію у складі цирконів вбирається у 2%, і лише найбагатші родовища Нігерії можуть містити до 5% цього мінералу. Високим вмістом цирконієвих руд, що містять гафній, відрізняються прибережні морські мілини у різних країнах світу та річкові донні відкладення. У Російській Федерації родовища цирконів розробляються на Уралі в Хібінах.

Статистичні дані про світовий рівень видобутку повідомляють про обсяги 50-60 тонн металевого гафнію та 2,5 тонни цирконію.

Технології промислового отримання гафнію

Вихідною сировиною для отримання гафнію є мінеральні цирконієві руди і в першу чергу ZrSiO 4 , в якому присутні до 2% металу за умов виробництва можуть бути заміщені атомами гафнію.

За технологією для отримання металевого гафнію і цирконію мінерали подрібнюють і змішують з матеріалом, що містить вуглецю, наприклад графітом. Після цього таку суміш подають у піч нагріту до 1800 ° C без подачі чистого повітря на горіння. При цьому гафній та цирконій з вуглецевим пилом, утворюючи карбіди та готові до подальшої технічної переробки, але вже окремо.

Потім отримані матеріали знову подрібнюють, завантажують у шахтну піч і нагрівають до 500˚C у присутності газоподібного хлору, для утворення тетрахлоридних сполук гафнію, цирконію та використання для отримання чистих металів в результаті дробової кристалізації.

По суті, на сьогоднішній день весь гафній, що виробляється, це результат попутної переробки вихідної сировини з метою отримання чистого цирконію для забезпечення реакторних технологій в ядерній енергетиці. При цьому для одержання 1 кг гафнію переробляється близько 50 кг цирконію. Тому загальні обсяги виробництва цих металів безпосередньо залежать від обсягів видобутку цирконію.

Вартість гафнію на світовому ринку

Світове лідерство у виробництві гафнію сьогодні утримують американські компанії Western Zirconium та Allegheny Technologies, а також французька Cezus. Вони значною мірою здатні вплинути на вартість цього металу на світовому ринку, яка сьогодні в середньому становить близько 710 USD/кг.

У Росії гафній можна купити у вигляді металевого листа, дроту, дроту, виливків або порошку. У чистому вигляді цей матеріал поширений менш широко і найчастіше застосовують у вигляді спеціальних сплавів або хімічних сполук.