72 Hf 178.49

Гафний

Переходный металл Hafnium твёрдое

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

← Lu Лютеций Ta Тантал →

Металл-близнец циркония, отличающийся от него практически только отношением к нейтронам: цирконий их пропускает, гафний жадно поглощает. На этом контрасте построена вся реакторная техника — из одного делают оболочки, из другого регулирующие стержни.

3D-модель

Модель Бора: ядро и электронные оболочки по конфигурации. Валентные электроны подсвечены.

Тяните, чтобы вращать; колесо — масштаб

Атомные свойства

Атомный номер: 72
Атомная масса: 178.49 а.е.м.
Электронная конфигурация: [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s²
Электроны по оболочкам: 2 · 8 · 18 · 32 · 10 · 2
Блок: d-блок
Группа: Подгруппа титана
Период: 6
Электроотрицательность (Полинг): 1.3
Электроотрицательность (Аллен): 1.16
Атомный радиус: 208 pm
Ковалентный радиус: 175 pm
Ван-дер-ваальсов радиус: 212 pm
1-я энергия ионизации: 658.5 kJ/mol
2-я энергия ионизации: 1 440 kJ/mol
3-я энергия ионизации: 2 250 kJ/mol
4-я энергия ионизации: 3 216 kJ/mol
Сродство к электрону: 17.2 kJ/mol
Характерные степени окисления: +4
Степени окисления: -2, +1, +2, +3, +4

Физические свойства

Состояние при 25 °C: твёрдое
Плотность: 13.31 g/cm³
Температура плавления: 2 506 K · 2 232.9 °C
Температура кипения: 4 876 K · 4 602.9 °C
Скорость звука: 3 010 m/s

Тепловые свойства

Теплота плавления: 27.2 kJ/mol
Теплота испарения: 648 kJ/mol
Удельная теплоёмкость: 0.144 J/(g·K)
Теплопроводность: 23 W/(m·K)

Механические свойства

Модуль Юнга: 78 GPa
Модуль сдвига: 30 GPa
Модуль объёмного сжатия: 110 GPa
Коэффициент Пуассона: 0.37
Твёрдость по Моосу: 5.5
Твёрдость по Бринеллю: 1 700 MPa

Электрические и магнитные свойства

Удельное сопротивление: 331 nΩ·m
Магнитный тип: парамагнетик
Точка Кюри: нет данных
Точка Нееля: нет данных
Температура сверхпроводимости: 0.128 K

Кристаллическая структура

Кристаллическая решётка: гексагональная плотноупакованная (ГПУ)
Параметры решётки: a = 319.64 pm · c = 505.11 pm

Распространённость

В земной коре: 3 mg/kg
В океане: 7·10⁻⁶ mg/L
Во Вселенной: 0.7 mg/kg
В теле человека: 0 mg/kg

Изотопы

Изотоп	Распространённость	Период полураспада	Тип распада
¹⁷⁴Hf	0.16 %	2.218·10⁶ млрд лет	α
¹⁷⁶Hf	5.26 %	стабилен	—
¹⁷⁷Hf	18.6 %	стабилен	—
¹⁷⁸Hf	27.28 %	стабилен	—
¹⁷⁹Hf	13.62 %	стабилен	—
¹⁸⁰Hf	35.08 %	стабилен	—

Гафний-178m2 — ядерный изомер с рекордной запасённой энергией; попытки высвободить её управляемо не удались, несмотря на громкие заявления в 1990-е.

Открытие

Год открытия: 1923
Кто открыл: Дирк Костер и Дьёрдь де Хевеши
Где: Дания
Происхождение названия: от Hafnia — латинского названия Копенгагена

История

Гафний был последним стабильным элементом, найденным в природе, — в 1923 году. Костер и Хевеши в Копенгагене искали его по рентгеновским спектрам, следуя предсказанию Бора о строении атома, и нашли в обычной циркониевой руде.

Где встречается

3 мг/кг коры, всегда вместе с цирконием: в цирконе гафния около 2 % от содержания циркония.

Как получают

Отделяется от циркония многоступенчатой экстракцией — самая дорогая часть циркониевого передела. Металл получают процессом Кролла.

Роль в живой природе

Биологической роли нет.

Безопасность

Металл безвреден. Порошок пирофорен.

Применение

Регулирующие стержни ядерных реакторов, особенно судовых
Оксид гафния как подзатворный диэлектрик в современных транзисторах
Жаропрочные суперсплавы для турбинных лопаток
Электроды плазменной резки
Карбид гафния — одно из самых тугоплавких известных веществ, около 4200 K

Любопытные факты

Гафний назван в честь Копенгагена и стал последним стабильным элементом, обнаруженным в природе.
Диоксид гафния заменил оксид кремния в затворах транзисторов и позволил продолжить закон Мура после 2007 года.
Цирконий и гафний химически почти неразличимы, но по нейтронным свойствам противоположны.
Карбид гафния в сплаве с карбидом тантала имеет самую высокую известную температуру плавления.