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铪   72Hf
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外觀
银灰色
概況
名稱·符號·序數 铪(hafnium)·Hf·72
元素類別 过渡金属
·週期· 4·6·d
標準原子質量 178.49(2)
電子排布

[Xe] 4f14 5d2 6s2
2, 8, 18, 32, 10, 2

铪的电子層(2, 8, 18, 32, 10, 2)
歷史
預測 德米特里·门捷列夫(1869年)
物理性質
物態 固体
密度 (接近室温
13.31 g·cm−3
熔點時液體密度 12 g·cm−3
熔點 2506 K,2233 °C,4051 °F
沸點 4876 K,4603 °C,8317 °F
熔化熱 27.2 kJ·mol−1
汽化熱 648 kJ·mol−1
比熱容 25.73 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 2689 2954 3277 3679 4194 4876
原子性質
氧化態 4, 3, 2, 1, −2
((an amphoteric oxide))
電負性 1.3(鲍林标度)
電離能

第一:658.5 kJ·mol−1
第二:1440 kJ·mol−1

第三:2250 kJ·mol−1
原子半徑 159 pm
共價半徑 175±10 pm
雜項
晶體結構

六方密堆积

铪具有六方密堆积晶體結構
磁序 顺磁性
電阻率 (20 °C)331 nΩ·m
熱導率 23.0 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 °C)5.9 µm·m−1·K−1
聲速(細棒) (20 °C)3010 m·s−1
楊氏模量 78 GPa
剪切模量 30 GPa
體積模量 110 GPa
泊松比 0.37
莫氏硬度 5.5
維氏硬度 1520–2060 MPa
布氏硬度 1450–2100 MPa
CAS號 7440-58-6
最穩定同位素

主条目:铪的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
172Hf syn 1.87 y ε 0.350 172Lu
174Hf 0.162% 2×1015 y α 2.495 170Yb
176Hf 5.206% (α) 2.2550 172Yb
177Hf 18.606% (α) 2.2449 173Yb
178Hf 27.297% (α) 2.0832 174Yb
178m2Hf syn 31 y IT 2.446 178Hf
179Hf 13.629% (α) 1.8065 175Yb
180Hf 35.1% (α) 1.2828 176Yb
182Hf trace 8.9×106 y β 0.373 182Ta
Decay modes in parentheses are predicted, but have not yet been observed

拼音注音ㄏㄚ,音同「哈」),是一种化学元素,它的化学符号是Hf,它的原子序数是72,原子量178.49,属周期系ⅣB族。它是一种带光泽的银灰色的过渡金属熔点2233℃,沸点4602℃,密度13.31克/厘米3。致密的金属铪性质不活泼,表面形成氧化物覆盖层,在常温下很稳定,粉末状的铪容易在空气中自燃。铪吸收氢气的能力很强,最高可形成HfH2.1。高温下,铪能与氮发生反应。由于受镧系收缩的影响,铪的原子半径几乎和锆相等,因此铪与锆的性质极为相似,很难分离,最主要分别是铪的密度的双倍。铪不与稀盐酸、稀硫酸和强碱溶液作用,但可溶于氢氟酸王水。铪的氧化态是+2、+3、+4,其中+4价化合物最稳定。

发现[编辑]

1923年由荷兰科学家科斯特(D.Coster)和匈牙利科学家冯·赫维西(G.Von Hevesy)由X射线光谱中发现。

背景故事[编辑]

在莫斯莱对元素的X射线研究后,确定在之间应当有16个元素存在。这时除了61号元素和72号元素之外,其余14个元素都已经被发现,而且它们都属于今天所属的系,也就是当时认为的稀土元素

那么72号元素应当归属于稀土元素?还是和、锆同属一族?当时多数化学家主张属于前者。法国化学家乌尔班1911年从的氧化物中分离出镥后,又分离出一个新的元素。在1914年乌尔班去英国将该元素的样品送请莫斯莱进行X射线光谱检测,得到的结论是否定的,没有发现相当于72号元素的谱线。乌尔班坚信新元素的存在,认为出现这样的结果是因为新研制的机器灵敏度不够,无法检测到样品中痕量新元素的存在。他回到巴黎后与光谱科学家达维利埃共同用第一次世界大战后改进的X射线谱仪进行检测。1922年5月,他们宣布测到两条X谱线,因此断定新元素是存在的。1913年,丹麦物理学家玻尔提出了原子结构的量子论。接着在1921-1922年之间又提出原子核外电子排布理论。玻尔认为根据他的理论,72号元素不属于稀土元素,而和锆一样是同族元素。也就是说,72号元素不会从稀土元素矿物中出现,而应当从含锆和钛的矿石中去寻找。

根据玻尔的推论,在1922年,匈牙利化学家赫维西和丹麦物理学家科斯特对多种含锆矿石进行了X射线光谱分析,果真发现了这一元素。他们为了纪念该元素的发现所在地——丹麦的首都哥本哈根,命名它为hafnium,元素符号定为Hf。后来赫维西制得了几毫克纯的铪的样品。

来源[编辑]

它存在于大多数锆矿中,地壳中含量很少。常与锆共存,无单独矿石。

分离与制备[编辑]

铪一般与锆共生,由于镧系收缩,它们的性质十分相似,分离比较困难。工业上一般有干法和湿法两种方法让其分离。

可由四氯化铪(HfCl4)与共热经还原而制得。从锆化合物中分离铪可用溶剂萃取法,然后用金属还原四氯化铪,可得金属铪,再用化物热分解法可得高纯金属。

性质[编辑]

晶体结构有两种:在1300℃以下时,为六方密堆积(α-式);在1300℃以上时,为体心立方(β-式)。具有塑性的金属,当有杂质存在时质变硬而脆。空气中稳定,灼烧时仅在表面上发暗。细丝可用火柴的火焰点燃。性质似锆。不和水、稀酸或强碱作用,但易溶解在王水和氢氟酸中。在化合物中主要呈+4价。铪合金(Ta4HfC5)是已知熔点最高的物质(约4215℃)。

用途[编辑]

由于它容易发射电子而很有用处,如用作白炽灯灯丝。铪和的合金用作高压放电管的电极用作X射线管的阴极。由于它对中子有较好的吸收能力,抗腐蚀性能好,强度高,因此常用来做核反应堆控制棒,以减慢核子连锁反应的速率,同时抑制原子反应的"火焰"。

最近,英特尔IBM分別用鉿的化合物来取代原先半导体上常用的二氧化硅绝缘材料,大幅减低其芯片厚度。研究机构分析,使用该技术可以让处理器制程在今后提高两个时代到22nm,让摩尔定律的失效期继续延后。