Hafniyum

Bilgibank, Hoşgeldiniz
Gezinti kısmına atla Arama kısmına atla
Hafniyum, 72Hf
Hafniyum
Hafniyum
Telaffuz/ˈhæfniəm/ (HAF-nee-əm)
GörünümÇelik grisi
Standart atom ağırlığı Ar, std(Hf)178.486(6)[1]
Periyodik tablodaki Hafniyum
Hidrojen (diyatomik ametal)
Helyum (soy gaz)
Lityum (alkali metal)
Berilyum (toprak alkali metal)
Bor (yarı metal)
Karbon (ametal)
Nitrojen (diyatomik ametal)
Oksijen (diyatomik ametal)
Flor (diyatomik ametal)
Neon (soy gaz)
Sodyum (alkali metal)
Magnezyum (toprak alkali metal)
Alüminyum (zayıf metal)
Silikon (yarı metal)
Fosfor (ametal)
Sülfür (ametal)
Klor (diyatomik ametal)
Argon (soy gaz)
Potasyum (alkali metal)
Kalsiyum (toprak alkali metal)
Skandiyum (geçiş metali)
Titanyum (geçiş metali)
Vanadyum (geçiş metali)
Krom (geçiş metali)
Manganez (geçiş metali)
Demir (geçiş metali)
Kobalt (geçiş metali)
Nikel (geçiş metali)
Bakır (geçiş metali)
Çinko (geçiş metali)
Galyum (zayıf metal)
Germanyum (yarı metal)
Arsenik (yarı metal)
Selenyum (ametal)
Brom (diyatomik ametal)
Kripton (soy gaz)
Rubidyum (alkali metal)
Stronsiyum (toprak alkali metal)
İtriyum (geçiş metali)
Zirkonyum (geçiş metali)
Niyobyum (geçiş metali)
Molibden (geçiş metali)
Teknesyum (geçiş metali)
Rutenyum (geçiş metali)
Rodyum (geçiş metali)
Paladyum (geçiş metali)
Gümüş (geçiş metali)
Kadmiyum (geçiş metali)
İndiyum (zayıf metal)
Kalay (zayıf metal)
Antimon (yarı metal)
Tellür (yarı metal)
İyot (diyatomik ametal)
Ksenon (soy gaz)
Sezyum (alkali metal)
Baryum (toprak alkali metal)
Lantan (lantanit)
Seryum (lantanit)
Praseodim (lantanit)
Neodimyum (lantanit)
Promethium (lantanit)
Samaryum (lantanit)
Evropiyum (lantanit)
Gadolinyum (lantanit)
Terbiyum (lantanit)
Disporsiyum (lantanit)
Holmiyum (lantanit)
Erbiyum (lantanit)
Tulyum (lantanit)
İterbiyum (lantanit)
Lutesyum (lantanit)
Hafnium (geçiş metali)
Tantal (geçiş metali)
Tungsten (geçiş metali)
Renyum (geçiş metali)
Osmiyum (geçiş metali)
İridyum (geçiş metali)
Platin (geçiş metali)
Altın (geçiş metali)
Cıva (geçiş metali)
Talyum (zayıf metal)
Kurşun (zayıf metal)
Bizmut (zayıf metal)
Polonyum (zayıf metal)
Astatin (yarı metal)
Radon (soy gaz)
fransiyum (alkali metal)
Radyum (toprak alkali metal)
Aktinyum (aktinit)
Toryum (aktinit)
Protaktinyum (aktinit)
Uranyum (aktinit)
Neptunyum (aktinit)
Plütonyum (aktinit)
Amerikyum (aktinit)
Küriyum (aktinit)
Berkelyum (aktinit)
Kaliforniyum (aktinit)
Aynştaynyum (aktinit)
Fermiyum (aktinit)
Mendelevyum (aktinit)
Nobelyum (aktinit)
Lavrensiyum (aktinit)
Rutherfordiyum (geçiş metali)
Dubniyum (geçiş metali)
Seaborgiyum (geçiş metali)
Bohriyum (geçiş metali)
Hassiyum (geçiş metali)
Meitneriyum (bilinmeyen kimyasal özellikler)
Darmstadtiyum (bilinmeyen kimyasal özellikler)
Röntgenyum (bilinmeyen kimyasal özellikler)
Kopernikyum (geçiş metali)
Ununtrium (bilinmeyen kimyasal özellikler)
Flerovyum (zayıf metal)
Ununpentium (bilinmeyen kimyasal özellikler)
Livermorium (bilinmeyen kimyasal özellikler)
Ununseptium (bilinmeyen kimyasal özellikler)
Ununoctium (bilinmeyen kimyasal özellikler)
Zr

