الهفنيوم

هفنيوم

Hafnium - Hafnium

الهفنيوم

الهفنيوم hafnium معدن له مظهر الفولاذ، رمزه الكيمياوي Hf، عدده الذري 72؛ وهو أحد عناصر الفصيلة الثانوية IVB (أو 4) التي تضم إضافة إليه التيتانيوم[ر] والزركونيوم[ر] والرذرفورديوم[ر: ما بعد اليورانيوم]. تحوي ذرته في طبقتها الإلكترونية الخارجية الكترونين s وفي الطبقة التي تليها إلكترونين d. وعليه فإن تكافؤه يجب أن يأخذ - نظرياً- القيم من 1 إلى 4؛ إلا أن هذا لا يتحقق عملياً إذ لا تعرف للهفنيوم في تكافؤاته 1 و2 و3 سوى مركبات قليلة العدد. فثبات التكافؤات الدنيا يتناقص من التيتانيوم حتى الهفنيوم مع ازدياد ثبات التكافؤ (4). كما تتناقص شدة الخاصة الحمضية لأكاسيدها بالترتيب نفسه مع ازدياد الخاصة الأساسية.

اكتشفه عام 1923 الكيميائي الهنغاري جيورغ فون هيفسي Georg von Hevesy ت(1885-1966) بالاشتراك مع الفيزيائي الهولندي ديرك كوستِر Dirk Coster، وكان ذلك بعد قرن تقريباً من اكتشاف الزركونيوم عام 1789. وذلك بعد أن تنبأ نيلز بور[ر] Niels Bohr أن العنصر 72 سيشبه الزركونيوم في بنيته، ولذلك بحث مكتشفاه عنه في خامات الزركونيوم. واشتق اسمه من هافنيا Hafnia الاسم اللاتيني لـ«كوبنهاغن» حيث اكتشف العنصر.

وجوده في الطبيعة - تحضيره - خواصه الفيزيائية - استعمالاته

 يصادف الهفنيوم غالباً في فلزات minerals الزركونيوم بنسبة 1-3٪، والزركونيوم تبلغ نسبته في القشرة الأرضية 0.025٪ وزناً، ويأتي في المرتبة الخامسة والأربعين بسعة انتشاره بين العناصر في القشرة الأرضية.

الزركونيوم والهفنيوم متشابهان كيمياوياً شبهاً كبيراً، ولهذا فهما يحضّران معاً، ومن ثم يفصل أحدهما عن الآخر.

بنيته الإلكترونية [Xe]6s² 4f¹⁴ 5d² أو 2-8-18-32-10-2، كتلته الذرية النسبية: 178.49، كتلته الحجمية 13.31غ/سم³، درجة انصهاره 2222 ْس، درجة غليانه 5200 ْس، نصف قطر ذرته 158.05 بيكومتر، نصف قطر الأيون Hf⁴⁺ ن84 بيكومتر، وهو يقبل الطرق والسحب.

يستعمل الهفنيوم بسبب ارتفاع درجة انصهاره وشدة إشعاعه للإلكترونات في صنع مساري المصابيح الإلكترونية وأشرطة التوهج، كما أنه يدخل في تركيب سبائك ذات درجات انصهار عالية مع الحديد والنيكل، وهو يستعمل في التقانة الإلكترونية بسبب شدة تفاعله مع النترونات، ويستعمل أكسيده HfO₂ لصنع زجاج ذي قرينة انكسار عالية. سبيكته Ta₄HfC₅ لها أعلى درجة انصهار بين المواد المعروفة جميعها (4215 ْس) وسبيكته (88٪ تنتاليوم و9.6٪ تنغستن و2.4٪ هفنيوم) غالية جداً؛ إذ إنها تستعمل في مجال واسع من درجات الحرارة.

خواصه الكيمياوية وأهم مركباته

درجة أكسدته الأثبت +4، وتتأكسد مركّباته بدرجات الأكسدة الأخرى (+2 و+3) بسرعة متحولة إلى M^IV بفعل الهواء أو الماء أو مواد أخرى. وتكون الطاقة اللازمة لإزاحة أربعة إلكترونات كبيرة؛ لذا لا وجود للأيون M⁺⁴، فمركّباته بدرجة الأكسدة +4 ذات طبيعة مشتركة.

لذرتي الهفنيوم والزركونيوم نصفا قطر متماثلان، كما أن لأيونيها نصفي قطر متماثلين لانكماش نصف القطر الذري الحاصل في زمرة اللانتانيوم. لذلك كان السلوك الكيمياوي لهما متشابهاً لدرجة كبيرة، فهما يتشابهان أكثر من أي عنصرين آخرين في الجدول الدوري.

الهفنيوم خامل كيمياوياً عند الدرجة العادية من الحرارة. أما عند الدرجات المرتفعة فهو شديد النشاط؛ إذ لا يقتصر نشاطه على التفاعل مع الهالوجينات مكوناً الهاليدات MX₄ والأكسجين والكبريت فقط، وإنما يتفاعل مع الكربون والآزوت (النتروجين) كذلك. وهو يحترق في جو من الأكسجين عند تسخينه إلى درجة التوهج (أعلى من 600 ْس) ويبّين المخطط (1) الخواص الكيمياوية للهفنيوم:

الأكسيد HfO₂ مادة بيضاء صعبة الانصهار والانحلال في الماء أو في الحموض والأسس الممددة. ينحل بسهولة في HF أو القلويات المصهورة. ولصعوبة انحلال الأكسيد MO₂ في الماء لايمكن الحصول على الهدروكسيد Hf(OH)₄ مباشرة، فيحصل عليه مثلاً بتفاعل القلويات مع الهاليدات مثل HfCl₄، وتغلب على أكسيده الخواص الأساسية، فالهدروكسيد Hf(OH)₄ ينحل في الحموض القوية.

هاليداته لها الصيغة العامة HfX₄ ويحصل عليها بحرق مزيج من الأكسيد الموافق للمعدن مع الكربون في جو من الهالوجين. ويحدث التفاعل حسب المعادلة:

رباعي كلوريد الهفنيوم ملح نموذجي، وجميع هاليدات الهفنيوم تنحل جيداً بالماء باستثناء HfF₄. وتكوِّن هاليداته جميعها معقدات[ر: المعقَّد] صيغتها العامة A₂[HfX₆] حيث A معدن أحادي التكافؤ. وهذه المعقدات تتبلور جيداً، وتتحلمه (تتحلل بالماء) أقل بكثير من الهاليدات البسيطة؛ مما يدل على ثبات الأيونات المعقّدة [MX₆]^2- في المحاليل. معقداته جميعها لا لون لها. وتتناقص درجة ثبات هاليداته ابتداء من الفلور حتى اليود. ويكوِّن الهفنيوم - إضافة إلى المعقَّدات A₂[HfX₆] - عقدات أخرى صيغتها: A₃[HfF₇] وA₄[HfF₈]، وA₅[HfF₉] حيث يكون العدد التساندي فيها 7 و8 و9 على الترتيب.

موفق شخاشيرو

التيتانيوم ـ الزركونيوم.

ـ هيام بيرقدار، الكيمياء اللاعضوية 2 (مطبعة محمد هاشم الكتبي، 1391هـ/1971م).

- MARY ELVIRA WEEKS, Discovery of the Elements (Mack Printing Company 1956).

التصنيف : الكيمياء و الفيزياء

النوع : علوم

المجلد: المجلد الواحد والعشرون

رقم الصفحة ضمن المجلد : 483

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية