Гафний и его соединения

Общие сведения о гафнии

Гафний (Hf) является элементом IV группы, который располагается в 6 периоде под 72 атомным номером. Так как гафний находится в побочной подгруппе периодической системы, то он представляет собой переходный элемент.

Электронная конфигурация элемента: $\mathrm{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10} 5p^6 6s^2 4f^{14} 5d^2}$. Сокращенная конфигурация элемента: $Xe$ $\mathrm{4f^{14} 5d^2 6s^2 }$.

Из-за того, что гафний не образует собственных минералов и находится в виде соединений (постоянно сопутствует цирконию), его получают путем переработки циркониевых руд, где содержание Hf составляет 2,5 % от веса циркония.

Физические свойства

Гафний представляет собой тугоплавкий металл серебристо-белого цвета. Имеет гексагональную кристаллическую решетку с периодами a = 3,196 Å, c = 5,051 Å. Плотность составляет 13,3 $\mathrm{г/см^3}$. Температура плавления равна ${2233^\circ C}$ (2506 К), температура кипения составляет ${4603^\circ C}$ (4876 К). Теплопроводность составляет 23 Вт/${м \cdot К}$.

Химические свойства

Основная валентность гафния - 4. Также данный элемент проявляет в соединениях 1, 2 и 3 валентность.

Рассмотрим некоторые из них.

Соединения двухвалентного гафния.

$\mathrm {HfBr_2}$ - черные кристаллы, которые самовоспламеняются на воздухе. Получают путем диспропорционирования бромида гафния III: $\mathrm {2HfBr_3 \xrightarrow{300^\circ C} HfBr_2 + HfBr_4}$

$\mathrm {Hf(HPO_4)_2}$ - белый осадок, который получают обработкой растворов солей гафния (II) ортофосфорной кислотой.

Соединения трехвалетного гафния.

$\mathrm {HfBr_3}$ - черно-синие кристаллы. Получают с помощью нагревания тетрабромида гафния в присутствии водорода или алюминия: $\mathrm {2HfBr_4 + H_2 \xrightarrow {t^\circ C} HfBr_3 + 2HBr}$

Соединения четырехвалентного гафния.

$\mathrm {HfO_2}$ - бесцветные кристаллы. Получают нагреванием металлического гафния в кислороде или же прокаливанием гидроксида, дисульфата или диоксалата гафния.

$\mathrm {Hf(OH)_4}$ - белый осадок, который получается с помощью гидролиза солей четырехвалентного гафния при нагревании или реакции щелочей с солями гафния

$\mathrm {HfCl_4 + 4H_2O \xrightarrow {t^\circ C} Hf(OH)_4 + 4HCl}$

$\mathrm {Hf(SO_4)_2 + 4NaOH \xrightarrow {t^\circ C} Hf(OH)_4 + 2Na_2SO_4}$

Гафний реагирует со смесью плавиковой и азотной кислот, а также с царской водкой:

$\mathrm {3Hf + 4HNO_3 + 18HF \longrightarrow 3H_2[HfF_6] + 4NO +8H_2O}$

$\mathrm {3Hf + 4HNO_3 + 18HCl \longrightarrow 3H_2[HfCl_6] + 4NO +8H_2O}$

С концентрированной серной кислотой гафний реагирует при кипячении: $\mathrm {Hf + 5H_2SO_4 \longrightarrow H_2[Hf(SO_4)_3] + 2SO_2 +4H_2O}$

Применение

Гафний является коррозионностойким металлом, а также поглотителем нейтронов, что позволяет использовать его на подводных лодках, на стержнях управления ядерными реакторами. В электронной технике гафний применяется в катодах и конденсаторах.