Hf

Rf
lutesyumhafniyumtantal
Atom numarası (Z)72
Grup4. grup
Periodperiyot 6
Blokd-blok
Element kategorisi  Geçiş metali
Elektron konfigürasyonu[Xe] 4f14 5d2 6s2
Kabuk başına elektron2, 8, 18, 32, 10, 2
Fiziksel özellikler
 STP de Fazkatı
Erime noktası2506 K ​(2233 °C, ​4051 °F)
Kaynama noktası4876 K ​(4603 °C, ​8317 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)13.31 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)12 g/cm3
Isı entalpisi27.2 kJ/mol
Buharlaştırma ısı648 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi25.73 J/(mol·K)
Buhar basıncı
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
at T (K) 2689 2954 3277 3679 4194 4876
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları−2, +1, +2, +3, +4 (bir amfoterik oksit)
ElektronegatiflikPauling ölçeği: 1.3
İyonlaşma enerjisi
  • 1.: 658.5 kJ/mol
  • 2.: 1440 kJ/mol
  • 3.: 2250 kJ/mol
Atom yarıçapıdeneysel: 159 pm
Kovalent yarıçapı175±10 pm
Görünür hafniyum tayfı
hafniyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapıyakın altıgen paketleme (hcp)
Hexagonal close packed
Sesin hızı kalay çubuk3010 m/s (20 °C)
Termal Genleşme5.9 µm/(m·K) (25 °C)
Termal iletkenlik23.0 W/(m·K)
Elektriksel direnç331 nΩ·m (20 °C)
Manyetik sıralamaparamanyetik[2]
Manyetik alınganlık+75.0·10−6 cm3/mol (298 K'da)[3]
Young modülü78 GPa
Kayma modülü30 GPa
Bulk modülü110 GPa
Poisson oranı0.37
Mohs sertliği5.5
Vickers sertliği1520–2060 MPa
Brinell sertliği1450–2100 MPa
CAS Numarası7440-58-6
Tarihçe
AdlandırmaHafnia'dan sonra. Latince: Kopenhag'ın keşfedildiği yer
TahminiDmitri Mendeleev (1869)
Keşfeden ve ilk izolasyonDirk Coster ve George de Hevesy (1922)
hafniyum ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma
172Hf syn 1.87 y ε 172Lu
174Hf 0.16% 2×1015 y α 170Yb
176Hf 5.26% kararlı
177Hf 18.60% kararlı
178Hf 27.28% kararlı
178m2Hf syn 31 y IT 178Hf
179Hf 13.62% kararlı
180Hf 35.08% kararlı
182Hf syn 8.9×106 y β 182Ta
| referanslar

Hafniyum,sembolü Hf ve atom numarası 72 olan kimyasal bir elementtir. Parlak, gümüşi gri, dört değerlikli geçiş metali olan hafniyum, kimyasal olarak zirkonyuma benzer ve birçok zirkonyum mineralinde bulunur. Varlığı, 1869'da Dmitri Mendeleev tarafından tahmin edildi, ancak 1923'e kadar Coster ve Hevesy tarafından tanımlanmadı ve keşfedilecek son kararlı unsur oldu. Hafnium adını, keşfedildiği Kopenhag'ın Latince adı olan Hafnia'dan almıştır.

Hafniyum, filamentlerde ve elektrotlarda kullanılır. Bazı yarı iletken üretim süreçleri, oksitini 45 nm ve daha küçük özellik uzunluklarında entegre devreler için kullanır. Özel uygulamalar için kullanılan bazı süper alaşımlar, niyobyum, titanyum veya tungsten ile kombinasyon halinde hafniyum içerir.

Hafniyum'un geniş nötron yakalama kesiti, onu nükleer enerji santrallerindeki kontrol çubuklarında nötron emilimi için iyi bir malzeme yapar, ancak aynı zamanda nükleer reaktörlerde kullanılan nötron şeffaf korozyona dayanıklı zirkonyum alaşımlarından çıkarılmasını gerektirir.

Tarihçe

Dmitri Mendeleev, 1869'da Kimyasal Elementlerin Periyodik Yasası hakkındaki raporunda, daha ağır bir titanyum ve zirkonyum analoğunun varlığını dolaylı olarak tahmin etmişti. Mendeleev, 1871'deki formülasyonu sırasında, elementlerin atomik kütlelerine göre sıralandığına ve zirkonyumun altındaki noktaya lantan (element 57) yerleştirdiğine inanıyordu. Elementlerin tam olarak yerleştirilmesi ve eksik elemanların yeri, elementlerin özgül ağırlıkları belirlenerek ve kimyasal ve fiziksel özellikleri karşılaştırılarak yapılmıştır.

Henry Moseley tarafından 1914'te yapılan X-ışını spektroskopisi, spektral çizgi ile etkili nükleer yük arasında doğrudan bir bağımlılık olduğunu gösterdi. Bu, periyodik tablodaki yerini belirlemek için nükleer yükün veya bir elementin atom numarasının kullanılmasına yol açtı. Bu yöntemle Moseley, lantanitlerin sayısını belirledi ve atom numarası dizisindeki boşlukları 43, 61, 72 ve 75 sayılarında gösterdi.

Boşlukların keşfi, eksik unsurlar için kapsamlı bir araştırmaya yol açtı. 1914'te, Henry Moseley o zamanlar keşfedilmemiş element 72 için periyodik tablodaki boşluğu tahmin ettikten sonra birkaç kişi keşfi iddia etti. Georges Urbain, 1907'de nadir toprak elementlerinde 72. elementi bulduğunu iddia etti ve sonuçlarını 1911'de celtium üzerine yayınladı. Ne spektrumları ne de kimyasal davranışları daha sonra bulunan elementle eşleşmedi ve bu nedenle iddiası uzun süredir devam eden bir tartışmanın ardından reddedildi. Tartışma kısmen kimyagerlerin celtium keşfine yol açan kimyasal teknikleri tercih etmelerinden kaynaklanırken, fizikçiler Urbain tarafından keşfedilen maddelerin 72 elementi içermediğini kanıtlayan yeni X-ışını spektroskopi yönteminin kullanımına güvendiler. 1923'ün başlarında Niels Bohr ve Charles R. Bury gibi birkaç fizikçi ve kimyager, 72. elementin zirkonyuma benzemesi gerektiğini ve bu nedenle nadir toprak elementleri grubunun bir parçası olmadığını öne sürdü. Bu öneriler Bohr'un atom teorilerine, Moseley'in X-ışını spektroskopisine ve Friedrich Paneth'in kimyasal argümanlarına dayanıyordu.

