铪 - 概述

　　铪为银灰色的有光泽金属，熔点2227°C，沸点4602°C，密度13.31克/厘米³;金属铪有较高的中子俘获能力。 铪与锆的化学性质相似，都具有良好的抗腐蚀性，不受一般的酸碱侵蚀;易溶于氢氟酸;高温下可与氧、氮等气体直接化合。金属铪强度适中，抗腐蚀性好，中子吸收能力高，大量用于原子能工业;铪可以生成多种合金，还可作贱金属的表面包膜。

　　元素描述

　　晶体结构有两种：在1300℃以下时，为六方密堆积(α-式);在1300℃以上时，为体心立方(β-式)。具有塑性的金属，当有杂质存在时质变硬而脆。空气中稳定，灼烧时仅在表面上发暗。细丝可用火柴的火焰点燃。性质似锆。不和水、稀酸或强碱作用，但易溶解在王水和氢氟酸中。在化合物中主要呈+4价。铪合金(Ta4HfC5)是已知熔点最高的物质(约4215℃)。

　　铪 - 综合性质

　　元素名称：铪

　　元素原子量：178.5

　　元素类型：金属

　　原子体积:(立方厘米/摩尔)：13.6

　　地壳中含量：(ppm)：5.3

　　元素在太阳中的含量:(ppm)：0.001

　　元素在海水中的含量:(ppm)：0.000007

　　原子序数：72

　　元素符号：Hf

　　元素中文名称：铪

　　元素英文名称：H

　　相对原子质量：178.5

　　核内质子数：72

　　核外电子数：72

　　核电核数：72

　　质子质量：1.20456E-25

　　质子相对质量：72.504

　　氧化态：Main Hf+4

　　Other Hf+1, Hf+2, Hf+3

　　所属周期：6

　　所属族数：IVB

　　摩尔质量：178

　　密度：13.2

　　熔点：2150.0

　　沸点：5400.0

　　外围电子排布：5d2 6s2

　　核外电子排布：2,8,18,32,10,2

　　晶体结构：晶胞为六方晶胞。

　　晶胞参数：

　　a = 319.64 pm

　　b = 319.64 pm

　　c = 505.11 pm

　　α = 90°

　　β = 90°

　　γ = 120°

　　莫氏硬度：5.5

　　声音在其中的传播速率：(m/S) 3010

　　电离能 (kJ /mol)

　　M - M+ 642

　　M+ - M2+ 1440

　　M2+ - M3+ 2250

　　M3+ - M4+ 3216

　　颜色和状态：金属

　　原子半径：2.16

　　常见化合价：+4

　　铪 - 发现

　　发现人：科学家科斯特(D.Coster)、冯•赫维西(G.Von Hevesy)

　　发现年代：1923年

　　发现地点： 丹麦

　　发现过程：1923年由丹麦科学家科斯特(D.Coster)和匈牙利科学家冯•赫维西(G.Von Hevesy)由X射线光谱中发现。

　　在莫斯莱对元素的X射线研究后，确定在钡和钽之间应当有16个

　　元素存在。这时除了61号元素和72号元素之外，其余14个元素都已经被发现，而且它们都属于今天所属的镧系，也就是当时认为的稀土元素。那么72号元素应当归属于稀土元素?还是和钛、锆同属一族?当时多数化学家主张属于前者。法国化学家乌尔班1911年从镱的氧化物中分离出镥后，又分离出一个新的元素。在1914年乌尔班去英国将该元素的样品送请莫斯莱进行X射线光谱检测，得到的结论是否定的，没有发现相当于72号元素的谱线。乌尔班坚信新元素的存在，认为出现这样的结果是因为新研制的机器灵敏度不够，无法检测到样品中痕量新元素的存在。他回到巴黎后与光谱科学家达维利埃共同用第一次世界大战后改进的X射线谱仪进行检测。1922年5月，他们宣布测到两条X谱线，因此断定新元素是存在的。1913年，丹麦物理学家玻尔提出了原子结构的量子论。接着在1921-1922年之间又提出原子核外电子排布理论。玻尔认为根据他的理论，72号元素不属于稀土元素，而和锆一样是同族元素。也就是说，72号元素不会从稀土元素矿物中出现，而应当从含锆和钛的矿石中去寻找。

　　根据玻尔的推论，在1922年，匈牙利化学家赫维西和丹麦物理学家科斯特对多种含锆矿石进行了X射线光谱分析，果真发现了这一元素。他们为了纪念该元素的发现所在地——丹麦的首都哥本哈根，命名它为hafnium，元素符号定为Hf。后来赫维西制得了几豪克纯的铪的样品。

