鉿

康熙字典

鉿絲

化學元素解釋：

概述

鉿為銀灰色的有光澤金屬，熔點2227°C，沸點4602°C，密度13.31克/厘米³;金屬鉿有較高的中子俘獲能力。 鉿與鋯的化學性質相似，都具有良好的抗腐蝕性，不受一般的酸堿侵蝕;易溶于氫氟酸;高溫下可與氧、氮等氣體直接化合。金屬鉿強度適中，抗腐蝕性好，中子吸收能力高，大量用于原子能工業;鉿可以生成多種合金，還可作賤金屬的表面包膜。

元素描述

晶體結構有兩種：在1300℃以下時，為六方密堆積(α-式);在1300℃以上時，為體心立方(β-式)。具有塑性的金屬，當有雜質存在時質變硬而脆。空氣中穩定，灼燒時僅在表面上發暗。細絲可用火柴的火焰點燃。性質似鋯。不和水、稀酸或強堿作用，但易溶解在王水和氫氟酸中。在化合物中主要呈+4價。鉿合金(Ta4HfC5)是已知熔點最高的物質(約4215℃)。

性質

元素名稱：鉿

元素原子量：178.5

元素類型：金屬

原子體積:(立方厘米/摩爾)：13.6

地殼中含量：(ppm)：5.3

元素在太陽中的含量:(ppm)：0.001

元素在海水中的含量:(ppm)：0.000007

原子序數：72

元素符號：Hf

元素中文名稱：鉿

元素英文名稱：H

相對原子質量：178.5

核內質子數：72

核外電子數：72

核電核數：72

質子質量：1.20456E-25

質子相對質量：72.504

氧化態：Main Hf+4

Other Hf+1, Hf+2, Hf+3

所屬周期：6

所屬族數：IVB

摩爾質量：178

密度：13.2

熔點：2150.0

沸點：5400.0

外圍電子排布：5d2 6s2

核外電子排布：2,8,18,32,10,2

晶體結構：晶胞為六方晶胞。

晶胞參數：

a = 319.64 pm

b = 319.64 pm

c = 505.11 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

莫氏硬度：5.5

聲音在其中的傳播速率：(m/S) 3010

電離能 (kJ /mol)

M - M+ 642

M+ - M2+ 1440

M2+ - M3+ 2250

M3+ - M4+ 3216

顏色和狀態：金屬

原子半徑：2.16

常見化合價：+4

發現

發現人：科學家科斯特(D.Coster)、馮•赫維西(G.Von Hevesy)

發現年代：1923年

發現地點： 丹麥

發現過程：1923年由丹麥科學家科斯特(D.Coster)和匈牙利科學家馮•赫維西(G.Von Hevesy)由X射線光譜中發現。

在莫斯萊對元素的X射線研究后，確定在鋇和鉭之間應當有16個

鉿絲元素存在。這時除了61號元素和72號元素之外，其余14個元素都已經被發現，而且它們都屬于今天所屬的鑭系，也就是當時認為的稀土元素。那么72號元素應當歸屬于稀土元素?還是和鈦、鋯同屬一族?當時多數化學家主張屬于前者。法國化學家烏爾班1911年從鐿的氧化物中分離出镥后，又分離出一個新的元素。在1914年烏爾班去英國將該元素的樣品送請莫斯萊進行X射線光譜檢測，得到的結論是否定的，沒有發現相當于72號元素的譜線。烏爾班堅信新元素的存在，認為出現這樣的結果是因為新研制的機器靈敏度不夠，無法檢測到樣品中痕量新元素的存在。他回到巴黎后與光譜科學家達維利埃共同用第一次世界大戰后改進的X射線譜儀進行檢測。1922年5月，他們宣布測到兩條X譜線，因此斷定新元素是存在的。1913年，丹麥物理學家玻爾提出了原子結構的量子論。接著在1921-1922年之間又提出原子核外電子排布理論。玻爾認為根據他的理論，72號元素不屬于稀土元素，而和鋯一樣是同族元素。也就是說，72號元素不會從稀土元素礦物中出現，而應當從含鋯和鈦的礦石中去尋找。

根據玻爾的推論，在1922年，匈牙利化學家赫維西和丹麥物理學家科斯特對多種含鋯礦石進行了X射線光譜分析，果真發現了這一元素。他們為了紀念該元素的發現所在地——丹麥的首都哥本哈根，命名它為hafnium，元素符號定為Hf。后來赫維西制得了幾豪克純的鉿的樣品。