Bazı elementlerin karakteristik X-ışını emisyon hatlarının fotoğrafik kaydı
azı elementlerin karakteristik X-ışını emisyon hatlarının fotoğrafik kaydı

Bu önerilerden ve 1922'de Urbain'in 72. elementin 1911'de keşfedilen nadir bir toprak elementi olduğu iddialarının yeniden ortaya çıkmasıyla cesaretlendirilen Dirk Coster ve Georg von Hevesy, zirkonyum cevherlerindeki yeni elementi aramaya motive edildi. Hafniyum, 1923'te Kopenhag, Danimarka'da ikisi tarafından keşfedildi ve Mendeleev'in 1869'daki orijinal tahminini doğruladı. Sonuçta, X-ışını spektroskopi analizi yoluyla Norveç'te zirkonda bulundu. Keşfin gerçekleştiği yer, elementin adının Niels Bohr'un memleketi olan Hafnia'daki "Kopenhag" ın Latince adı olarak almasına yol açtı. Bugün, Kopenhag Üniversitesi Fen Fakültesi mühründe hafniyum atomunun stilize edilmiş bir görüntüsünü kullanıyor.

Hafniyum, çift amonyum veya potasyum florürlerin Valdemar Thal Jantzen ve von Hevesey tarafından tekrar tekrar kristalleştirilmesiyle zirkonyumdan ayrıldı. Anton Eduard van Arkel ve Jan Hendrik de Boer, 1924'te hafniyum tetraiodid buharını ısıtılmış bir tungsten filaman üzerinden geçirerek metalik hafniyum hazırlayan ilk kişilerdi. Zirkonyum ve hafniyumun farklı saflaştırılmasına yönelik bu işlem bugün hala kullanılmaktadır.

1923'te, tahmin edilen dört element periyodik tabloda hala eksikti: 43 (teknetyum) ve 61 (promethium) radyoaktif elementlerdir ve çevrede sadece eser miktarlarda bulunurlar, bu nedenle elementler 75 (renyum) ve 72 (hafniyum) son iki bilinmeyen radyoaktif olmayan element. Renyum 1908'de keşfedildiğinden beri, hafniyum, kararlı izotoplara sahip keşfedilecek son elementti.

Özellikler

Fiziksel özellikler

Hafniyum, korozyona dayanıklı ve kimyasal olarak zirkonyuma benzeyen parlak, gümüşi, sünek bir metaldir (aynı sayıda değerlik elektronuna sahip olması, aynı grupta olması ve aynı zamanda göreceli etkilere; atom yarıçaplarının beklenen genişlemesi) periyot 5 ila 6, lantanid kontraksiyonu tarafından neredeyse tamamen iptal edilir. Hafniyum, 2388 K'da, altıgen kapalı bir kafes olan alfa formundan, hacim merkezli kübik bir kafes olan beta formuna dönüşür. Hafniyum metal numunelerinin fiziksel özellikleri, zirkonyum safsızlıklarından, özellikle nükleer özelliklerden önemli ölçüde etkilenir, çünkü bu iki element, kimyasal benzerliklerinden dolayı ayrılması en zor olanlardandır.

Bu metaller arasındaki önemli bir fiziksel fark, yoğunluklarıdır, zirkonyum hafniyumun yaklaşık yarısı kadar yoğunluğa sahiptir. Hafniyumun en dikkate değer nükleer özellikleri, yüksek termal nötron yakalama kesiti ve birkaç farklı hafniyum izotopunun çekirdeklerinin iki veya daha fazla nötronun her birini kolayca emmesidir. Bunun aksine, zirkonyum pratik olarak termal nötronlara karşı şeffaftır ve genellikle nükleer reaktörlerin metal bileşenleri için - özellikle nükleer yakıt çubuklarının kaplaması için kullanılır.

Kimyasal özellikler

Hafniyum, daha fazla korozyonu engelleyen koruyucu bir film oluşturmak için havada reaksiyona girer. Metal, asitler tarafından kolaylıkla saldırıya uğramaz, ancak halojenlerle oksitlenebilir veya havada yakılabilir. Kardeş metal zirkonyum gibi, ince bölünmüş hafniyum havada kendiliğinden tutuşabilir. Metal, konsantre alkalilere dayanıklıdır.