　　铪 - 来源及用途

　　元素来源：

　　它存在于大多数锆矿中，地壳中含量很少。常与锆共存，无单独矿石。可由四氯化铪(HfCl4)与钠共热经还原而制得。

　　元素用途：

　　1、铪的主要用途是制作原子核反应堆的控制棒。纯铪具有可塑性、易加工、耐高温抗腐蚀，是原子能工业重要材料。铪的热中子捕获截面大，是较理想的中子吸收体，可作原子反应堆的控制棒和保护装置。铪粉可作火箭的推进器。由于它对中子有较好的吸收能力，因此常用来做核反应堆的控制棒，以减慢核子连锁反应的速率，同时抑制原子反应的"火焰"。用于最新的intel45纳米处理器。

　　2、在电器工业上可制造X射线管的阴极。由于它容易发射电子而很有用处(如用作白炽灯的灯丝)。用作X射线管的阴极，铪和钨或钼的合金用作高压放电管的电极。常用作X射线的阴极和钨丝制造工业。

　　3、铪的合金可作火箭喷嘴和滑翔式重返大气层的飞行器的前沿保护层，Hf-Ta合金可制造工具钢及电阻材料。在耐热合金中铪用作添加元素，例如钨、钼、钽的合金中有的添加铪。HfC由于硬度和熔点高，可作硬质合金添加剂。4TaC•HfC的熔点约为4215℃，为已知的熔点最高的化合物。

　　铪 - 铪弹

　　反物质武器。心灵力量的隔空移物。能将宣传演说定向发送到毫无防备的敌人脑中的“千里传音”微波武器。能发起一次核攻击的手榴弹。对于大多数科学家而言，这些话题过于标新立异，无法成为近期关注的研究热点。但尽管他们持反对态度，上述或其他种类的“伪科学”项目，早已在一些美国政府机构中“安营扎寨”，并将一些未来超级武器的虚假希望，灌输给那些没有学过物理的政策制定者。

　　就拿所谓的铪弹来说吧，它又被称为同质异能素弹(isomer bomb)。据它的提议者介绍，这是一种极其先进的未来武器，能利用所谓“同质异能素”的亚原子粒子中的巨大能量，小小一包就能释放出1,000吨TNT 当量;另一些人则说，同质异能素能使功率强大的激光武器的威力更上一层楼。几十年来，一些基于同质异能素的武器概念一直相当活跃。它们的基本观点在于，人们可以通过某种方法，使同质异能素(即具有一些受激质子的元素)发生衰变，并释放巨大能量，这种能量可触发其他原子的核聚变。不过，直到1988年，这种想法才真正引起了人们的关注，当时一位主要提议者声称，他已经用一台牙科X 射线机，成功地“触发”了铪元素的一些同质异能素释放能量。

　　科研人员严厉谴责这些结果是不可靠的、虚假的、甚至是不可能的。首先，他们甚至使用威力强大得多的激光器，也无法重复这项实验;一些批评家也指出，即使能成功触发，铪也还是不能制造出武器，充其量只能生产一种放射性炸弹，即“脏”弹。但科学家们并不能阻止美国军方认真考虑和研究铪弹，并且为此提供资金。单单这种铪弹，就耗费了美国国防部1,000多万美元。

　　沙伦•温伯格(Sharon Weinberger)是资深国防记者，撰写了《假想的武器：五角大楼地下科技世界巡礼》一书。在这本2006年6月出版的新书中，她披露了这类武器的研制内幕。她将美国军方一直持续至今的对铪弹的研究，描述为“一个关于政府官员自欺欺人、并自觉自愿地相信并不存在的威胁的故事”，他们试图利用这种幻想中的武器，来对付虚构的威胁。

　　按照温伯格和其他人的说法，五角大楼从事伪科学课题研究的一个原因，应归结为美国军方预算的巨大数额：每年约5,000亿美元，它为数不胜数的研究计划提供资金，一些资金需求量较小的计划很容易躲过监管;另一个原因是国会的资金调拨，立法者会在批准支出的款项中抽取一部分金额，用来回报选民。这些资金几乎不会有人来监管，甚至能为最不可思议的项目提供支持。前五角大楼顶级武器检验员菲利普•科伊尔(Philip Coyle)目前为美国防务情报中心工作，这个中心是华盛顿哥伦比亚特区的一个监察组织。他评论说，许多立法者和工作人员“的确不了解这些技术”。他还补充说，这种无知可能会催生“很多标新立异的伪科学项目”。

