هفنيوم
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
صفات عامة | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
الإسم, الرقم, الرمز | هافنيوم, Hf, 72 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
سلاسل كيميائية | فلزات انتنطقية | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
المجموعة, الدورة, المستوى الفرعي | d ,ستة , 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
المظهر | فولاذي رمادي |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 الإنضمام | 7440-58-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
النظائر المهمة | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
المراجع |
هفنيوم Hafnium (ونطقه حسب IPA: /ˈhæfniəm/) هوعنصر كيميائي في الجدول الدوري ورمز Hf وله رقم ذري 72. والهافنيوم فلز انتنطقي 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.
وهومعدن له مظهر الفولاذ، رمزه الكيمياوي Hf، عدده الذري 72؛ وهوأحد عناصر الفصيلة الثانوية IVB (أو4) 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 حتى يأخذ - نظرياً- القيم من 1 إلى 4؛ إلا حتى هذا لا يتحقق عملياً إذ لا تعهد 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
الخصائص الكيميائية
- انظر أيضا تصنيف: مركبات الهفنيوم
درجة أكسدته الأثبت +4، وتتأكسد مركّباته بدرجات الأكسدة الأخرى (+2 و+3) بسرعة متحولة إلى MIV بعمل الهواء أوالماء أومواد أخرى. وتكون الطاقة اللازمة لإزاحة أربعة إلكترونات كبيرة؛ لذا لا وجود للأيون M+4، فمركّباته بدرجة الأكسدة +4 ذات طبيعة مشهجرة.
لذرتي الهفنيوم والزركونيوم نصفا قطر متماثلان، كما حتى 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 فهوشديد النشاط؛ إذ لا يقتصر نشاطه على التفاعل مع الهالوجينات مكوناً الهاليدات MX4 والأكسجين والكبريت فقط، وإنما يتفاعل مع الكربون والآزوت (النتروجين) كذلك. وهويحترق في جومن الأكسجين عند تسخينه إلى درجة التوهج (أعلى من 600 ْس).
النظائر
التواجد
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 أو2-8-18-32-10-2، 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، وهويقبل الطرق والسحب.
يستعمل الهفنيوم بسبب ازدياد درجة انصهاره وشدة إشعاعه للإلكترونات في خلق مساري المصابيح الإلكترونية وأشرطة التوهج، كما أنه يدخل في هجريب سبائك ذات درجات انصهار عالية مع الحديد والنيكل، وهويستعمل 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
المركبات الكيميائية
الأكسيد HfO2 مادة بيضاء صعبة الانصهار والانحلال في الماء أوفي الحموض والأسس الممددة. ينحل بسهولة في HF أوالقلويات 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.
هاليداته لها الصيغة العامة HfX4 ويحصل عليها بحرق مزيج من الأكسيد الموافق للمعدن مع الكربون في جومن 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 يشير 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] حيثقد يكون العدد التساندي فيهاسبعة و8 و9 على الترتيب.
التاريخ
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 حتى تنبأ نيلز بور Niels Bohr حتى العنصر 72 سيشبه الزركونيوم في بنيته، ولذلك درس 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
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، أوالمحاليل الملحية (السلاين) أوفي المواد الكيميائية بالجسد. التعرض لهذا المعدن من خلال التنفس أوالتلامس عن طريق العين أوالجلد أوالطعام. التعرض المفرط لمعدن الهفنيوم أومركباته يسبب استثارة معتدلة للأعين أوالجلد أوالغشاء المخاطى للحيوانات المعملية. لا توجد أية أعراض أوعلامات للتعرض المزمن للهفنيوم للإنسان، أو حدوث حالات للتسمم إذا تم تناوله من خلال الأطعمة.:
انظر أيضاً
- متزامر نووي
- Induced gamma emission
- زركون
- زركونيوم
المصادر
- ^ موفق شخاشيرو. "الهفنيوم". الموسوعة العربية. Retrieved 2012-03-26.
- ^ المعادن الثقيلة.. سموم بيئية، فيدو
المراجع
- هيام بيرقدار، الكيمياء اللاعضوية 2 (مطبعة محمد هاشم الخطي، 1391هـ/1971م).
- MARY ELVIRA WEEKS, Discovery of the Elements (Mack Printing Company 1956).
وصلات خارجية
- Hafnium at Los Alamos National Laboratory's periodic table of the elements
- Hafnium Technical & Safety Data
- NLM Hazardous Substances Databank – Hafnium, elemental
- Intel Shifts from Silicon to Lift Chip Performance
- Hafnium-based Intel 45nm Process Technology
الجدول الدوري | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||
Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||
Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||
Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Uub | Uut | Uuq | Uup | Uuh | Uus | Uuo | ||||||||||
|