Hafniyum ve zirkonyumun kimyası o kadar benzerdir ki, ikisi farklı kimyasal reaksiyonlar temelinde ayrılamaz. Bileşiklerin erime noktaları ve kaynama noktaları ile çözücülerdeki çözünürlük, bu ikiz elementlerin kimyasındaki temel farklardır.

İzotoplar

Kütle sayısı 153 ile 186 arasında değişen en az 34 hafniyum izotopu gözlemlenmiştir. Beş kararlı izotop, 176 ila 180 aralığındadır. Radyoaktif izotopların yarı ömürleri, 153Hf için sadece 400 ms ile en kararlı olan 174Hf için 2.0 petayyıl (1015 yıl) arasında değişir.

Nükleer izomer 178m2Hf, bir silah olarak potansiyel kullanımına ilişkin birkaç yıldır bir tartışmanın merkezinde yer aldı.

Oluşum

Hafniyumun kütlece Dünya'nın üst kabuğunun yaklaşık 5,8 ppm'ini oluşturduğu tahmin edilmektedir. Yeryüzünde serbest bir element olarak mevcut değildir, ancak genellikle Zr'nin yaklaşık %1-4'ünün Hf ile değiştirildiği zirkon, ZrSiO4 gibi doğal zirkonyum bileşiklerinde katı çözelti içinde zirkonyum ile birlikte bulunur. Nadiren, Hf/Zr oranı, atomik Hf>Zr ile izostrüktürel mineral hafnon (Hf,Zr)SiO4 verecek şekilde kristalizasyon sırasında artar. Alışılmadık derecede yüksek Hf içeriği içeren çeşitli zirkon için eski bir isim alvittir.

Zirkon (ve dolayısıyla hafniyum) cevherlerinin başlıca kaynağı, özellikle Brezilya ve Malawi'deki ağır mineral kum cevheri yatakları, pegmatitler ve özellikle Batı Avustralya'daki Mount Weld'deki Crown Polimetalik Yatağı gibi karbonatit sızıntılarıdır. Potansiyel bir hafniyum kaynağı, Yeni Güney Galler, Avustralya'daki Dubbo'daki nadir zirkon-hafniyum silikatlar ökitit veya armstrongit içeren trakit tüfleridir.

Hafniyum rezervlerinin, dünya nüfusu artarsa ve talep artarsa, tek bir kaynak tarafından 10 yıldan az süreceği kötü bir şekilde tahmin ediliyor. Gerçekte, hafniyum zirkonyum ile meydana geldiğinden, hafniyum her zaman düşük talebin gerektirdiği ölçüde zirkonyum ekstraksiyonunun bir yan ürünü olabilir.

Üretim

Titanyum cevherleri ilmenit ve rutilin ağır mineral kum cevheri yatakları, çıkarılan zirkonyumun çoğunu ve dolayısıyla hafniyumun da çoğunu verir.

Zirkonyum, çok düşük nötron yakalama kesiti ve yüksek sıcaklıklarda iyi kimyasal stabilite gibi istenen özelliklere sahip, iyi bir nükleer yakıt çubuğu kaplama metalidir. Bununla birlikte, hafniyumun nötron emici özellikleri nedeniyle, zirkonyumdaki hafniyum safsızlıkları, bunun nükleer reaktör uygulamaları için çok daha az kullanışlı olmasına neden olacaktır. Bu nedenle, nükleer enerjide kullanımları için zirkonyum ve hafniyumun neredeyse tamamen ayrılması gereklidir. Hafniyum içermeyen zirkonyum üretimi hafniyumun ana kaynağıdır.

