Оксид гафния(IV)

Оксид гафния(IV)
Общие
Систематическое наименование	оксид гафния(IV)
Традиционные названия	окись гафния
Химическая формула	HfO2
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	белые кристаллы
Молярная масса	210,19 г/моль
Плотность	9,68 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	2780; 2790 °C
Температура кипения	5400 °C
Молярная теплоёмкость (ст. усл.)	60,2 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования (ст. усл.)	-1117 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	12055-23-1
Рег. номер PubChem	292779
SMILES	O=[Hf]=O

Оксид гафния(IV) — бинарное неорганическое соединение металла гафния и кислорода с формулой HfO₂, белые кристаллы, не растворимые в воде, из растворов выделяется в виде гидрата.

Получение

• Горение металлического гафния в кислороде:

$\mathsf{Hf + O_2 \ \xrightarrow{700^oC}\ HfO_2 }$

• Действие перегретым па́ром на металлический гафний:

$\mathsf{Hf + 2H_2O \ \xrightarrow{300^oC}\ HfO_2 + 2H_2 }$

• Разложение при нагревании дигидроксид-оксида гафния:

$\mathsf{HfO(OH)_2 \ \xrightarrow{600-1000^oC}\ HfO_2 + H_2O }$

• Окисление кислородом хлорида гафния(IV):

$\mathsf{HfCl_4 + O_2 \ \xrightarrow{500^oC}\ HfO_2 + 2Cl_2 }$

• Разложение при нагревании оксид-дихлорида гафния:

$\mathsf{2HfOCl_2 \ \xrightarrow{300^oC}\ HfO_2 + HfCl_4 }$

• Разложение перегретым па́ром оксид-дихлорида гафния:

$\mathsf{HfOCl_2 + H_2O \ \xrightarrow{300^oC}\ HfO_2 + 2HCl }$

• Разложение при нагревании оксалата, сульфата или других солей гафния:

$\mathsf{Hf(C_2O_4)_2 \ \xrightarrow{T}\ HfO_2 + 2CO_2 + 2CO }$

$\mathsf{Hf(SO_4)_2 \ \xrightarrow{T}\ HfO_2 + 2SO_3 }$

Физические свойства

Оксид гафния(IV) образует белые кристаллы нескольких кристаллических модификаций:

• моноклинная сингония, параметры ячейки a = 0,511 нм, b = 0,514 нм, c = 0,528 нм, β = 99,73°, d = 9,68 г/см³, существует при температуре ниже 1650°С.
• тетрагональная сингония, параметры ячейки a = 0,514 нм, c = 0,525 нм, d = 10,01 г/см³, существует при температуре от 1650°С и до ≈2500°С.
• кубическая сингония, параметры ячейки a = 0,511 нм, d = 10,43 г/см³, существует при температуре выше ≈2500°С.

Не растворяется в воде, р ПР = 63,94. При получении из водных растворов получается желтоватый гидрат HfO₂•n H₂O.

Прокаленный оксид химически более инертен.

Химические свойства

• Гидратированная форма при нагревании разлагается до дигидроксид-оксида гафния:

$\mathsf{HfO_2\cdot n H_2O \ \xrightarrow{140-200^oC}\ HfO(OH)_2 + (n-1)H_2O }$

• Медленно реагирует с серной кислотой:

$\mathsf{HfO_2 + 2H_2SO_4 \ \xrightarrow{\tau}\ Hf(SO_4)_2\downarrow + 2H_2O }$

• Реагирует с концентрированной плавиковой кислотой:

$\mathsf{HfO_2 + 4HF \ \xrightarrow{}\ H_2[HfOF_4] + H_2O }$

• Реагирует с галогенами в присутствии восстановителей:

$\mathsf{HfO_2 + 2Cl_2 + C \ \xrightarrow{500^oC}\ HfCl_4 + CO_2 }$

• При сплавлении с гидроксидами щелочных металлов образует соли гафниаты:

$\mathsf{HfO_2 + 2NaOH \ \xrightarrow{1000-1100^oC}\ Na_2HfO_3 + H_2O }$

Применение

• В изготовлении управляющих стержней ядерных реакторов.
• Компонент специальных стёкол и огнеупоров.
• Как добавка к вольфраму при изготовлении нитей накаливания электрических ламп.

Литература

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 2-е изд., испр. — М.-Л.: Химия, 1966. — Т. 1. — 1072 с.
• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
• Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.