Hafnium

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Hafnium ( ˈhæfniəm ) est un élément chimique qui a l'à haute fréquence du symbole et le nombre atomique 72 de . Un brillant, le métal de transition quadrivalent de du gris argenté , hafnium ressemble au zirconium chimiquement et on le trouve en minerais de de zirconium que l'hafnium de est employé en alliages du tungstène dans les filaments et des électrodes dans des circuits intégrés comme isolateur de porte pour les transistors , et comme amortisseur du neutron dans des barres de commande aux centrales nucléaires

Caractéristiques notables

L'hafnium est un argenté brillant, le métal malléable du qui est la corrosion résistante et chimiquement semblable au zirconium . Les propriétés physiques du de l'hafnium sont nettement affectées par des impuretés de zirconium, et ces deux éléments sont parmi les plus difficiles à séparer. Une différence physique notable entre eux est leur densité (zirconium étant environ la moitié aussi dense que l'hafnium), mais chimiquement les éléments sont extrêmement semblables.

La propriété physique la plus notable de l'hafnium est qu'elle a très un haut neutron-capturent la section transversale, et plusieurs isotopes des noyaux d'hafnium peuvent absorber les neutrons multiples. Ceci fait à hafnium un bon matériel pour l'usage dans les barres de commande pour le les réacteurs que nucléaires ses neutron-capturent la section transversale est environ 600 fois qui du zirconium. (D'autres éléments qui sont de bons neutron-amortisseurs pour des barres de commande sont le cadmium et le bore .)

La séparation de l'hafnium et du zirconium devient très importante dans l'industrie nucléaire, puisque le zirconium est un bon métal de revêtement de carburant-tige, avec les propriétés souhaitables d'une section transversale très basse de capture de neutrons, et une bonne stabilité chimique à températures élevées. Cependant, en raison des propriétés de neutron-absorption de l'hafnium, les impuretés d'hafnium en zirconium le rendraient loin moins utile pour des applications de matériels pour réacteur nucléaire. Ainsi une séparation presque-complète de zirconium et d'hafnium est nécessaire pour leur usage dans l'énergie nucléaire.

Le carbure d'hafnium de est la plupart de composé binaire réfractaire du connu, avec un °C du point de fusion >3890, et la nitrure d'hafnium est plus le réfractaire de toutes les nitrures connues en métal, avec un point de fusion du °C de 3310 . Ceci a mené aux propositions qui l'hafnium ou ses carbures pourrait être utiles comme matériaux de construction qui sont soumis très aux températures.

Le métal est résistant aux alcalis concentrés mais les halogènes réagissent avec lui aux tetrahalides d'hafnium de forme. Il est notable parce qu'il a l'énergie d'excitation la plus élevée de n'importe quel isomère comparablement longévital de n'importe quel élément. Un gramme de Hf-178-m2 pur contiendrait approximativement 1330 les megajoules de l'énergie, l'équivalent d'éclater environ 317 kilogrammes (700 livres) de TNT . Les applications possibles exigeant un tel stockage de l'énergie fortement concentré sont d'intérêt. Par exemple, il a été étudié comme source d'énergie possible pour les lasers de rayon gamma

Applications

L'hafnium est employé pour faire des barres de commande pour les réacteurs nucléaires en raison de sa capacité d'absorber les neutrons (sa section transversale thermique d'absorption de neutrons est presque 600 fois cela du zirconium), les excellentes propriétés mécaniques et les propriétés exceptionnelles de corrosion-résistance.

Autre emploie :

dans des lampes à incandescence pleines de gaz et de pour l'oxygène et l'azote de balayage,
Comme électrode dans le découpage de plasma de en raison de sa capacité de jeter des électrons dans l'air,
et en fer , le titane , le niobium , le tantale , et tout autre en métal allie
Un composé hafnium-basé est utilisé dans des isolateurs de la porte dans le 45 ; génération de nanomètre des circuits intégrés du Intel , du IBM et de d'autres. L'hafnium oxyde-a basé des composés sont les Hauts-k diélectriques pratique permettant la réduction du courant de fuite de porte qui améliore l'exécution à de telles balances.
Le DARPA avait par intermittence placé des programmes aux USA pour déterminer la possibilité d'employer un nucléide isomère de l'hafnium (le Hf-178-m2 mentionné ci-dessus) pour construire de petites, hautes armes de rendement avec le rayon X simple déclenchant le mechanisms&mdash ; une application de a induit l'émission gamma . Ce travail suit plus de deux décennies de recherche fondamentale d'une communauté internationale dans les moyens de libérer l'énergie stockée sur la demande. Il y a opposition considérable à ce programme, toutes les deux parce que l'idée peut ne pas fonctionner, et parce que les pays uninvolved pourraient percevoir un " imaginé ; gap" d'arme d'isomère ; cela justifierait leur autres développement et stockage des armes nucléaires conventionnelles. Une proposition relative est d'employer le même isomère pour actionner les véhicules aériens touchés par , qui pourraient rester aéroportés pendant des semaines à la fois.