Hafniyum ve zirkonyumun kimyasal özellikleri neredeyse aynıdır, bu da ikisinin ayrılmasını zorlaştırır. İlk kullanılan yöntemler - amonyum florür tuzlarının fraksiyonel kristalizasyonu veya klorürün fraksiyonel damıtılması - endüstriyel ölçekli bir üretim için uygun olduğu kanıtlanmamıştır. 1940'larda nükleer reaktör programları için malzeme olarak zirkonyum seçildikten sonra, bir ayırma yönteminin geliştirilmesi gerekiyordu. Çok çeşitli çözücüler içeren sıvı-sıvı ekstraksiyon işlemleri geliştirildi ve hafniyum üretimi için hala kullanılmaktadır. Üretilen tüm hafniyum metalinin yaklaşık yarısı, zirkonyum arıtmanın bir yan ürünü olarak üretilir. Ayrılmanın son ürünü hafniyum (IV) klorürdür. Saflaştırılmış hafniyum (IV) klorür, Kroll işleminde olduğu gibi magnezyum veya sodyum ile indirgenerek metale dönüştürülür.

HfCl4 + 2 Mg (1100 °C) → 2 MgCl2 + Hf

Daha fazla saflaştırma, Arkel ve de Boer tarafından geliştirilen bir kimyasal taşıma reaksiyonu ile gerçekleştirilir: Kapalı bir kapta hafniyum, 500 °C'lik sıcaklıklarda iyot ile reaksiyona girerek hafniyum (IV) iyodür oluşturur; 1700 °C'lik bir tungsten filamanında ters reaksiyon gerçekleşir ve iyot ve hafniyum serbest bırakılır. Hafniyum, tungsten filamanında katı bir kaplama oluşturur ve iyot, ilave hafniyum ile reaksiyona girerek sabit bir dönüşe neden olabilir.

Hf + 2 I2 (500 °C) → HfI4
HfI4 (1700 °C) → Hf + 2 I2

Kimyasal bileşikler

Lantanit kasılması nedeniyle, hafniyumun(IV) iyonik yarıçapı (0.78 ångström) zirkonyum (IV) (0.79 angstrom) ile hemen hemen aynıdır. Sonuç olarak, hafniyum(IV) ve zirkonyum(IV) bileşikleri çok benzer kimyasal ve fiziksel özelliklere sahiptir. Hafniyum ve zirkonyum doğada birlikte oluşma eğilimindedir ve iyonik yarıçaplarının benzerliği kimyasal ayrışmalarını oldukça zorlaştırır. Hafniyum, +4 oksidasyon durumunda inorganik bileşikler oluşturma eğilimindedir. Halojenler bununla reaksiyona girerek hafniyum tetrahalidler oluşturur. Daha yüksek sıcaklıklarda hafniyum oksijen, nitrojen, karbon, bor, sülfür ve silikon ile reaksiyona girer. Düşük oksidasyon durumlarında bazı hafniyum bileşikleri bilinmektedir.

Hafniyum(IV) klorür ve hafniyum(IV) iyodür, hafniyum metalinin üretimi ve saflaştırılmasında bazı uygulamalara sahiptir. Polimerik yapılara sahip uçucu katılardır. Bu tetraklorürler, hafnosen diklorür ve tetrabenzilhafniyum gibi çeşitli organohafniyum bileşiklerinin öncüleridir.

Erime noktası 2812 °C ve kaynama noktası kabaca 5100 °C olan beyaz hafniyum oksit (HfO2) zirkonyaya çok benzer, ancak biraz daha baziktir. Hafniyum karbür, 3890 °C'nin üzerinde bir erime noktası ile bilinen en dirençli ikili bileşiktir ve hafniyum nitrür, 3310 °C'lik bir erime noktası ile bilinen tüm metal nitrürlerin en refrakteridir. Bu, hafniyum veya karbürlerinin çok yüksek sıcaklıklara maruz kalan inşaat malzemeleri olarak faydalı olabileceği önerilerini doğurmuştur. Karışık karbür tantal hafniyum karbür (Ta
4
HfC
5
), şu anda bilinen herhangi bir bileşik olan 4215 K (3942 °C, 7128 °F) arasında en yüksek erime noktasına sahiptir. Son süper bilgisayar simülasyonları, erime noktası 4400 K olan bir hafniyum alaşımını önermektedir.

