鉿

1923年，瑞典化學家赫維西和荷蘭物理學家D·科斯特在挪威和格陵蘭所產的鋯石中發現鉿元素，並命名為hafnium，它來源於哥本哈根城的拉丁名稱Hafnia。1925年，赫維西和科斯特用含氟絡鹽分級結晶的方法分離掉鋯、鈦，得到純的鉿鹽；並用金屬鈉還原鉿鹽，得到純的金屬鉿。 ^[1]  赫維西製得了幾毫克純鉿的樣品。 ^[2] 

1998年德克薩斯州大學的Carl Collins教授做的一次實驗中聲稱經伽瑪射線照射的鉿178m2（同質異能素鉿-178m2 ^[3]  ）可以釋放巨大的能量，其能量比化學反應高5個數量級，但比核反應低3個數量級。 ^[4-5]  Hf178m2（鉿178m2）在相似的長壽命同位素中有着最長的壽命：Hf178m2（鉿178m2）的半衰期長達31年，因此其天然放射性活度約為1.6萬億貝克勒爾。Collins的報告指出：一克純Hf178m2（鉿178m2）包含約1330兆焦耳，這相當於300千克TNT炸藥爆炸釋放的能量。Collins的報告指出這一反應中所有的能量都以X射線或伽瑪射線形式釋放，這一能量釋放速度極快，且Hf178m2（鉿178m2）在極低濃度下仍可發生反應。 ^[5]  五角大樓為此撥款研究。 ^[6]  實驗中信噪比很低(誤差較大)，且自此之後，儘管經過包括由美國國防部先進項目研究局（DARPA） ^[7-8]  及JASON Defense Advisory Group ^[9]  等多國組織科學家多次試驗，沒有任何科學家能在Collins聲稱的條件下實現這一反應 ^[10]  ，而Collins也未能給出有力的證據證明這一反應的存在。 ^[9]  2006年，Collins提出利用誘發伽瑪射線發射使Hf178m2（鉿178m2）釋放能量的方法 ^[11]  ，但另曾有科學家在理論上證明了這種反應不可能實現。 ^[1]  Hf178m2（鉿178m2）在學術界被普遍認為不能作為能源來源。

鉿為銀灰色的金屬，有金屬光澤；金屬鉿有兩種變體：α-鉿為六方密堆積變體（1750℃），其轉變温度比鋯高。金屬鉿在高温下有同素異形變體存在。金屬鉿有較高的中子吸收截面，可用作反應堆的控制材料。 ^[1] 

晶體結構有兩種：在1300℃以下時，為六方密堆積（α-式）；在1300℃以上時，為體心立方（β-式）。具有塑性的金屬，當有雜質存在時質變硬而脆。空氣中穩定，灼燒時僅在表面上發暗。細絲可用火柴的火焰點燃。性質似鋯。不和水、稀酸或強鹼作用，但易溶解在王水和氫氟酸中。在化合物中主要呈+4價。鉿合金（Ta₄HfC₅）是已知熔點最高的物質（約4215℃）。 ^[2] 

晶體結構：晶胞為六方晶胞。

鉿的化學性質與鋯十分相似，具有良好的抗腐蝕性能，不易受一般酸鹼水溶液的侵蝕；易溶於氫氟酸而形成氟合配合物。高温下，鉿也可以與氧、氮等氣體直接化合，形成氧化物和氮化物。

鉿在化合物中常呈+4價。主要的化合物是氧化鉿HfO₂。氧化鉿有三種不同的變體：將鉿的硫酸鹽和氯氧化物持續煅燒所得的氧化鉿是單斜變體；在400℃左右加熱鉿的氫氧化物所得的氧化鉿是四方變體；若在1000℃以上煅燒，可得立方變體。另一個化合物是四氯化鉿，它是製備金屬鉿的原料，可由氯氣作用於氧化鉿和碳的混合物製取。四氯化鉿與水接觸，立即水解成十分穩定的HfO(4H₂O)₂⁺離子。HfO²⁺離子存在於鉿的許多化合物中，在鹽酸酸化的四氯化鉿溶液中可結晶出針狀的水合氯氧化鉿HfOCl₂·8H₂O晶體。

4價鉿還容易與氟化物形成組成為K₂HfF₆、K₃HfF₇、(NH₄)₂HfF₆、(NH₄)₃HfF₇的配合物。這些配合物曾用於鋯、鉿分離。 ^[1] 

二氧化鉿（HfO₂），為白色粉末，有單斜、四方和立方三種晶體結構，密度分別為10.3g/cm³，10.1g/cm³和10.43g/cm³。熔點2780～2920K。沸點5400K。熱膨脹係數5.8×10^-6/℃。不溶於水、鹽酸和硝酸，可溶於濃硫酸和氟氫酸。由硫酸鉿、氯氧化鉿等化合物熱分解或水解制取。為生產金屬鉿和鉿合金的原料。用作耐火材料、抗放射性塗料和催化劑。 ^[12]  原子能級HfO是製造原子能級ZrO時同時得到的產品。從二次氯化起，提純、還原、真空蒸餾等過程同鋯的工藝流程幾乎完全一樣。

四氯化鉿（HfCl₄）：為白色結晶塊，對濕敏感，溶於丙酮和甲醇。遇水水解生成氯化氧鉿（HfOCl₂），熱至250℃揮發，對眼睛、呼吸系統、皮膚有刺激性。 ^[13] 

氫氧化鉿（H₄HfO₄）：氫氧化鉿通常以水合氧化物HfO₂·nH₂O存在，難溶於水，易溶於無機酸，不溶於氨水，很少溶於氫氧化鈉。加熱至100℃，生成羥基氧化鉿HfO(OH)₂。可由鉿（IV）鹽與氨水反應得到白色氫氧化鉿沉澱。可用於製取其他鉿化合物。

1、可由鎂還原四氯化鉿或熱分解四碘化鉿製取。也可以HfCl₄和K₂HfF₆為原料。在NaCl-KCl-HfCl₄或K₂HfF₆熔體中電解制取，其工藝過程與鋯的電解制取相近。

2、鉿多與鋯共存，沒有單獨存在的鉿原料。鉿的製造原料是在製造鋯的工藝流程中分離出來的粗氧化鉿。用離子交換樹脂的方法提取氧化鉿，隨後利用與鋯相同的方法從這種氧化鉿中製取金屬鉿。

3、可由四氯化鉿（HfCl₄）與鈉共熱經還原而製得。 ^[14] 

4、最早分離鋯、鉿的方法是含氟絡鹽的分級結晶和磷酸鹽的分級沉澱。這些方法操作麻煩，僅限於實驗室使用。陸續出現了分級蒸餾、溶劑萃取、離子交換和分級吸附等分離鋯、鉿的新技術，其中以溶劑萃取法較有實用價值。常用的兩種分離體系是硫氰酸鹽－異己酮體系和磷酸三丁酯－硝酸體系。以上方法所得產品都是氫氧化鉿，通過煅燒可得純的氧化鉿。高純度的鉿可以用離子交換法取得。

工業上，金屬鉿的生產常常並用克羅爾法和德博爾-阿克爾法。克羅爾法是用金屬鎂還原四氯化鉿：

2Mg+HfCl₄─→2MgCl₂+Hf

德博爾－阿克爾法即碘化法，用此法提純海綿狀鉿，得到可延展的金屬鉿。 ^[1] 

鉿的地殼丰度比常用金屬鉍﹑鎘﹑汞多，與鈹﹑鍺﹑鈾的含量相當。所有含鋯的礦物中都含有鉿。工業上用的鋯石中含鉿量為0.5～2%。次生鋯礦中的鈹鋯石(alvite)含鉿可以高達15%。還有一種變質鋯石曲晶石(cyrtolite)，含HfO達5%以上。後兩種礦物的儲量少，工業上尚未採用。鉿主要由生產鋯的過程中回收。

存在於大多數鋯礦中。 ^[15-16]  因為地殼中含量很少。常與鋯共存，無單獨礦石。

由於鉿容易發射電子而很有用處（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射線的陰極和鎢絲製造工業。純鉿具有可塑性、易加工、耐高温抗腐蝕，是原子能工業重要材料。鉿的熱中子捕獲截面大，是較理想的中子吸收體，可作原子反應堆的控制棒和保護裝置。鉿粉可作火箭的推進器。在電器工業上可製造X射線管的陰極。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層，Hf-Ta合金可製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由於硬度和熔點高，可作硬質合金添加劑。4TaCHfC的熔點約為4215℃，為已知的熔點最高的化合物。鉿可作為很多充氣系統的吸氣劑。鉿吸氣劑可除去系統中存在的氧、氮等不需要氣體。鉿常作為液壓油的一種添加劑，防止在高危作業時候液壓油的揮發，具有很強的抗揮發性，這個特性的話，所以一般用於工業液壓油。醫學液壓油。

鉿元素也用於最新的intel45納米處理器。由於二氧化硅（SiO₂）具有易制性(Manufacturability)，且能減少厚度以持續改善晶體管效能，處理器廠商均採用二氧化硅做為製作柵極電介質的材料。當英特爾導入65納米制造工藝時，雖已全力將二氧化硅柵極電介質厚度降低至1.2納米，相當於5層原子，但由於晶體管縮至原子大小的尺寸時，耗電和散熱難度亦會同時增加，產生電流浪費和不必要的熱能，因此若繼續採用時下材料，進一步減少厚度，柵極電介質的漏電情況勢將會明顯攀升，令縮小晶體管技術遭遇極限。為解決此關鍵問題，英特爾正規劃改用較厚的高K材料（鉿元素為基礎的物質）作為柵極電介質，取代二氧化硅，此舉也成功使漏電量降低10倍以上。另與上一代65納米技術相較，英特爾的45納米制程令晶體管密度提升近2倍，得以增加處理器的晶體管總數或縮小處理器體積，此外，晶體管開關動作所需電力更低，耗電量減少近30%，內部連接線(interconnects)採用銅線搭配低k電介質，順利提升效能並降低耗電量，開關動作速度約加快20%。

儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與氧化劑、酸類、鹵素等分開存放，切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。