康熙字典

鉿絲

化學(xué)元素解釋：

概述

鉿為銀灰色的有光澤金屬，熔點(diǎn)2227°C，沸點(diǎn)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(xué)性質(zhì)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(qiáng)度適中，抗腐蝕性好，中子吸收能力高，大量用于原子能工業(yè);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(jié)構(gòu)有兩種：在1300℃以下時(shí)，為六方密堆積(α-式);在1300℃以上時(shí)，為體心立方(β-式)。具有塑性的金屬，當(dāng)有雜質(zhì)存在時(shí)質(zhì)變硬而脆。空氣中穩(wěn)定，灼燒時(shí)僅在表面上發(fā)暗。細(xì)絲可用火柴的火焰點(diǎn)燃。性質(zhì)似鋯。不和水、稀酸或強(qiáng)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(jià)。鉿合金(Ta4HfC5)是已知熔點(diǎn)最高的物質(zhì)(約4215℃)。

性質(zhì)

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(shù)：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(zhì)量：178.5

核內(nèi)質(zhì)子數(shù)：72

核外電子數(shù)：72

核電核數(shù)：72

質(zhì)子質(zhì)量：1.20456E-25

質(zhì)子相對質(zhì)量：72.504

氧化態(tài)：Main Hf+4

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

所屬周期：6

所屬族數(shù)：IVB

摩爾質(zhì)量：178

密度：13.2

熔點(diǎn)：2150.0

沸點(diǎn)：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(jié)構(gòu)：晶胞為六方晶胞。

晶胞參數(shù)：

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(tài)：金屬

原子半徑：2.16

常見化合價(jià)：+4

發(fā)現(xiàn)

發(fā)現(xiàn)人：科學(xué)家科斯特(D.Coster)、馮•赫維西(G.Von Hevesy)

發(fā)現(xiàn)年代：1923年

發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)： 丹麥

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

在莫斯萊對元素的X射線研究后，確定在鋇和鉭之間應(yīng)當(dāng)有16個

鉿絲元素存在。這時(shí)除了61號元素和72號元素之外，其余14個元素都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，而且它們都屬于今天所屬的鑭系，也就是當(dāng)時(shí)認(rèn)為的稀土元素。那么72號元素應(yīng)當(dāng)歸屬于稀土元素?還是和鈦、鋯同屬一族?當(dāng)時(shí)多數(shù)化學(xué)家主張屬于前者。法國化學(xué)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(jìn)行X射線光譜檢測，得到的結(jié)論是否定的，沒有發(fā)現(xiàn)相當(dāng)于72號元素的譜線。烏爾班堅(jiān)信新元素的存在，認(rèn)為出現(xiàn)這樣的結(jié)果是因?yàn)樾卵兄频臋C(jī)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(xué)家達(dá)維利埃共同用第一次世界大戰(zhàn)后改進(jìn)的X射線譜儀進(jìn)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(xué)家玻爾提出了原子結(jié)構(gòu)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(rèn)為根據(jù)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(xiàn)，而應(yīng)當(dāng)從含鋯和鈦的礦石中去尋找。

根據(jù)玻爾的推論，在1922年，匈牙利化學(xué)家赫維西和丹麥物理學(xué)家科斯特對多種含鋯礦石進(jìn)行了X射線光譜分析，果真發(fā)現(xiàn)了這一元素。他們?yōu)榱思o(jì)念該元素的發(fā)現(xiàn)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(shù)鋯礦中，地殼中含量很少。常與鋯共存，無單獨(dú)礦石。可由四氯化鉿(HfCl4)與鈉共熱經(jīng)還原而制得。

元素用途：

1、鉿的主要用途是制作原子核反應(yīng)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(yè)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(yīng)堆的控制棒和保護(hù)裝置。鉿粉可作火箭的推進(jìn)器。由于它對中子有較好的吸收能力，因此常用來做核反應(yīng)堆的控制棒，以減慢核子連鎖反應(yīng)的速率，同時(shí)抑制原子反應(yīng)的"火焰"。用于最新的intel45納米處理器。

2、在電器工業(yè)上可制造X射線管的陰極。由于它容易發(fā)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(yè)。

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(hù)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(diǎn)高，可作硬質(zhì)合金添加劑。4TaC•HfC的熔點(diǎn)約為4215℃，為已知的熔點(diǎn)最高的化合物。

