Gafniy

Gafniy — Mendeleyev kimyoviy elementlar davriy jadvalning VI davr IVB guruh elementi. Atom raqami 72. Hf (lotincha Hafnium so‘zidan) formulasi bilan belgilanadi. Oddiy modda shaklidagi gafniy qiyin eriydigan kumush-oq rangdagi metall yarqiroq holida bo‘ladi.

Tarixi va atama etimologiyasi.

Gafniy 1923-yilda kashf etilgan. Mendeleyev davriy jadvalining VI-guruhi tarkibi hali to‘liq ma’lum bo‘lmagan paytlarda gafniyni nodir yer metallari safidan qidirishgan. 1911-yilda fransuz kimyogari Jorj Urben (1872-1938) o‘zining yangi kimyoviy element kashf etgani va uni keltiy deb nomlaganini e’lon qilgan edi. Biroq, keyingi tekshirishlar shuni ko‘rsatdiki, Urben aslida itterbiy, lyutetsiy hamda juda oz miqdorda gafniy elementlari mavjud bo‘lgan aralashma ajratib olgan ekan xolos. Shundan keyin, gafniyni kashf etish borasidagi izlanishar yana davom etdi va bu boradagi izlanishlarga faqatgina Nils Borning kvant mexanikasiga asoslanib keltirgan hisob-kitoblariga ko‘ra, nodir yer metallari orasida oxirgisi — lyutetsiy ekanligi ma’lum bo‘lgachgina oydinlik kiritildi. Ya’ni, Borning hisoblashlari, gafniyni nodir yer metallari orasidan qidirish amaliyotini istisno qilish lozimligini ko‘rsatib bergan edi. Shunga ko‘ra, kimyogarlar gafniy sirkoniyning o‘xshashi ekanini bilib olishdi va izlanishlarni ushbu asosga ko‘ra davom ettirishdi.

Borning hisoblashlariga tayangan holda, 1923-yil davomida kimyogarlar Dirk Koster (1889-1950) va Dyord de Xeveshi (1885-1966) Norvegiya va Grenlandiyadan keltirilgan sirkon minerallari (ZrSiO₄) tarkibini tizimli ravishda izchillik bilan tekshirib chiqishdi. Bunda olimlar sirkon minerallarini rentgenospektral usul yordamida tahlil qilishgan. Sirkon mineralini qaynayotgan kislota orqali ishqorlardan ajratib olish usuli bilan, olimlar Mozli qonuniga asosan rentgenogrammadagi — chiziqlarning qidirilayotgan element spektriga mos kelishini kuzatishdi va shu orqali gafniyni sof holda ajratib olishga muvaffaq bo‘lishdi. Xeveshi va Kosterning tajribalari Daniya poytaxti — Kopengagenda olib borilgan. Shu sababli ham olimlar o‘zaro kelishib, yangi kashf etilgan kimyoviy element uchun mazkur shaharning qadimiy nomi — Hafnia nomini berishga qaror qilishgan. Ushbu kashfiyot haqida ommaga e’lon qilingan sanadan boshlab, olimlar Xeveshi hamda Koster bilan J.Urben o‘rtasida kashfiyot muallifligi borasida uzoq davom etgan munozara ochilib ketgan edi. Har ikkala taraf kashfiyot uchun mualliflik huquqini o‘ziga berilishini talab qilib turli vaj-dalillar keltirgan. Uzoq davom etgan bahslardan keyin, 1949-yilda Xalqaro Amaliy va Nazariy Kimyo Ittifoqi (IUPAC) tomonidan tuzilgan maxsus Xalqaro Ha’yat, Xeveshi va Koster qayd etgan natijalarni to‘g‘ri ekanligini tan oldi va kimyoviy elementning kashfiyotchisi maqomini ham aynan shu olimlarga biriktirdi. Shunga ko‘ra, 72-element uchun nomni ham Xeveshi va Kosterning taklifiga binoan, Gafniy deb rasman belgilandi.

Tabiatda tarqalganligi.

Gafniyning Yer qobig‘idagi o‘rtacha miqdori har bir tonnada 4 grammni tashkil etadi. Gafniyning sof holdagi minerallari mavjud emas va shu sababli ushbu kimyoviy element odatda sirkoniy elementiga yo‘ldosh tarzida uchraydi. Sayyoramizdagi eng boy gafniy konlari Avstraliya, Janubiy Afrika Respublikasi, AQSH, Hindiston va Braziliya davlatlari hududida joylashgan.

Olinishi.

Gafniy asosan sirkoniy rudalari tarkibidan ajratib olinadi. Har bir tonna sirkoniy rudasida o‘rtacha 2.5% miqdorda gafniy mavjud bo‘ladi. Sirkoniyning ayrim minerallarida gafniyning miqdori 4-6% gacha yetadi. Masalan, sirkon mineralida 4% atrofida HfO₂ mavjud bo‘lsa, baddeleit (ZrO₂) tarkibida 6% gacha gafniy bo‘ladi. Jahon bo‘yicha har yili 70 tonna atrofida gafniy qazib olinadi. Gafniyning olinish miqdori unga yo‘ldosh bo‘lgan sirkoniyning olinish miqdoriga to‘g‘ridan-to‘g‘ri bog‘liq bo‘lib, ushbu ikki element doimo o‘zaro proporsional ravishda qazib olinadi.

