ويعتبر أحد العناصر المعدنية القليلة الموجودة في العالم، وله تركيب مشابه جدًا لتركيبة الزركونيوم. والحقيقة يتم استخراجه به، لأنه موجود في معادنه ومشتقاته. أدناه، تعرف بإيجاز على خصائص وخصائص واستخدامات الهافنيوم.
ما هو الهافنيوم؟
وهو معدن تبلغ وفرته الأرضية 5.3 جزء في المليون، ويتم الحصول عليه عن طريق اختزال رباعي الهاليد مع المغنيسيوم، وتتم هذه العملية بمقاييس معينة، حيث يمكن خلطه مع غازات أخرى. وله مظهر فضي ولامع، ويذوب بشكل عام عند حوالي 2222 درجة مئوية، ويستخدم بشكل عام في صناعة المفاعلات النووية.
رمز الهافنيوم
Hf له العدد الذري 72 في الجدول ووزنه الذري 178.49. يأتي اسمها من الكلمة اللاتينية هافنيا ، والتي تعني كوبنهاغن، المدينة التي تم اكتشافها فيها، على يد الكيميائي د. كوستر بالتعاون مع ج. هيفيسي. ومنذ ذلك الحين، عرفنا أن الزركونيوم يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالهافنيوم.
خصائص الهافنيوم
ومن أبرز خصائص هذا المركب هو محتوى الجزيئات المتفجرة التي يمكن أن تسبب الحرائق. بالإضافة إلى نقاط أخرى تحدده وهي:
- الحالة : ينتمي إلى القوام الصلب البودري.
- اللون : إنه رمادي فضي لامع.
- الطعم والرائحة : يفتقر إلى النكهة وليس له رائحة محددة.
- الذوبان : غير قابل للذوبان في الماء أو كيماويات الجسم أو المحاليل الملحية.
- السمية : ليس لها مستوى سمية معروف.
- التفاعلية : هناك إمكانية التفاعل مع البورون والأكسجين والكبريت والسيليكون والنيتروجين والكربون بشرط أن يكون عند درجات حرارة مرتفعة.
- الهيكل : شفاف، يشبه الماس.
- التركيب : 72 إلكترونًا ونفس عدد البروتونات.
الخواص الكيميائية والفيزيائية للهافنيوم
- العدد الذري : 72
- الفترة : 6
- بلوك 😀
- المجموعة : 4
- الكثافة : 13.1 كجم/م3
- نقطة الغليان : 5400 درجة مئوية
- نقطة الانصهار : 2222 درجة مئوية
- نصف القطر الذري : 125 ساعة
- متوسط نصف القطر : 155 ساعة
- نصف القطر الأيوني (Å) : 0.81
- السالبية الكهربية : 1.3
- حالة الأكسدة : +4
- أكسيد : مذبذب
- الحرارة النوعية : 24.06 كيلوجول/مول
- نصف القطر التساهمي (Å) : 1:50 مساءً
- التكوين الإلكتروني : [Xe]4f 14 5d 2 6s 2
- الكتلة الذرية (جم/مول) : 178.49 ش
- الإلكترونات لكل طبقة : 2، 8، 18، 32، 12، 2
- التركيب البلوري : سداسي
- جهد التأين الأول فولت : 5.54 كيلوجول/مول
- الموصلية الحرارية : 23 وات/(م·ك)
- الموصلية الكهربائية : 3.12 × 106 م-1 Ω-1
أصل الهافنيوم
تم اكتشافه في عام 1923 من قبل الباحث الكيميائي المجري المولد ديرك كوستر، مع جورج فون من هيفيزي في مدينة كوبنهاغن، الدنمارك. وكان إلى جانبهم متخصص نرويجي معروف ساعد في التحقيق في عملية الفصل المعقد للهافنيوم والزركونيوم. تم العثور على هذا العنصر في أمريكا الجنوبية وأستراليا. هناك احتياطيات تصل إلى مليون طن.
تم استخدامه في البداية لقطع الفولاذ السميك وتوسع استخدامه لإنشاء الهياكل المعدنية والبناء. حاليًا، يتم تنفيذ هذا الإجراء باستخدام قاطعة البلازما بما في ذلك أقطاب الهافنيوم.
ما هو الهافنيوم المستخدمة ل؟
وهو عنصر نادر واستخداماته محددة للغاية، بالنسبة للاندماج مع التنغستن في الأقطاب الكهربائية والخيوط. وبالمثل، يتم استخدامه لتطوير قضبان التحكم للمفاعلات النووية. ويرجع استخدامه النووي إلى قدرته على امتصاص النيوترونات ومقاومته للتآكل. وبالمثل، يتم استخدامه من قبل شركات مثل Intel وIBM لصنع الترانزستورات للمعالجات.
كما أنها تستخدم لإنتاج الغواصات النووية ومصابيح الغاز. القضاء على وجود النيتروجين والأكسجين في القنوات والأربطة الفارغة بالحديد والنيوبيوم والتيتانيوم وغيرها من المعادن المعدنية.
كيف يتم الحصول على الهافنيوم؟
وهو موجود دائمًا مع الزركونيوم، مما يشير إلى أنه غير موجود بشكل مستقل داخل النظام. ويتم غمر الهافنيوم بين عناصر الزركون ومشتقاته بنسبة 1% إلى 5%. تمثل عملية الفصل صعوبات كبيرة لأن كلاهما يحتوي على خصائص كيميائية متطابقة تقريبًا. للحصول على هذا الفلز يجب إجراء عملية تنقية الزركونيوم عن طريق اختزال رابع كلوريد الهافنيوم باستخدام الصوديوم أو المغنيسيوم.
الحذر في استخدام الهافنيوم
كلما تم التعامل مع هذا العنصر، لا بد من توخي الحذر، لأنه بعد خضوعه لعملية فصل عن المركبات الأخرى، يصبح قابلاً للاشتعال، مما يشير إلى إمكانية الاحتراق التلقائي. ومع ذلك، إذا لم يتم استخدام الهافنيوم بالتدابير المناسبة، فإنه قد يسبب تهيجًا طفيفًا للأغشية المخاطية والعينين والجلد. لكن حتى الآن لم يتم رصد أي عواقب مزمنة على الجسم بسبب التعرض له.
وفي الختام، فإن استخدام هذا المعدن ضروري لصناعة العديد من العناصر النووية، وذلك بسبب ترشيح البروتونات والاستخدامات الميكانيكية التي يتمتع بها الهافنيوم، مما يجعلها مثالية لتطوير المشاريع المختلفة.