來源及用途

元素來源：

它存在于大多數鋯礦中，地殼中含量很少。常與鋯共存，無單獨礦石。可由四氯化鉿(HfCl4)與鈉共熱經還原而制得。

元素用途：

1、鉿的主要用途是制作原子核反應堆的控制棒。純鉿具有可塑性、易加工、耐高溫抗腐蝕，是原子能工業重要材料。鉿的熱中子捕獲截面大，是較理想的中子吸收體，可作原子反應堆的控制棒和保護裝置。鉿粉可作火箭的推進器。由于它對中子有較好的吸收能力，因此常用來做核反應堆的控制棒，以減慢核子連鎖反應的速率，同時抑制原子反應的"火焰"。用于最新的intel45納米處理器。

2、在電器工業上可制造X射線管的陰極。由于它容易發射電子而很有用處(如用作白熾燈的燈絲)。用作X射線管的陰極，鉿和鎢或鉬的合金用作高壓放電管的電極。常用作X射線的陰極和鎢絲制造工業。

3、鉿的合金可作火箭噴嘴和滑翔式重返大氣層的飛行器的前沿保護層，Hf-Ta合金可制造工具鋼及電阻材料。在耐熱合金中鉿用作添加元素，例如鎢、鉬、鉭的合金中有的添加鉿。HfC由于硬度和熔點高，可作硬質合金添加劑。4TaC•HfC的熔點約為4215℃，為已知的熔點最高的化合物。

鉿彈

反物質武器。心靈力量的隔空移物。能將宣傳演說定向發送到毫無防備的敵人腦中的“千里傳音”微波武器。能發起一次核攻擊的手榴彈。對于大多數科學家而言，這些話題過于標新立異，無法成為近期關注的研究熱點。但盡管他們持反對態度，上述或其他種類的“偽科學”項目，早已在一些美國政府機構中“安營扎寨”，并將一些未來超級武器的虛假希望，灌輸給那些沒有學過物理的政策制定者。

就拿所謂的鉿彈來說吧，它又被稱為同質異能素彈(isomer bomb)。據它的提議者介紹，這是一種極其先進的未來武器，能利用所謂“同質異能素”的亞原子粒子中的巨大能量，小小一包就能釋放出1,000噸TNT 當量;另一些人則說，同質異能素能使功率強大的激光武器的威力更上一層樓。幾十年來，一些基于同質異能素的武器概念一直相當活躍。它們的基本觀點在于，人們可以通過某種方法，使同質異能素(即具有一些受激質子的元素)發生衰變，并釋放巨大能量，這種能量可觸發其他原子的核聚變。不過，直到1988年，這種想法才真正引起了人們的關注，當時一位主要提議者聲稱，他已經用一臺牙科X 射線機，成功地“觸發”了鉿元素的一些同質異能素釋放能量。

科研人員嚴厲譴責這些結果是不可靠的、虛假的、甚至是不可能的。首先，他們甚至使用威力強大得多的激光器，也無法重復這項實驗;一些批評家也指出，即使能成功觸發，鉿也還是不能制造出武器，充其量只能生產一種放射性炸彈，即“臟”彈。但科學家們并不能阻止美國軍方認真考慮和研究鉿彈，并且為此提供資金。單單這種鉿彈，就耗費了美國國防部1,000多萬美元。

沙倫•溫伯格(Sharon Weinberger)是資深國防記者，撰寫了《假想的武器：五角大樓地下科技世界巡禮》一書。在這本2006年6月出版的新書中，她披露了這類武器的研制內幕。她將美國軍方一直持續至今的對鉿彈的研究，描述為“一個關于政府官員自欺欺人、并自覺自愿地相信并不存在的威脅的故事”，他們試圖利用這種幻想中的武器，來對付虛構的威脅。

按照溫伯格和其他人的說法，五角大樓從事偽科學課題研究的一個原因，應歸結為美國軍方預算的巨大數額：每年約5,000億美元，它為數不勝數的研究計劃提供資金，一些資金需求量較小的計劃很容易躲過監管;另一個原因是國會的資金調撥，立法者會在批準支出的款項中抽取一部分金額，用來回報選民。這些資金幾乎不會有人來監管，甚至能為最不可思議的項目提供支持。前五角大樓頂級武器檢驗員菲利普•科伊爾(Philip Coyle)目前為美國防務情報中心工作，這個中心是華盛頓哥倫比亞特區的一個監察組織。他評論說，許多立法者和工作人員“的確不了解這些技術”。他還補充說，這種無知可能會催生“很多標新立異的偽科學項目”。

史蒂文•阿弗特古德(Steven Aftergood)負責美國科學家協會政府保密項目計劃，他說，大量保密因素摻雜進來，更促進了偽科學的泛濫。在9•11之后的保安環境中，越來越多的研究項目被劃到保密類，只有極少數人能批準和管理這類項目計劃。他說：“保密使資金提供者不會受到獨立審查，并且用不著為其中一些計劃泄密而感到難堪。”阿弗特古德指出，2004年美國空軍對于心靈移物所做的一項研究計劃——也就是他口中的“星際旅行式遠距離傳輸”，便是保密成為這類項目保護傘的一個例證。阿弗特古德說，因為給“幾乎普遍認為在物理上站不住腳的”東西提供資金，美國空軍受到大量批評。他還說，只有在這個項目計劃曝光之后，人們的批評才接踵而來。他認為：“如果資金調撥的過程更透明一些，那么納稅人可能就會省下這筆費用。”

對于這些研究支出，美國空軍辯解說，為了以防萬一，他們需要對每一種情況都加以調查。批評者們對這種辯解不以為然，其中就包括了美國加州理工學院的斯蒂文 •庫寧(Steven Koonin)教授。他是20世紀90年代末五角大樓鉿彈問題評審小組委員會的委員，在溫伯格的書中，他說：“這并不足以讓他們‘脫離困境’，這只是他們強詞奪理試圖擺脫困境的方式罷了。” 反物質武器。心靈力量的隔空移物。能將宣傳演說定向發送到毫無防備的敵人腦中的“千里傳音”微波武器。能發起一次核攻擊的手榴彈。同質異能素彈(isomer bomb)。

鉿 - 二氧化鉿

名稱 二氧化鉿;hafnium dioxide

資料 分子式：HfO2CAS號：

性質：白色粉末，有單斜、四方和立方三種晶體結構。密度分別為10.3，10.1和10.43g/cm3。熔點2780～2920K。沸點5400K。熱膨脹系數5.8×10-6/℃。不溶于水、鹽酸和硝酸，可溶于濃硫酸和氟氫酸。由硫酸鉿、氯氧化鉿等化合物熱分解或水解制取。為生產金屬鉿和鉿合金的原料。用作耐火材料、抗放射性涂料和催化劑。

冶煉

一般分五步。第一步為礦石的分解，有三種方法：①鋯石氯化得(Zr,Hf)Cl4。②鋯石的堿熔，鋯石與NaOH在600℃左右熔融，有90%以上的(Zr,Hf)O2轉變為Na2(Zr,Hf)O3，其中的SiO2變成Na2SiO3，用水溶除去。Na2(Zr,Hf)O3用HNO3溶解后可作鋯鉿分離的原液，但因含有SiO2膠體，給溶劑萃取分離造成困難。③用K2SiF6燒結，水浸后得K2(Zr,Hf)F6溶液。溶液可以通過分步結晶分離鋯鉿。第二步為鋯鉿分離，可用鹽酸-MIBK(甲基異丁基酮)系統和HNO3-TBP(磷酸三丁酯)系統的溶劑萃取分離方法。利用高壓下(高于20大氣壓)HfCl4和ZrCl4熔體蒸氣壓的差異而進行多級分餾的技術早有研究，可省去二次氯化過程，降低成本。但由于(Zr，Hf)Cl4和HCl的腐蝕問題，既不易找到合適的分餾柱材質，又會使ZrCl4和HfCl4質量降低，增加提純費用。第三步為HfO2的二次氯化以制得還原用粗HfCl4。第四步為HfCl4的提純和加鎂還原。本過程與ZrCl4的提純和還原相同，所得半成品為粗海綿鉿。第五步為真空蒸餾粗海綿鉿，以除去MgCl2和回收多余的金屬鎂，所得成品為海綿金屬鉿。如還原劑不用鎂而用鈉，則第五步改為水浸。

海綿鉿自坩堝中取出時要格外小心，以免自燃。大塊海綿鉿要破碎成一定尺寸的小塊，以便壓成自耗電極，再熔鑄成錠。破碎時也應防止自燃。海綿鉿的進一步提純與鈦和鋯一樣，用碘化物熱分解法。控制條件與鋯略有不同，在碘化罐四周的海綿鉿小塊,保持溫度為600℃，而中心的熱絲溫度為1600℃，比制取鋯的“結晶棒”時的1300℃為高。鉿的加工成型包括鍛造、擠壓、拉管等步驟，與加工鋯的方法一樣。