Fizik xossalari.

Gafniy — oq-kumushrang yarqiroq, qattiq va qiyin eriydigan metall. Me’yoriy sharoitlardagi zichligi 13,31 g/sm³, erish harorati 2506 K (2233 °C), qaynash harorati esa 4876 K (4603 °C). Gafniyning noyob tabiiy izotoplaridan biri ¹⁷⁴Hf o‘ta past alfa-faollikka ega (yarim yemirilish davri 2·10¹⁵ yil).

Gafniy elementi, xuddi germaniy singari, issiqlik sig‘imi borasida anomal g‘alati ko‘rsatkichga ega. Ya’ni, gafniyning issiqlik singdiruvchanligi 60-80 K harorat intervalida keskin ortadi va keyin yana tezkor pasayadi. Bunday anomaliyaga olimlar uzoq yilda mobaynida javob izlab kelishmoqda. Hozirdagi mavjud tushunchalarga ko‘ra, gafniyning issiqlik singdiruvchanligi bo‘yicha bunday anomal ko‘rsatkichlariga, uning kristall panjarasining tebranuvchan (Debayga ko‘ra) va diffuzion (Bolsmanga ko‘ra) issiqlik yutish komponentlari tufaylidir.

Kimyoviy xossalari.

Gafniyning kimyoviy barqarorligi uning yo‘ldoshi — sirkoniynikidan ancha kuchliroqdir. Tantal bilan bir qatorda, gafniy elementni ham nisbatan inert material sanaladi. Chunki uning sirtida yupqa oksid qatlami hosil bo‘ladi va elementning kimyoviy faolligini birmuncha susaytiradi. Gafniyning eng yaxshi erituvchisi ftorovodorod kislotasi (HF), yoki, Ftorovodorod kislotaning azot kislotasi bilan aralashmasi sanaladi. Yetarlicha baland haroratlarda (1000 K va undan yuqori) gafniy havoda oksidlanadi va kislorodda yona boshlaydi. Gafniy galogenlar bilan reaksiyaga kirisha oladi. Uning kislotalarga nisbatan chidamliligi shishaniki bilan o‘xshashdir. Sirkoniy bilan bir qatorda, gafniy ham gidrofob element sanaladi (ya’ni, u suvda namlanmaydi va ho‘l bo‘lmaydi).

Qo‘llanishi.

Gafniyning asosiy qo‘llanish sohalari bu — aerokosmik texnikalar uchun metall qotishmalari ishlab chiqarilishi, atom sanoati, hamda, maxsus optika texnika sanaladi. Gafniyning neytronlarni tutib qolish xossasidan atom texnikasida keng foydalaniladi. Shuningdek atom reaktorlari uchun sterjenlar tayyorlash, maxsus keramika, hamda, gafniy bilan maxsus ishlov berilgan shishalar tayyorlashda gafniydan foydalaniladi. Gafniy diboridi atom sanoatida borning yonishidan turli gazlar (vodorod, geliy) ajralib chiqishini kamaytirish uchun qo‘llaniladi.

Optika sohasida gafniy oksidining baland haroratlarga chidamlilik xossasidan foydalaniladi. Shuningdek, gafniy oksidi bilan ishlov berilgan optik mahsulotlarda nur sindirish ko‘rsatkichi ortadi. Gafniy bilan ishlov berilgan maxsus optik jihozlarda tungi ko‘rish asboblari, teplovizorlar, hamda o‘ta yuqori sifatli maxsus optik texnika tayyorlanadi. Shuning optik tolali kabellar va maxsus shisha oyna yoki, ko‘zgular ishlab chiqarilishida ham gafniydan keng foydalaniladi.

Gafniyning gafniy karbid va gafniy borid singari birikmalari o‘ta qattiq qotishmalar hosil qiladi va maxsus texnika uchun o‘ta qattiq tashqi qoplamalar tayyorlashda qo‘llaniladi. Ushbu birikmalarning erish va qaynash haroratlari ham ancha yuqoriligi sababli (ular 3960 °C da eriydi) ulardan kosmik raketalarning tashqi qoplama detallarini hamda, yadro dvigatellarining ba’zi elementlarini yasashda foydalaniladi.

Gafniy birikmalarining suvga nisbatan chidamliligi (gidrofobiyasi) sababli, gafniyning titan bilan qotishlmalaridan suvosti kemalari hamda, oddiy kemalarning dvigatellarini tayyorlashda keng foydalaniladi. Shuningdek, kema korpusidagi payvandlash choklariga ham gafniy bilan ishlov beriladi.

Shuningdek, terbiy va samariy kabi nodir yer metallari asosidagi o‘ta kuchli doimiy magnitlar tayyorlashda ham gafniy elementidan foydalaniladi. Rentgen apparatlarida qo‘llaniladigan maxsus ko‘p qatlamli ko‘zgular yasalishida ham gafniyning ahamiyati katta bo‘ladi.

Gafniyning ayrim qotishmalaridan mikroelektronikada, xususan, mikroprotsessorlar ishlab chiqarilishida ham foydalaniladi. Masalan, Intel Penryn protsessorlarida gafniy dioksidi qo‘llanilgan.

Gafniy haqida ma’lumotnoma jadval: