هفنيوم

(تم التحويل من هافنيوم)
72 لوتتيومهافنيومتنتالوم
Zr

Hf

Rf
Hf-TableImage.png
صفات عامة
الإسم, الرقم, الرمز هافنيوم, Hf, 72
سلاسل كيميائية فلزات انتقالية
المجموعة, الدورة, المستوى الفرعي d , 6 , 4
المظهر فولاذي رمادي
Hafnium bits.jpg
كتلة ذرية 178.49(2) g/mol
شكل إلكتروني [Xe] 6s2 4f14 5d2
عدد الإلكترونات لكل مستوى 2, 8, 18, 32, 10, 2
خواص فيزيائية
الحالة صلب
كثافة عندح.غ. 13.31 ج/سم³
كثافة السائل عند m.p. 12 ج/سم³
نقطة الإنصهار 2506 ك
2233 م °
4051 ف °
نقطة الغليان 4876 ك
4603 م °
8317 ف °
حرارة الإنصهار kJ/mol 27.2
حرارة التبخر kJ/mol 571
السعة الحرارية (25 25.73 C (م) ° ( J/(mol·K
ضغط البخار
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
at T/K 2689 2954 3277 3679 4194 4876
الخواص الذرية
البنية البللورية سداسية
حالة التأكسد 4
(اكسيد أمفوتيري)
سالبية كهربية 1.3 (مقياس باولنج)
طاقة التأين
(المزيد)
1st: 658.5 kJ/mol
2nd: 1440 kJ/mol
3rd: 2250 kJ/mol
نصف قطر ذري 155 pm
نصف قطر ذري (حسابيا) 208 pm
نصف القطر التساهمي 150 pm
متفرقة
الترتيب المغناطيسي no data
مقاومة كهربية 20 °C 331 nΩ·m
توصيل حراري (300 K ك ) 23.0
(W/(m·K)
تمدد حراري (25 °C) 5.9 µm/(m·K)
سرعة الصوت (قضيب رفيع) (20 °م) 3010 m/s
معامل يونج 78 GPa
معامل القص 30 GPa
معاير الحجم 110 GPa
نسبة بواسون 0.37
صلابة موس 5.5
رقم فيكرز للصلادة 1760 MPa
رقم برينل للصلادة 1700 MPa
رقم التسجيل 7440-58-6
النظائر المهمة
المقالة الرئيسية: نظائر الهفنيوم
نظ ت.ط. عمر النصف طر.إ. طا.إ.MeV ن.إ.
172Hf syn 1.87 y ε 0.350 172Lu
174Hf 0.162% 2×1015 y α 2.495 170Yb
176Hf 5.206% Hf يكون ثابت وله 104 نيوترون
177Hf 18.606% Hf يكون ثابت وله 105 نيوترون
178Hf 27.297% Hf يكون ثابت وله 106 نيوترون
178m2Hf syn 31 y IT 2.446 178Hf
179Hf 13.629% Hf يكون ثابت وله 107 نيوترون
180Hf 35.1% Hf يكون ثابت وله 108 نيوترون
182Hf syn 9×106 y β 0.373 182Ta
المراجع

هفنيوم Hafnium (ونطقه حسب IPA: /ˈhæfniəm/) هو عنصر كيميائي في الجدول الدوري ورمز Hf وله رقم ذري 72. والهافنيوم فلز انتقالي براق، رمادي فضي رباعي التكافؤ. الهافنيوم يشابه كيميائياً الزركنيوم ويتواجد في أملاح الزركونيوم. ويستخدم الهافنيوم في سبائك التنجستن في الفتائل والإلكترودات ويعمل كممتص للنيوترونات في قضبان التحكم في مفاعلات الطاقة النووية.

