هافنیم

هافنیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Hf و عدد اتمی 72 می باشد. هافنیم که فلزی انتقالی، خاکستری رنگ، چهار ظرفیتی و جزو عناصر واسطه است از نظر شیمیایی شبیه زیرکونیم بوده و در کانی های زیرکونیم یافت می شود. این عنصر در آلیاژهای تنگستن موجود در الکترودها و افروزه های لامپ مورد استفاده قرارگرفته و نیز در میله های کنترل اتمی بعنوان جذب کننده نوترون عمل می کند.

خصوصیات قابل توجه

هافنیم فلزی است چکش خوار و به رنگ نقره ای براق که در برابر فرسودگی مقاوم بوده و از نظر شیمیایی مانند زیرکونیم است. ویژگی های هافنیم به طور چشمگیری تحت تاثیر ناخالصی های زیرکونیم است و این دو عنصر در زمره مشکل ترین عناصر از نظر تفکیک می باشند.

تنها تفاوت قابل توجه بین این دو عنصر، چگالی آن ها است (چگالی زیرکونیم نصف هافنیم می باشد). کاربید هافنیم مقاوم ترین ترکیب دوبنیانی شناخته شده در برابر حرارت است و نیترید هافنیم با نقطه ذوب c3310 ا ز تمامی نیتریدهای فلزی شناخته شده دیرگدازتر می باشد. این فلز نسبت به قلیایی های غلیظ هم مقاوم است اما هالوژنها با آن واکنش کرده تولید تتراهالید های هافنیم می کنند. هافنیم در دماهای بالاتر با اکسیژن، نیتروژن، کربن، بورون، گوگرد و سیلیکون واکنش می کند.

ایزومر اتمی Hf-2-178 منبعی پر انرژی برای اشعه های گاما بوده واستفاده از آن به عنوان منبع نیرو برای لیزرهای اشعه گاما در دست بررسی می باشد.

کاربردها

به علت توانایی هافنیم در جذب نوترون ،خصوصیات مکانیکی بسیار خوب آن و ویژگی مقاومت استثنایی آن در برابر فرسودگی از این عنصر در ساخت میله های کنترل اتمی نظیر آنچه در زیردریائی های اتمی وجود دارد استفاده می شود ( واکنش سنجی جذب حرارتی نوترون آن نزدیک به 600 برابر زیرکونیم است).

کاربردهای دیگر آن:

• در لامپ های گازی و برقی استفاده می شود.
• برای پالایش اکسیژن و نیتروژن
• در آلیاژهای آهن، تیتانیم، نیوبیم، تانتالیم و فلزات دیگر.

تاریخچه

هافنیم را ( از واژه لاتین Hafnia برای کپنهاک) Dirk Coster و Georg von Hevesy سال 1923 در کپنهاک دانمارک کشف کردند. کمی بعد از آن با استفاده از نظریه بور احتمال پیوند این عنصر تازه کشف شده با زیرکونیم پیش بینی شد و سرانجام از طریق تحلیل طیف نمای اشعه X در نروژ، هافنیم را در زیرکن کشف نمودند.

Jantzen و von Hevesy با روش تبلورسازی های پی در پی فلوریدهای آمونیم یا پتاسیم دو ارزشی، هافنیم را از زیرکونیم جدا کردند. Jan Hendrik deBoer وAnton Eduard Van Arkel با عبور بخار تترایدید از روی یک مفتول تنگستن داغ شده برای اولین بارموفق به تهیه هافنیم فلزی شدند.

پیدایش

هافنیم به صورت ترکیب با ترکیبات طبیعی زیرکونیم یافت می شود اما هرگز به شکل آزاد در طبیعت وجود ندارد. کانی هایی که حاوی زیرکونیم می باشند مانند:

alvite(Hf,Th,ZrSiO4H))2((O)thortveitite وzircon)ZrSiO4) معمولاً دارای 1 و 5 درصد هافنیم هستند.

خواص شیمیایی نسبتاً مشابه هافنیم و زیرکونیم باعث مشکل شدن جداسازی این دو عنصر گشته است. تقریباً نیمی از کل فلز هافنیم تولید شده از طریق پالایش یک محصول جانبی زیرکونیم بدست می آید که این کار در فرآیند کرول بوسیله کاهش تتراکلرید هافنیم با منیزیم یا سدیم انجام می شود.

هشدارها

در موقع برش هافنیم باید بسیار دقت کرد چون هنگام تبدیل آن به قطعات کوچک، آتشگیر است و می تواند خود به خود در مجاورت هوا محترق شود. بیشتر مردم به ندرت با ترکیباتی که دارای این فلز هستند مواجه می شوند و فلز خالص آن عموماً سمی نمی باشد اما با تمامی ترکیبات آن باید به گونه ای رفتار شود که گویی سمی هستند (اگرچه خطر دسترسی افراد به آن ها بسیار کم است).

مرکز یادگیری سایت تبیان - تنظیم: مریم فروزان کیا