　　史蒂文•阿弗特古德(Steven Aftergood)负责美国科学家协会政府保密项目计划，他说，大量保密因素掺杂进来，更促进了伪科学的泛滥。在9•11之后的保安环境中，越来越多的研究项目被划到保密类，只有极少数人能批准和管理这类项目计划。他说：“保密使资金提供者不会受到独立审查，并且用不着为其中一些计划泄密而感到难堪。”阿弗特古德指出，2004年美国空军对于心灵移物所做的一项研究计划——也就是他口中的“星际旅行式远距离传输”，便是保密成为这类项目保护伞的一个例证。阿弗特古德说，因为给“几乎普遍认为在物理上站不住脚的”东西提供资金，美国空军受到大量批评。他还说，只有在这个项目计划曝光之后，人们的批评才接踵而来。他认为：“如果资金调拨的过程更透明一些，那么纳税人可能就会省下这笔费用。”

　　对于这些研究支出，美国空军辩解说，为了以防万一，他们需要对每一种情况都加以调查。批评者们对这种辩解不以为然，其中就包括了美国加州理工学院的斯蒂文 •库宁(Steven Koonin)教授。他是20世纪90年代末五角大楼铪弹问题评审小组委员会的委员，在温伯格的书中，他说：“这并不足以让他们‘脱离困境’，这只是他们强词夺理试图摆脱困境的方式罢了。” 反物质武器。心灵力量的隔空移物。能将宣传演说定向发送到毫无防备的敌人脑中的“千里传音”微波武器。能发起一次核攻击的手榴弹。同质异能素弹(isomer bomb)。

　　铪 - 二氧化铪

　　名称 二氧化铪;hafnium dioxide

　　资料 分子式：HfO2CAS号：

　　性质：白色粉末，有单斜、四方和立方三种晶体结构。密度分别为10.3，10.1和10.43g/cm3。熔点2780～2920K。沸点5400K。热膨胀系数5.8×10-6/℃。不溶于水、盐酸和硝酸，可溶于浓硫酸和氟氢酸。由硫酸铪、氯氧化铪等化合物热分解或水解制取。为生产金属铪和铪合金的原料。用作耐火材料、抗放射性涂料和催化剂。

　　铪 - 冶炼

　　一般分五步。第一步为矿石的分解，有三种方法：①锆石氯化得(Zr,Hf)Cl4。②锆石的碱熔，锆石与NaOH在600℃左右熔融，有90%以上的(Zr,Hf)O2转变为Na2(Zr,Hf)O3，其中的SiO2变成Na2SiO3，用水溶除去。Na2(Zr,Hf)O3用HNO3溶解后可作锆铪分离的原液，但因含有SiO2胶体，给溶剂萃取分离造成困难。③用K2SiF6烧结，水浸后得K2(Zr,Hf)F6溶液。溶液可以通过分步结晶分离锆铪。第二步为锆铪分离，可用盐酸-MIBK(甲基异丁基酮)系统和HNO3-TBP(磷酸三丁酯)系统的溶剂萃取分离方法。利用高压下(高于20大气压)HfCl4和ZrCl4熔体蒸气压的差异而进行多级分馏的技术早有研究，可省去二次氯化过程，降低成本。但由于(Zr，Hf)Cl4和HCl的腐蚀问题，既不易找到合适的分馏柱材质，又会使ZrCl4和HfCl4质量降低，增加提纯费用。第三步为HfO2的二次氯化以制得还原用粗HfCl4。第四步为HfCl4的提纯和加镁还原。本过程与ZrCl4的提纯和还原相同，所得半成品为粗海绵铪。第五步为真空蒸馏粗海绵铪，以除去MgCl2和回收多余的金属镁，所得成品为海绵金属铪。如还原剂不用镁而用钠，则第五步改为水浸。

　　海绵铪自坩埚中取出时要格外小心，以免自燃。大块海绵铪要破碎成一定尺寸的小块，以便压成自耗电极，再熔铸成锭。破碎时也应防止自燃。海绵铪的进一步提纯与钛和锆一样，用碘化物热分解法。控制条件与锆略有不同，在碘化罐四周的海绵铪小块,保持温度为600℃，而中心的热丝温度为1600℃，比制取锆的“结晶棒”时的1300℃为高。铪的加工成型包括锻造、挤压、拉管等步骤，与加工锆的方法一样。