وهو معدن له مظهر الفولاذ، رمزه الكيمياوي Hf، عدده الذري 72؛ وهو أحد عناصر الفصيلة الثانوية IVB (أو 4) التي تضم إضافة إليه التيتانيوم والزركونيوم والرذرفورديوم. تحوي ذرته في طبقتها الإلكترونية الخارجية الكترونين s وفي الطبقة التي تليها إلكترونين d. وعليه فإن تكافؤه يجب أن يأخذ - نظرياً- القيم من 1 إلى 4؛ إلا أن هذا لا يتحقق عملياً إذ لا تعرف للهفنيوم في تكافؤاته 1 و2 و3 سوى مركبات قليلة العدد. فثبات التكافؤات الدنيا يتناقص من التيتانيوم حتى الهفنيوم مع ازدياد ثبات التكافؤ (4). كما تتناقص شدة الخاصة الحمضية لأكاسيدها بالترتيب نفسه مع ازدياد الخاصة الأساسية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الخصائص

الخصائص الفيزيائية

فلز الهافنيوم


الخصائص الكيميائية

انظر أيضا تصنيف: مركبات الهفنيوم
ثاني أكسيد الهفنيوم

درجة أكسدته الأثبت +4، وتتأكسد مركّباته بدرجات الأكسدة الأخرى (+2 و+3) بسرعة متحولة إلى MIV بفعل الهواء أو الماء أو مواد أخرى. وتكون الطاقة اللازمة لإزاحة أربعة إلكترونات كبيرة؛ لذا لا وجود للأيون M+4، فمركّباته بدرجة الأكسدة +4 ذات طبيعة مشتركة.

لذرتي الهفنيوم والزركونيوم نصفا قطر متماثلان، كما أن لأيونيها نصفي قطر متماثلين لانكماش نصف القطر الذري الحاصل في زمرة اللانتانيوم. لذلك كان السلوك الكيمياوي لهما متشابهاً لدرجة كبيرة، فهما يتشابهان أكثر من أي عنصرين آخرين في الجدول الدوري.

الهفنيوم خامل كيمياوياً عند الدرجة العادية من الحرارة. أما عند الدرجات المرتفعة فهو شديد النشاط؛ إذ لا يقتصر نشاطه على التفاعل مع الهالوجينات مكوناً الهاليدات MX4 والأكسجين والكبريت فقط، وإنما يتفاعل مع الكربون والآزوت (النتروجين) كذلك. وهو يحترق في جو من الأكسجين عند تسخينه إلى درجة التوهج (أعلى من 600 ْس).

الخصائص الكيميائية للهفنيوم.

النظائر

التواجد

Zircon crystal (2×2 cm) from Tocantins, Brazil

يصادف الهفنيوم غالباً في فلزات الزركونيوم بنسبة 1-3٪، والزركونيوم تبلغ نسبته في القشرة الأرضية 0.025٪ وزناً، ويأتي في المرتبة الخامسة والأربعين بسعة انتشاره بين العناصر في القشرة الأرضية.

الزركونيوم والهفنيوم متشابهان كيمياوياً شبهاً كبيراً، ولهذا فهما يحضّران معاً، ومن ثم يفصل أحدهما عن الآخر.

بنيته الإلكترونية [Xe]6s2 4f14 5d2 أو 2-8-18-32-10-2، كتلته الذرية النسبية: 178.49، كتلته الحجمية 13.31غ/سم3، درجة انصهاره 2222 ْس، درجة غليانه 5200 ْس، نصف قطر ذرته 158.05 بيكومتر، نصف قطر الأيون Hf4+ ن84 بيكومتر، وهو يقبل الطرق والسحب.

يستعمل الهفنيوم بسبب ارتفاع درجة انصهاره وشدة إشعاعه للإلكترونات في صنع مساري المصابيح الإلكترونية وأشرطة التوهج، كما أنه يدخل في تركيب سبائك ذات درجات انصهار عالية مع الحديد والنيكل، وهو يستعمل في التقانة الإلكترونية بسبب شدة تفاعله مع النترونات، ويستعمل أكسيده HfO2 لصنع زجاج ذي قرينة انكسار عالية. سبيكته Ta4HfC5 لها أعلى درجة انصهار بين المواد المعروفة جميعها (4215 ْس) وسبيكته (88٪ تنتاليوم و9.6٪ تنجستن و2.4٪ هفنيوم) غالية جداً؛ إذ إنها تستعمل في مجال واسع من درجات الحرارة.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الانتاج

Melted tip of a hafnium consumable electrode used in an ebeam remelting furnace


A lump of hafnium which has been oxidized on one side and exhibits thin film optical effects.

