铪? 铪!

万众化工 2019-11-24

一种神奇的金属——

在本篇文章中,小编将介绍一种最近发现的非放射性金属,也就是铪(Hf)。元素周期表,你会看到铪位于第4族的底部,上面是锆和钛。铪的存在并非偶然,其相近的金属都具有非常的化学性质,其中锆和铪的化学性质最为相似因此通常情况下铪和锆是以结合的状态存在另外,在锆石等矿物中,铪占比1%4%不等,这种原子序数为72的元素与锆的性质惊人地相似,因此铪直到1923年才被发现。

铪是以丹麦首都哥本哈根的拉丁文命名的,这个元素的发现者乔治·德海韦西在他的实验中发现了这个元素,萃取出的纯铪为银色可塑性强的重金属,其密度是锆的两倍。铪非常稀有,从锆中分离的难度大,所以一克铪的价格相当高,每克十美元。另外,在过去的十年里,铪的价格已大大提高了。2011312日,受东日本大地震影响,福岛县第一次发生核泄漏。日本内阁官房长官枝野幸男表示第一核电站的16号机组将全部永久废弃,而福岛县第一核电站是世界最大的核电站,其关停降低了用于建造核反应堆的锆的需求。由于铪是生产高纯度金属锆的副产品,锆产量的减少,导致了铪的短缺,价格从而大幅提高。

铪与锆很难分离,是因为它们的化学性质非常相似,这就是为什么只有氯化铪中重结晶才能达到分离的原因。从锆中分离铪是现今一个非常重要的工艺,因为作为高纯度中子发射器的锆,是制造燃料组件所必须的另一方面,铪能很好地吸收自由中子,此,在锆管内痕量的铪可能会干扰反应堆的工作铪可以用来调节反应器中链式反应的速度,它也可以用在控制棒上,其在核反应的应用前景非常显著

从化学的角度看,铪几乎可以说是锆的孪生兄弟。铪暴露在空气中几乎不会氧化,但是当加热的时候,它的表明会生成一层厚厚的黑色氧化层,就像锆一样,如果切掉很大的块,用锉刀摩擦时,铪也能产生明亮的火花,当一块铪在砂轮上研磨时,其效果会更好,产生的小颗粒铪在很高的温度下,便会在空气中燃烧,其温度超过2000℃,如果用燃烧器燃烧铪粉,这个过程可以被更好地观察到非常明亮的火花。当铪在空气中燃烧时,所产生的只是二氧化铪,它可以用来生产世界上最耐火的材料,这就是碳化钽铪,熔点为4215,在未来,这些材料可以改善火箭发动机的性能,提高聚变反应堆等离子体的温度。

铪几乎不溶于浓硝酸或盐酸,但在氢氟酸中,这种金属便迅速失去它的惰性,钛也类似,开始迅速溶解,生成配合物,确切地说,生成的是六氟合钛酸,这个反应需要在塑料杯中做,因为氢氟酸会腐蚀玻璃,在这个反应中,金属表面的暗氧化层消失了,这使得光亮的铪再次暴露出来就像锆一样,铪很适合进行阳极氧化,这种工艺可以生产出漂亮而又相当昂贵的饰品。

目前,铪主要用于制造一些核反应堆的控制棒用于研究和制作军事模型,被添加到耐热合金中,例如那些用来制造火箭发动机喷嘴铪相当昂贵,这就是为什么只要有可能,它就会被更便宜的锆所取代。

现代核物理学家也在试图发现铪-178的另一种特殊用途,他们认为这种同位素的激发原子,也可以在外力的影响下发射X射线和伽玛射线等,比如α射线,就像可见荧光,在高能紫外线的影响下发出可见如果一块铪-178暴露在辐射下,这种同位素会释放辐射,它的效率是化学反应的100倍,这个过程可以帮助制造非常高效的核反应发动机,以及更精确的辐射测量设备。当然,关于的探索还在继续,小编将和你们一起期待它在未来更多地改善我们的生活。


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