Гафний

Гафний — химический элемент периодической таблицы Менделеева с атомным номером 72 и символом Hf. Это тяжелый металл, относящийся к группе переходных металлов.

Наличие в природе гафния было предсказано Д.И. Менделеевым за несколько десятилетий до его открытия. Элемент оказался почти неуловимым, так как было очень сложно отличить его от более распространённого в земной коре циркония. Менделеев предполагал, что это должен быть элемент, свойства которого аналогичны свойствам циркония и титана, но с большей атомной массой. Но описать его свойства так же точно, как он это сделал ранее для еще не открытых галлия, скандия и германия, Менделеев не мог, так как стройность его периодической системы необъяснимо нарушали лантан и следующие за ним элементы. Только после того, как чешский химик, друг и сподвижник Менделеева, Богуслав Браунер, в 1900 году решил проблему размещения в периодической таблице открытых к тому времени редкоземельных элементов, выделив их в особую группу и разместив их в одной клетке вместе с лантаном (№ 57), всё встало на свои места.

Гафний в Таблице Менделеева.

С этого момента начались систематические поиски элемента № 72. В 1907 г. был открыт самый тяжелый лантаноид — лютеций (№71). Но и тогда уверенности в том, что лютеций — последний из редкоземельных элементов, у большинства химиков не было. В 1911 году французский химик Жорж Урбен объявил об открытии нового элемента, назвав его кельтием. Позже выяснилось, что он выделил не элемент, а смесь элементов, состоящую из иттербия, лютеция и будущего гафния. И только после того как Нильс Бор на основании расчётов показал, что последним редкоземельным элементом должен быть элемент с номером 71, стало очевидно, что элемент № 72 действительно аналог циркония.

В 1923 году нидерландский физик Дирк Костер и венгерский химик Дьёрдь де Хевеши выделили из норвежских цирконов новый элемент, который они назвали гафнием в честь города, где было сделано открытие (Hafnia — латинское название Копенгагена). Начавшийся после этого спор о приоритете между Ж. Урбеном, Д. Костером и Д. Хевеши продолжался длительное время. И только в 1949 году название элемента «гафний» было утверждено Международным союзом теоретической и прикладной химии и принято во всех странах.

Простое вещество гафний (Hf) — тугоплавкий серебристо-белый металл с атомной массой 178,49 а.е.м.

Расплавленный кусок чистого гафния (слева), куб со стороной 1 см и окисленный слиток гафния (справа), переплавленный в электронно-лучевой печи. Фото: взято из en.wikipedia.org

Среднее содержание (кларк) гафния в земной коре — 4 г/т. Он не образует собственных минералов, но входит в состав всех минералов циркония в качестве изоморфной примеси. Поэтому основной минерал циркония - циркон ZrSiO₄, в котором доля гафния достигает 2%, используется промышленностью как основное гафниевое сырье. Гранаты - еще одна группа силикатных минералов, содержащих значительное количество гафния, который действует как геохронометр. Высокое и изменчивое соотношение Lu/ Hf, обнаруженное в гранатах, делает его полезным для датировки магматических и метаморфических процессов.

Информация о присутствии гафния в спектрах звёзд крайне противоречива. Несмотря на потенциальное наличие гафния в некоторых звездах, его прямые доказательства остаются ограниченными из-за низких концентраций и сложных технических требований к наблюдению слабых спектральных линий.

В мире в год в среднем добывается около 70 тонн гафния, и объёмы его добычи пропорциональны объёмам добычи циркония. Так как на долю России приходится 10 % мировых запасов циркония, то доля гафния составляет такой же процент. Это 3-е место в мире после Австралии и ЮАР. 

Основное применение гафния сегодня – ядерная энергетика, где он нужен для изготовления защитных элементов ядерных реакторов. Гафний используют при создании сверхмощных магнитов, для производства жаростойких сплавов в металлургии. Сплав гафния и тантала применяется в ракетной технике.