
电解铪,22克。这个是1 × 2 × 3厘米。
铪是一种有光泽的银灰色过渡金属。它于1923年被发现,是仅次于原子核稳定的元素被添加到元素周期表中(最后一个是1925年发现的铼)。铪是以哥本哈根的拉丁文Hafnia命名的。这种元素有一些非常重要的商业应用,包括它在核电工业、电子设备、陶瓷、灯泡和制造高温合金中的使用。
铪在自然界中很少被发现是游离的,相反,它存在于大多数锆矿物中,浓度高达5%。事实上,铪和锆在化学性质上非常相似,分离这两种元素极其困难。大多数商业铪是作为锆精炼的副产品生产的。
铪是地球上含量第45高的元素,约占地壳重量的3.3 ppm。铪很耐腐蚀,因为它在暴露的表面上会形成一层氧化膜。事实上,它不受水、空气和所有碱和酸的影响,除了氟化氢。
据杰斐逊实验室称,碳化铪(HfC)的熔点接近7034华氏度(3890摄氏度),是所有已知的双元素化合物中最高的。化合物氮化铪(HfN)的熔点也很高,约为5981华氏度(3305摄氏度)。据《化学世界》报道,在三种元素的化合物中,钨铪混合碳化物的熔点为7457华氏度(4125摄氏度),是已知化合物中最高的。其他一些含铪化合物包括氟化铪(HfF4)、氯化铪(HfCl4)和氧化铪(HfO2)。
事实
·原子序数(原子核中的质子数):72
·原子符号(在元素周期表上):Hf
·原子量(原子的平均质量):178.49
·密度:13.3克/立方厘米
·室温相:固体
·熔点:4051华氏度(2233摄氏度)
·沸点:8317华氏度(4603摄氏度)
·同位素的数量(同一元素的原子具有不同的中子数):32个,其半衰期已知,质量为154到185
·最常见的同位素:Hf-174、Hf-176、Hf-177、Hf-178、Hf-179和Hf-180。

发现
据《化学世界》报道,在发现铪的几十年前,人们就已经预测到它的存在。这种元素被证明是相当难以捉摸的,因为几乎不可能从化学上将它与更常见的锆区分开来。
1869年,当俄罗斯化学家和发明家迪米特里·门捷列夫提出元素周期表(元素周期表的前现代版本)时,铪还不为人所知。然而,门捷列夫在他的工作中正确地预测了会有一种性质与锆和钛相似但比它们更重的元素。
1911年,已经发现*土稀**元素镥的法国化学家乔治·乌尔班相信自己终于发现了缺失的72号元素,并将其命名为celtium。然而,几年后,他的发现被证明是已经发现的镧系元素(元素周期表中原子序数从57到71的15种金属元素)的组合。
尚不清楚缺失的72号元素是过渡金属还是*土稀**金属,因为它位于表中这两种元素之间的边界。据《化学世界》报道,化学家们认为这是一种*土稀**元素,他们在含*土稀**的矿物中进行了多次无果的搜索。
然而,来自化学和物理领域的新证据支持了72号元素是过渡元素的观点。例如,科学家们知道元素周期表中的72号元素低于钛和锆,而这两种元素都是已知的过渡元素。此外,据《化学世界》报道,量子理论的创始人之一、丹麦物理学家尼尔斯·玻尔根据他对72号元素的电子构型预测,72号元素将是一种过渡金属。
1921年,玻尔鼓励匈牙利化学家格奥格·冯·海维西和荷兰物理学家德克·科斯特托(当时他所在研究所的两位年轻研究员)在锆矿石中寻找72号元素。根据他的原子结构量子理论,玻尔知道这种新金属将具有与锆相似的化学结构,因此这两种元素极有可能在相同的矿石中被发现。
冯·海维西和科斯特托采纳了玻尔的建议,开始用x射线光谱学研究锆矿石。据《化学与工程新闻》报道,他们利用玻尔关于电子如何填充原子内的壳层和亚壳层的理论来预测两种元素x射线光谱之间的差异。这种方法最终导致了1923年铪的发现。这一发现是元素周期表中仅存的六个空白之一。他们以玻尔的家乡哥本哈根(Hafniain拉丁语)为这种新元素命名。
使用
铪具有极强的耐腐蚀性和极佳的中子吸收能力,因此可以用于核潜艇和核反应堆控制棒,这是维持裂变反应的一项关键技术。控制棒使裂变链式反应保持活跃,但也防止它加速失控。
铪被用于电子设备,如阴极和电容器,以及陶瓷,摄影闪光灯和灯泡灯丝。据杰斐逊实验室介绍,它被用于真空管中作为一种吸气剂,一种与真空管中的微量气体结合并去除的物质。铪通常与其他金属如钛、铁、铌和钽制成合金。例如,耐热铪-铌合金用于航空航天应用,如太空火箭发动机。
化合物碳化铪的熔点是所有仅由两种元素组成的化合物中最高的,这使得它可以用于高温炉和窑炉的内衬。
谁知道呢?
·铪呈粉末状,是自燃的。
·英国化学家亨利·莫斯利是一位科学家,他意识到乔治·乌尔本的元素“celtium”并不是位于锆下面的真正元素。不幸的是,第一次世界大战中断了这位年轻科学家的重要研究。莫斯利尽职尽责地加入了英国陆军皇家工兵部队,并于1915年被*击狙**手击毙。他的死促使英国制定了一项新政策,禁止杰出的科学家参与战斗。
·1925年,荷兰化学家安东·爱德华·范·阿克尔和扬·亨德里克·德波尔提出了生产高纯度铪的方法。为了做到这一点,科学家们在热钨丝上分解四碘化铪,得到了纯铪的晶体棒。这种方法被称为晶棒法。
·作为一种潜在的*器武**,铪的核异构体一直存在争议。在铪的争论中,科学家们争论这种元素是否能够引发能量的快速释放。
·虽然锆在化学性质上与铪非常相似,但它与铪的不同之处在于它吸收中子的能力非常差。因此,锆被用于燃料棒的外层,在那里,中子可以很容易地移动。
用铪测定地球层的年代
在最近的一项研究中,一个国际研究小组通过对一颗罕见陨石中的铪进行化学分析,证实了地球的第一个地壳形成于大约45亿年前。根据《科学日报》的研究新闻稿,研究人员认为,这颗陨石来自小行星灶神星,在一次大碰撞后,将岩石碎片送到了地球。根据研究人员的说法,陨石是形成所有行星的原始材料的碎片。在这项研究中,他们测量了陨石中同位素铪-176和铪-177的比例。这为他们研究地球的组成提供了一个起点。他们将结果与地球上最古老的岩石进行了比较,基本上证实了地球表面在45亿年前就已经形成了地壳。