【汇旺担保】 铪

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[拼音]:ha

[英文]:hafnium

一种化学元素,化学符号Hf,原子序数72,原子量178.49,属周期系ⅣB族。

发现

1923年,瑞典化学家G.C.de赫维西和荷兰物理学家D.科斯特在挪威和格陵兰所产的锆石中发现铪元素,并命名为 hafnium,它来源于哥本哈根城的拉丁名称 Hafnia。1925年,赫维西和科斯特用含氟络盐分级结晶的方法分离掉锆、钛,得到纯的铪盐;并用金属钠还原铪盐,得到纯的金属铪。

存在

铪在地壳中的含量为4.5×10-4%。在自然界中,铪常与锆伴生。锆石中铪与锆的平均原子比约为0.02,只有在少数矿砂中铪的含量稍高,如在矽铁锆矿中含铪13.6%,钪钇石中含铪2.7%。

天然存在六种铪的稳定同位素:铪174、铪176、铪177、铪178、铪179、铪180。

物理性质

铪为银灰色的金属,有金属光泽;熔点2 227℃,沸点4602℃,密度13.31克/厘米3(20℃)。金属铪有两种变体:α铪为六方密堆积变体(<1750℃);β铪为立方变体(>1750℃),其转变温度比锆高。金属铪在高温下有同素异形变体存在。金属铪有较高的中子吸收截面,可用作反应堆的控制材料。

化学性质

铪的电子构型为(Xe)4f145d26s2,氧化态有+2、+3、+4。铪的化学性质与锆十分相似,具有良好的抗腐蚀效能,不易受一般酸碱水溶液的侵蚀;易溶于氢氟酸而形成氟合配合物。高温下,铪也可以与氧、氮等气体直接化合,形成氧化物和氮化物。

铪在化合物中常呈 +4价。主要的化合物是氧化铪HfO2。氧化铪有三种不同的变体:将铪的硫酸盐和氯氧化物持续煅烧所得的氧化铪是单斜变体;在400℃左右加热铪的氢氧化物所得的氧化铪是四方变体;若在 1000℃以上煅烧,可得立方变体。另一个化合物是四氯化铪,它是制备金属铪的原料,可由氯气作用于氧化铪和碳的混合物制取。四氯化铪与水接触,立即水解成十分稳定的HfO(4H2O)2+离子。HfO2+离子存在于铪的许多化合物中,在盐酸酸化的四氯化铪溶液中可结晶出针状的水合氯氧化铪HfOCl2·8H2O晶体。

4价铪还容易与氟化物形成组成为 K2HfF6、K3HfF7、(NH4)2HfF6、(NH4)3HfF7的配合物。这些配合物曾用于锆、铪分离。

制法

最早分离锆、铪的方法是含氟络盐的分级结晶和磷酸盐的分级沉淀。这些方法操作麻烦,仅限于实验室使用。近来陆续出现了分级蒸馏、溶剂萃取、离子交换和分级吸附等分离锆、铪的新技术,其中以溶剂萃取法较有实用价值。常用的两种分离体系是硫氰酸盐-异己酮体系和磷酸三丁酯-硝酸体系。以上方法所得产品都是氢氧化铪,通过煅烧可得纯的氧化铪。高纯度的铪可以用离子交换法取得。

工业上,金属铪的生产常常并用克罗尔法和德博尔-阿克尔法。克罗尔法是用金属镁还原四氯化铪:

2Mg+HfCl4─→2MgCl2+Hf

德博尔-阿克尔法即碘化法,用此法提纯海绵状铪,得到可延展的金属铪。

应用

金属铪强度适中,抗腐蚀性好,中子吸收能力高,大量用于原子能工业。铪还可用作灯丝和X射线管的阴极材料。铪可以生成多种合金。铪与钨或钼的合金可做高压放电管的电极,含0.5%铪的镍铬合金可作电热丝。铪还可做贱金属的表面包膜。

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