المركبات الكيميائية

الأكسيد HfO2 مادة بيضاء صعبة الانصهار والانحلال في الماء أو في الحموض والأسس الممددة. ينحل بسهولة في HF أو القلويات المصهورة. ولصعوبة انحلال الأكسيد MO2 في الماء لايمكن الحصول على الهدروكسيد Hf(OH)4 مباشرة، فيحصل عليه مثلاً بتفاعل القلويات مع الهاليدات مثل HfCl4، وتغلب على أكسيده الخواص الأساسية، فالهدروكسيد Hf(OH)4 ينحل في الحموض القوية.[1]

هاليداته لها الصيغة العامة HfX4 ويحصل عليها بحرق مزيج من الأكسيد الموافق للمعدن مع الكربون في جو من الهالوجين. ويحدث التفاعل حسب المعادلة:

رباعي كلوريد الهفنيوم ملح نموذجي، وجميع هاليدات الهفنيوم تنحل جيداً بالماء باستثناء HfF4. وتكوِّن هاليداته جميعها معقدات[ر: المعقَّد] صيغتها العامة A2[HfX6] حيث A معدن أحادي التكافؤ. وهذه المعقدات تتبلور جيداً، وتتحلمه (تتحلل بالماء) أقل بكثير من الهاليدات البسيطة؛ مما يدل على ثبات الأيونات المعقّدة [MX6]2- في المحاليل. معقداته جميعها لا لون لها. وتتناقص درجة ثبات هاليداته ابتداء من الفلور حتى اليود. ويكوِّن الهفنيوم - إضافة إلى المعقَّدات A2[HfX6] - عقدات أخرى صيغتها: A3[HfF7] وA4[HfF8]، وA5[HfF9] حيث يكون العدد التساندي فيها 7 و8 و9 على الترتيب.

التاريخ

Photographic recording of the characteristic X-ray emission lines of some elements

اكتشفه عام 1923 الكيميائي المجري گيورگ ڤون هڤسي Georg von Hevesy ت(1885-1966) بالاشتراك مع الفيزيائي الهولندي ديرك كوستر Dirk Coster، وكان ذلك بعد قرن تقريباً من اكتشاف الزركونيوم عام 1789. وذلك بعد أن تنبأ نيلز بور Niels Bohr أن العنصر 72 سيشبه الزركونيوم في بنيته، ولذلك بحث مكتشفاه عنه في خامات الزركونيوم. واشتق اسمه من هافنيا Hafnia الاسم اللاتيني كوپنهاگن حيث اكتشف العنصر.

التطبيقات

المفاعلات النووية

يستخدم الهفنيوم مع الزركونيوم في المفاعلات النووية لتغطية أقطاب اليورانيوم.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

السبائك

Hafnium-containing rocket nozzle of the Apollo Lunar Module in the lower right corner



المعالجات

استخدمات أخرى

السمية

معدن الهفنيوم لا يسبب أية اضطرابات، لكن مركباته يشار إليها على أنها سامة وبالرغم من ذلك فإن عوامل الخطورة محدودة. هذا المعدن غير قابل للذوبان في الماء، أو المحاليل الملحية (السلاين) أو في المواد الكيميائية بالجسد. التعرض لهذا المعدن من خلال التنفس أو التلامس عن طريق العين أو الجلد أو الطعام. التعرض المفرط لمعدن الهفنيوم أو مركباته يسبب استثارة معتدلة للأعين أو الجلد أو الغشاء المخاطى للحيوانات المعملية. لا توجد أية أعراض أو علامات للتعرض المزمن للهفنيوم للإنسان، أو حدوث حالات للتسمم إذا تم تناوله من خلال الأطعمة.[2]:


انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ موفق شخاشيرو. "الهفنيوم". الموسوعة العربية. Retrieved 2012-03-26.
  2. ^ المعادن الثقيلة.. سموم بيئية، فيدو

المراجع

  • هيام بيرقدار، الكيمياء اللاعضوية 2 (مطبعة محمد هاشم الكتبي، 1391هـ/1971م).
  • MARY ELVIRA WEEKS, Discovery of the Elements (Mack Printing Company 1956).

وصلات خارجية