هافنيوم Hf

الاكتشاف

الهافنيوم مثال نموذجي على توجيه النظرية للاكتشاف. فقد توقع بعض الكيميائيين أن يكون العنصر 72 عنصرًا أرضيًا نادرًا آخر، لكن نموذج نيلز بور للذرة تنبأ بأنه سيقع في المجموعة 4 ويشبه الزركونيوم.

وفي عام 1923، في معهد بور في كوبنهاغن، اتبع ديرك كوستر من هولندا وجورج دي هيفيشي من المجر هذا التنبؤ، وفحصا خامات الزركونيوم بمطيافية الأشعة السينية، فوجدا الخطوط المميزة للعنصر 72. وكان جورج أوربان قد ادّعى من قبل العنصر 72 باسم «سلتيوم»، لكن دعواه لم تصمد. وكان الهافنيوم قبل الأخير بين العناصر ذات النظائر المستقرة اكتشافًا، وتلاه الرينيوم عام 1925.

أصل التسمية

يأتي الاسم من Hafnia، الاسم اللاتيني لكوبنهاغن، المدينة التي اكتُشف فيها.

أهم الاستخدامات

• قضبان التحكم بالمفاعلات: يمتص الهافنيوم النيوترونات الحرارية جيدًا ويقاوم التآكل في الماء الساخن، ما يجعله مادة مفضلة لقضبان التحكم، ولا سيما في المفاعلات البحرية.
• تنقية الزركونيوم: يجب أن يكون الزركونيوم المستخدم لأغلفة الوقود شفافًا للنيوترونات تقريبًا، لذا يُنزع منه الهافنيوم، ومعظم الهافنيوم النووي الدرجة منتج ثانوي لهذه الخطوة.
• أشباه الموصلات: لأكسيد الهافنيوم ثابت عزل عالٍ، ومنذ نحو عام 2007 حلّ محل ثاني أكسيد السيليكون عازلًا للبوابة في الترانزستورات الأكثر تقدمًا. ويُستكشف أكسيد الهافنيوم الكهروحديدي لأنواع جديدة من الذاكرة.
• السبائك والأدوات: يقوّي السبائك الفائقة للنيكل ويعمل رأسَ قطب في قواطع البلازما.

النظائر

للهافنيوم الطبيعي ستة نظائر، أوفرها الهافنيوم-180 بنحو 35%، والهافنيوم-174 مشع بعمر نصف طويل للغاية. ويضمحل النويد المشع المنقرض الهافنيوم-182 (عمر النصف نحو 8.9 مليون سنة) إلى التنجستن-182، ويُستخدم نظام الهافنيوم-تنجستن لتقدير سرعة تكوّن لبّي الأرض والكويكبات. أما الأيزومر النووي الهافنيوم-178m2، وعمر النصف له نحو 31 سنة، فيخزن قدرًا كبيرًا من الطاقة، وكان موضوع أبحاث مثيرة للجدل.

في الحياة اليومية

يحتوي المعالج في هاتفك أو حاسوبك المحمول على الأرجح على طبقات من أكسيد الهافنيوم لا تتجاوز سماكتها بضع ذرات. والهافنيوم الكتلي مستقر، لكن مسحوقه الناعم قد يشتعل في الهواء. وتُعد سميته عمومًا منخفضة.