هافنیوم: خواص شیمیایی و فیزیکی، کاربردها و هر آنچه باید بدانید
هافنیوم، عنصری که قبل از کشف، توسط مندلیف، پدر جدول تناوبی، پیش‌بینی شده بود، دنیایی از ویژگی‌های جالب و کاربردی را در خود جای داده است. در این مطلب، به بررسی حقایق جذاب و اطلاعات کلیدی درباره این فلز انتقالی می‌پردازیم. هافنیوم، با ویژگی‌های منحصر به فرد خود، نقش مهمی در صنایع مختلف، از جمله صنعت هسته‌ای و تولید آلیاژهای خاص ایفا می‌کند.
حقایق جالب درباره عنصر هافنیوم
هافنیوم خالص، فلزی با جلای نقره‌ای درخشان است. اما جالب اینجاست که این فلز در تماس با هوا اکسید می‌شود و یک لایه رنگین کمانی زیبا روی سطح آن شکل می‌گیرد. این پدیده، زیبایی خاصی به هافنیوم می‌بخشد.
همانطور که اشاره شد، مندلیف وجود هافنیوم را در سال 1869 پیش‌بینی کرده بود. این عنصر، یکی از دو عنصر غیر رادیواکتیوی بود که وجودشان حدس زده می‌شد، اما به طور قطعی تأیید نشده بود. سرانجام، در سال 1923، گئورگ فون هِوِشی و دیرک کاستر با استفاده از طیف‌سنجی اشعه ایکس بر روی نمونه‌ای از سنگ معدن زیرکونیوم، موفق به کشف هافنیوم شدند. نام این عنصر به افتخار شهر کپنهاگ (Hafnia نام لاتین کپنهاگ) انتخاب شد.
هافنیوم به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود، بلکه معمولاً به صورت ترکیبات و آلیاژها وجود دارد. از آنجا که خواص و نحوه پیدایش هافنیوم و زیرکونیوم بسیار شبیه به هم است، جداسازی این دو فلز از یکدیگر بسیار دشوار است. به همین دلیل، بیشتر فلز هافنیوم حاوی مقادیری از زیرکونیوم است. هافنیوم در سنگ‌های معدنی مانند زیرکن و بدلییت یافت می‌شود، اما واکنش‌پذیری آن نسبت به سایر فلزات واسطه کمتر است.
هنگامی که هافنیوم به صورت پودر در می‌آید، سطح تماس آن با هوا افزایش یافته و در نتیجه، واکنش‌پذیری آن به طور قابل توجهی بیشتر می‌شود. پودر هافنیوم به راحتی مشتعل شده و حتی ممکن است منفجر شود.
هافنیوم به عنوان یک عامل آلیاژی برای آهن، تیتانیوم، نیوبیم و تانتالوم کاربرد دارد. همچنین، در ساخت مدارهای مجتمع، لامپ‌های خلاء و لامپ‌های رشته‌ای نیز از هافنیوم استفاده می‌شود. یکی از مهم‌ترین کاربردهای هافنیوم، استفاده از آن در نیروگاه‌های هسته‌ای به عنوان میله کنترل است. هافنیوم، جاذب بسیار قوی نوترون است. این ویژگی، تفاوت اساسی بین هافنیوم و زیرکونیوم است، زیرا زیرکونیوم تقریباً نسبت به نوترون‌ها شفاف است.
هافنیوم خالص، سمیت چندانی ندارد، اما استنشاق آن می‌تواند برای سلامتی خطرناک باشد. ترکیبات هافنیوم نیز باید با احتیاط مورد استفاده قرار گیرند، زیرا اشکال یونی آن‌ها می‌توانند خطرناک باشند. مطالعات محدودی در مورد اثرات ترکیبات هافنیوم بر روی حیوانات انجام شده است. تنها چیزی که مشخص است این است که هافنیوم معمولاً دارای ظرفیت 4 است.
هافنیوم در سنگ‌های قیمتی مانند زیرکن و گارنت نیز یافت می‌شود. از هافنیوم موجود در گارنت می‌توان به عنوان یک زمین‌گاه‌سنج (geochronometer) استفاده کرد، به این معنی که می‌توان از آن برای تعیین قدمت رویدادهای دگرگونی زمین‌شناسی استفاده کرد.
اطلاعات اتمی عنصر هافنیوم
در این بخش، به بررسی اطلاعات اتمی کلیدی عنصر هافنیوم می‌پردازیم:
- نام عنصر: هافنیوم
- نماد شیمیایی: Hf
- عدد اتمی: 72
- وزن اتمی: 178.49
- دسته‌بندی عنصر: فلز واسطه
- آرایش الکترونی: [Xe] 4f14 5d2 6s2
- کاشفان: دیرک کاستر و گئورگ فون هِوِشی (1923، دانمارک)
- منشا نام: Hafnia، نام لاتین کپنهاگ
- چگالی (g/cm³): 13.31
- نقطه ذوب (K): 2503
- نقطه جوش (K): 5470
- شکل ظاهری: فلز نقره‌ای رنگ، چکش‌خوار
- شعاع اتمی (pm): 167
- حجم اتمی (cm³/mol): 13.6
- شعاع کووالانسی (pm): 144
- شعاع یونی: 78 (+4e)
- گرمای ویژه (@20°C J/g mol): 0.146
- گرمای همجوشی (kJ/mol): (25.1)
- گرمای تبخیر (kJ/mol): 575
- الکترونگاتیوی پائولینگ: 1.3
- اولین انرژی یونیزاسیون (kJ/mol): 575.2
- حالت اکسیداسیون: 4
- ساختار شبکه: هگزاگونال (شش‌وجهی)
- ثابت شبکه (Å): 3.200
- نسبت C/A شبکه: 1.582
دانستنی‌های سریع درباره هافنیوم
- نام عنصر: هافنیوم
- نماد عنصر: Hf
- عدد اتمی: 72
- شکل ظاهری: فلز خاکستری فولادی
- گروه: گروه 4 (فلز واسطه)
- دوره: دوره 6
- کشف: دیرک کاستر و جورج دِ هِوسی (1922)
- جدول تناوبی
- شیمی
- علم