Uygulama

Üretilen hafniyumun çoğu, nükleer reaktörler için kontrol çubuklarının üretiminde kullanılmaktadır.

Hafniyum için yalnızca birkaç teknik kullanım olduğu gerçeğine birkaç ayrıntı katkıda bulunur: Birincisi, hafniyum ve zirkonyum arasındaki yakın benzerlik, uygulamaların çoğunda zirkonyumun kullanılmasını mümkün kılar; ikincisi, hafniyum ilk olarak 1950'lerin sonlarında hafniyum içermeyen zirkonyum için nükleer endüstride kullanıldıktan sonra saf metal olarak mevcuttu. Ayrıca, düşük bolluk ve gerekli olan zor ayırma teknikleri, onu kıt bir meta haline getirir. Fukushima felaketinin ardından zirkonyum talebi düştüğünde, hafniyum fiyatı 2014'te yaklaşık 500-600 $/kg'dan 2015'te yaklaşık 1000 $/kg'a yükseldi.

Nükleer reaktörler

Birkaç hafniyum izotopunun çekirdeğinin her biri birden fazla nötron emebilir. Bu, hafniyumun nükleer reaktörler için kontrol çubuklarında kullanım için iyi bir malzeme olmasını sağlar. Nötron yakalama kesiti (Capture Resonance Integral Io ≈ 2000 barns) zirkonyumunkinden yaklaşık 600 katıdır (kontrol çubukları için iyi nötron emiciler olan diğer elementler kadmiyum ve bordur). Mükemmel mekanik özellikler ve olağanüstü korozyon direnci özellikleri, basınçlı su reaktörlerinin zorlu ortamında kullanımına izin verir. Alman araştırma reaktörü FRM II, bir nötron emici olarak hafniyum kullanıyor. Askeri reaktörlerde, özellikle ABD deniz reaktörlerinde de yaygındır, ancak nadiren sivil reaktörlerde bulunur, Shippingport Atomik Güç İstasyonu'nun ilk çekirdeği (bir deniz reaktörünün dönüşümü) dikkate değer bir istisnadır.

Alaşımlar

Hafniyum, demir, titanyum, niyobyum, tantal ve diğer metallerle alaşımlarda kullanılır. Sıvı roket itici nozulları için kullanılan bir alaşım, örneğin Apollo Ay Modüllerinin ana motoru, %89 niyobyum, %10 hafniyum ve %1 titanyumdan oluşan C103'tür.

Küçük hafniyum ilaveleri, koruyucu oksit pullarının nikel bazlı alaşımlara yapışmasını artırır. Böylece, özellikle dökme malzeme ile oksit tabakası arasında termal gerilmeler oluşturarak oksit pullarını kırma eğiliminde olan döngüsel sıcaklık koşulları altında korozyon direncini geliştirir.

Mikroişlemciler

Hafniyum bazlı bileşikler, Intel, IBM ve diğerlerinden 45 nm'lik entegre devreler neslinde geçit izolatörlerinde kullanılır. Hafniyum oksit bazlı bileşikler, pratik yüksek-k dielektriklerdir ve bu tür ölçeklerde performansı artıran geçit kaçak akımının azaltılmasına izin verir.

İzotop jeokimyası

Hafniyum ve lutesyum izotopları (iterbiyum ile birlikte) ayrıca izotop jeokimyası ve jeokronolojik uygulamalarda, lutesyum-hafniyum tarihlemesinde kullanılır. Genellikle Dünya'nın mantosunun zaman içindeki izotopik evriminin bir izleyicisi olarak kullanılır. Bunun nedeni, 176Lu 'nun yaklaşık 37 milyar yıllık bir yarı ömürle 176Hf'ye düşmesidir.