Histoire

Les 1869 la table que périodique par le Mendeleev a eu implicitement le ont prévu l'existence d'un analogue plus lourd du titane et du zirconium , mais en 1871 Mendeleev a placé le lanthane dans cette tache.

L'existence d'un espace dans la table périodique pour a à être encore l'élément découvert 72 a été prévue par le Henry Moseley en 1914. L'hafnium a été appelé pour le nommé latin du Hafnia pour le " ; " de Copenhague ; , la ville natale du Niels Bohr . Il a été découvert par le Dirk Coster et le Georg von Hevesy dans le 1923 à Copenhague, Danemark , validant la prévision 1869 originale de Mendeleev. Bientôt ensuite, le nouvel élément a été prévu pour être associé au zirconium en employant les théories de Bohr de l'atome, et on l'a finalement trouvé dans le Zircon par l'analyse de la spectroscopie du rayon X dans le Norvège .

L'hafnium a été séparé du zirconium par la recristallisation répétée du double ammonium ou des fluorures du potassium par Jantzen et von Hevesey. L'hafnium métallique a été préparé la première fois par le Anton Eduard van Arkel et janv. Hendrik de Boer en passant la vapeur de tétra-iodure d'hafnium au-dessus d'un filament heated du tungstène . Ce processus pour la purification différentielle du Zr et de l'à haute fréquence est encore en service aujourd'hui.

La faculté de de la Science de l'université de des utilisations de Copenhague dans son joint une image stylisée d'hafnium.

Occurrence

On estime que l'hafnium compose environ 0.00058% de la croûte supérieure de s de la terre 'en poids. On le trouve combiné dans les composés normaux du zirconium mais il n'existe pas comme élément libre en nature. Minerais qui contiennent le zirconium, tel que l'alvite [[thorium|Le Th], le Thortveitite du H₂O] du SI [[l'oxygène O]] ₄ du Zr ) de , et le Zircon (ZrSiO₄) de , contiennent habituellement entre l'hafnium de 1 et de 5%. L'hafnium et le zirconium ont une chimie presque identique, qui rend les deux difficiles à séparer. Environ la moitié de tout le métal d'hafnium construit est produite comme sous-produit d'amélioration de zirconium. Ceci est fait en réduisant l'hafnium de (IV) chlorure avec du magnésium ou sodium dans le Kroll de processus.

Une source importante des minerais de zircon (et par conséquent hafnium) sont les gisements de minerai lourds de sables de minerai , les pegmatites en particulier dans le Brésil et le Malawi , et les intrusions de la carbonatite en particulier le gisement polymétallique de couronne à la soudure de bâti, Australie occidentale. Une source potentielle d'hafnium est des tufs de trachyte contenant le rare Eudialyte de silicates de zircon-hafnium ou le Armostrongite , au Dubbo en Nouvelle-Galles du Sud, Australie.

Précautions

Le soin doit être pris en usinant l'hafnium parce que, comme son zirconium en métal de soeur, quand l'hafnium est divisé en particules fines, c'est le pyrophorique et peut mettre à feu spontanément en air (voir le souffle du dragon de pour une démonstration). Des composés qui contiennent ce métal sont rarement produits par la plupart des personnes. Le métal pur n'est pas considéré toxique, mais des composés d'hafnium devraient être manipulés comme si ils sont toxiques parce que les formes ioniques de métaux sont normalement au plus grand risque pour la toxicité, et l'expérimentation animale limitée a été faite pour des composés d'hafnium.

Isotopes

voient également : Isotopes de l'hafnium

Composés

voient également :

Voir également

Nucléide isomère
Émission gamma induite par
Zircon

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