鉿彈

反物質(zhì)武器。心靈力量的隔空移物。能將宣傳演說定向發(fā)送到毫無防備的敵人腦中的“千里傳音”微波武器。能發(fā)起一次核攻擊的手榴彈。對于大多數(shù)科學(xué)家而言，這些話題過于標(biāo)新立異，無法成為近期關(guān)注的研究熱點(diǎn)。但盡管他們持反對態(tài)度，上述或其他種類的“偽科學(xué)”項(xiàng)目，早已在一些美國政府機(jī)構(gòu)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(xué)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(zhì)異能素彈(isomer bomb)。據(jù)它的提議者介紹，這是一種極其先進(jìn)的未來武器，能利用所謂“同質(zhì)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(dāng)量;另一些人則說，同質(zhì)異能素能使功率強(qiáng)大的激光武器的威力更上一層樓。幾十年來，一些基于同質(zhì)異能素的武器概念一直相當(dāng)活躍。它們的基本觀點(diǎn)在于，人們可以通過某種方法，使同質(zhì)異能素(即具有一些受激質(zhì)子的元素)發(fā)生衰變，并釋放巨大能量，這種能量可觸發(fā)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(guān)注，當(dāng)時(shí)一位主要提議者聲稱，他已經(jīng)用一臺牙科X 射線機(jī)，成功地“觸發(fā)”了鉿元素的一些同質(zhì)異能素釋放能量。

科研人員嚴(yán)厲譴責(zé)這些結(jié)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(qiáng)大得多的激光器，也無法重復(fù)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn);一些批評家也指出，即使能成功觸發(fā)，鉿也還是不能制造出武器，充其量只能生產(chǎn)一種放射性炸彈，即“臟”彈。但科學(xué)家們并不能阻止美國軍方認(rèn)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(fèi)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(nèi)幕。她將美國軍方一直持續(xù)至今的對鉿彈的研究，描述為“一個關(guān)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(gòu)的威脅。

按照溫伯格和其他人的說法，五角大樓從事偽科學(xué)課題研究的一個原因，應(yīng)歸結(jié)為美國軍方預(yù)算的巨大數(shù)額：每年約5,000億美元，它為數(shù)不勝數(shù)的研究計(jì)劃提供資金，一些資金需求量較小的計(jì)劃很容易躲過監(jiān)管;另一個原因是國會的資金調(diào)撥，立法者會在批準(zhǔn)支出的款項(xiàng)中抽取一部分金額，用來回報(bào)選民。這些資金幾乎不會有人來監(jiān)管，甚至能為最不可思議的項(xiàng)目提供支持。前五角大樓頂級武器檢驗(yàn)員菲利普•科伊爾(Philip Coyle)目前為美國防務(wù)情報(bào)中心工作，這個中心是華盛頓哥倫比亞特區(qū)的一個監(jiān)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(shù)”。他還補(bǔ)充說，這種無知可能會催生“很多標(biāo)新立異的偽科學(xué)項(xiàng)目”。

史蒂文•阿弗特古德(Steven Aftergood)負(fù)責(zé)美國科學(xué)家協(xié)會政府保密項(xiàng)目計(jì)劃，他說，大量保密因素?fù)诫s進(jìn)來，更促進(jìn)了偽科學(xué)的泛濫。在9•11之后的保安環(huán)境中，越來越多的研究項(xiàng)目被劃到保密類，只有極少數(shù)人能批準(zhǔn)和管理這類項(xiàng)目計(jì)劃。他說：“保密使資金提供者不會受到獨(dú)立審查，并且用不著為其中一些計(jì)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(xiàng)研究計(jì)劃——也就是他口中的“星際旅行式遠(yuǎn)距離傳輸”，便是保密成為這類項(xiàng)目保護(hù)傘的一個例證。阿弗特古德說，因?yàn)榻o“幾乎普遍認(rèn)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(xiàng)目計(jì)劃曝光之后，人們的批評才接踵而來。他認(rèn)為：“如果資金調(diào)撥的過程更透明一些，那么納稅人可能就會省下這筆費(fèi)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(diào)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(xué)院的斯蒂文 •庫寧(Steven Koonin)教授。他是20世紀(jì)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(qiáng)詞奪理試圖擺脫困境的方式罷了。” 反物質(zhì)武器。心靈力量的隔空移物。能將宣傳演說定向發(fā)送到毫無防備的敵人腦中的“千里傳音”微波武器。能發(fā)起一次核攻擊的手榴彈。同質(zhì)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(zhì)：白色粉末，有單斜、四方和立方三種晶體結(jié)構(gòu)。密度分別為10.3，10.1和10.43g/cm3。熔點(diǎn)2780～2920K。沸點(diǎn)5400K。熱膨脹系數(shù)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(chǎn)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(zhuǎn)變?yōu)镹a2(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(jié)，水浸后得K2(Zr,Hf)F6溶液。溶液可以通過分步結(jié)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(tǒng)和HNO3-TBP(磷酸三丁酯)系統(tǒng)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(jìn)行多級分餾的技術(shù)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(zhì)，又會使ZrCl4和HfCl4質(zhì)量降低，增加提純費(fèi)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(shí)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(shí)也應(yīng)防止自燃。海綿鉿的進(jìn)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(jié)晶棒”時(shí)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。