Çoğu jeolojik malzemede zirkon hafniyumun baskın konağıdır (> 10.000 ppm) ve genellikle jeolojideki hafniyum çalışmalarının odak noktasıdır. Hafniyum, zirkon kristal kafesine kolayca ikame edilir ve bu nedenle hafniyum hareketliliğine ve kirlenmeye karşı çok dirençlidir. Zirkon ayrıca son derece düşük bir Lu/Hf oranına sahiptir ve başlangıçtaki lutesyum minimum için herhangi bir düzeltme yapar. Lu/Hf sistemi bir "model yaşı", yani tükenmiş manto gibi belirli bir izotopik rezervuardan türetildiği zamanı hesaplamak için kullanılabilmesine rağmen, bu "çağlar" diğerleri ile aynı jeolojik önemi taşımaz. Sonuçlar genellikle izotopik karışımlar verdiğinden ve dolayısıyla türetildiği malzemenin ortalama yaşını sağladığından jeokronolojik teknikler.

Granat, jeokronometre olarak işlev gören kayda değer miktarda hafniyum içeren başka bir mineraldir. Granatta bulunan yüksek ve değişken Lu/Hf oranları, metamorfik olayların tarihlendirilmesi için yararlı olmasını sağlar.

Diğer kullanımlar

Isı direnci ve oksijen ve nitrojene olan ilgisi nedeniyle hafniyum, gazla dolu ve akkor lambalarda oksijen ve nitrojen için iyi bir tutucudur. Hafniyum, elektronları havaya atma kabiliyeti nedeniyle plazma kesmede elektrot olarak da kullanılır.

178m2Hf'nin yüksek enerji içeriği, ABD'deki DARPA tarafından finanse edilen bir programın endişesiydi. Bu program, X ışını tetikleme mekanizmaları ile yüksek verimli silahlar yapmak için hafniyum nükleer izomerinin (yukarıda bahsedilen 178m2Hf) kullanılması olasılığının - indüklenmiş gama emisyonunun bir uygulaması - masrafı nedeniyle mümkün olmadığını belirledi.

Hafniyum metalosen bileşikleri hafniyum tetraklorürden ve çeşitli siklopentadien tipi ligand türlerinden hazırlanabilir. Belki de en basit hafniyum metalosen, yarınosen diklorürdür. Hafniyum metalosenleri, dünya çapında polietilen ve polipropilen gibi poliolefin reçinelerinin üretiminde kullanılan geniş bir Grup 4 geçiş metalojen katalizör koleksiyonunun bir parçasıdır.

Önlemler

Piroforik olduğu için hafniyum işlerken dikkatli olunmalıdır — ince parçacıklar havaya maruz kaldıklarında kendiliğinden yanabilirler. Bu metali içeren bileşiklere çoğu insan nadiren rastlanır. Saf metal toksik olarak kabul edilmez, ancak hafniyum bileşikleri toksikmiş gibi kullanılmalıdır çünkü metallerin iyonik formları normalde toksisite açısından en büyük risk altındadır ve hafniyum bileşikleri için sınırlı hayvan testleri yapılmıştır.

Kişiler işyerinde nefes alarak, yutarak, cilt teması ve göz teması yoluyla hafniyuma maruz kalabilir. Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi (OSHA), işyerinde hafniyum ve hafniyum bileşiklerine maruz kalma için yasal sınırı (İzin verilen maruz kalma sınırı) 8 saatlik bir iş günü boyunca 0,5 mg/m3 TWA olarak belirlemiştir. Ulusal Mesleki Güvenlik ve Sağlık Enstitüsü (NIOSH) aynı önerilen maruz kalma sınırını (REL) belirlemiştir. 50 mg/m3 seviyelerinde hafniyum, yaşam ve sağlık için hemen tehlikelidir.


Kaynak

  1. Meija, Juris; et al. (2016). "Elementlerin Atom Ağırlıkları 2013 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. Lide, D. R., ed. (2005). "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. 
  3. Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
"Bilgibank.tk" adresinden alınmıştır.