हाफ्नियम

हाफ्नियम : धातुरूप मूलद्रव्य रासायनिक चिन्ह कष अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या) ७२ अणुभार १७८.४९ आवर्त सारणीतील (इलेक्ट्रॉन रचनेनुसार केलेल्या मूलद्रव्यांच्या कोष्टकरूप मांडणीतील) स्थान गट ४ ब विद्युत् विन्यास २,८,१८,३२,१०,२ सामान्य ऑक्सिडीकरण अवस्था + ४ वितळबिंदू २,२२२° से. उकळ-बिंदू २,४८०° से. वि. गु. १३.३१ (२०° से. तापमानाला) नैसर्गिक समस्थानिकांचे (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न द्रव्यमानांक असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकारांचे) अणुभार १७४, १७६, १७७, १७८, १७९, १८०. ही धातू चमकदार रुपेरी व तन्य असते.

इतिहास : डच भौतिकीविज्ञ डिर्क कॉस्टर आणि हंगेरियन रसायन-शास्त्रज्ञ ⇨ झॉर्झ शार्ल दे हेव्हेशी यांनी नॉर्वे व ग्रीनलंड येथील ⇨ झिर्‌कॉन खनिजाच्या क्ष-किरण वर्णपटाद्वारे हाफ्नियमाचा शोध लावला (१९२३). कोपनहेगन या शहरात त्याचा शोध लागल्याने त्यांनी या मूलद्रव्याचे नाव शहराच्या हाफ्निया या नवीन लॅटिन नावावरून हाफ्नियम असे ठेवले.

आढळ : हाफ्नियम ही धातू पृथ्वीच्या कवचात तीन दशलक्षांश एवढ्या अत्यल्प प्रमाणात विखुरलेली आहे आणि झिर्कोनियम धातूपेक्षा झिर्कोनियम खनिजांसोबत ती जास्त आढळते. अल्बाइटे व सिर्टोलाइटे यांसारखे बदल झालेले झिर्कॉन आणि स्फटिकीकरणातून मागे राहिलेले पदार्थ यांत हाफ्नियमाचे प्रमाण जास्त आढळते. उदा., रॉकपोर्ट, (मॅसॅचूसेट्स) येथील सिर्टोलाइटात १७ टक्क्यांपर्यंत हाफ्नियम ऑक्साइड आढळते. हाफ्नियमयुक्त झिर्कोनियम खनिजाचे व्यापारी साठे समुद्रकिनाऱ्यावरील वाळूमध्ये व नद्यांमधील दगडगोट्यांत आढळतात. अमेरिका (विशेषतः फ्लॉरिडा), ऑस्ट्रेलिया, ब्राझील, पश्चिम आफ्रिका आणि भारत येथे असे साठे सापडतात. हाफ्नियम वाफेच्या रूपात सौर वातावरणातही आढळले आहे.

प्राप्ती : हाफ्नियम व झिर्कोनियम यांच्या विलगीकरणाकरिता आयन–विनिमय आणि विद्रावक निष्कर्षण या आधुनिक पद्धती आहेत. त्यामुळे त्या आंशिक ऊर्ध्वपातन आणि ऊर्ध्वपातन पद्धतींपेक्षा अधिक उपयुक्त ठरतात. हाफ्नियम ही धातू हाफ्नियम टेट्राक्लोराइडाचे मॅग्नेशियमाद्वारे ⇨ क्षपण (क्रॉल पद्धती) आणि हाफ्नियम टेट्राआयोडाइडाचे औष्णिक अपघटन (दे-बोअर-व्हॅन आर्केल पद्धती) या पद्धतींनी मिळवितात.

गुणधर्म : हाफ्नियम न्यूट्रॉन सहज शोषून घेते आणि तिचे यांत्रिक गुणधर्मही चांगले असल्याने तिचा वापर अणुकेंद्रीय विक्रियकातील (अणुभट्टीतील) नियंत्रक गज तयार करण्याकरिता करतात. अणुभट्टीत उत्पन्न होणारी शक्ती आवश्यकतेनुसार कमी-जास्त करणे गरजेचे असते. यासाठी तिच्यात आत-बाहेर सरकणाऱ्या नियंत्रक गजांची योजना केलेली असते. सर्वसाधारणपणे या गजांमध्ये न्यूट्रॉन ग्रासक्षमता जास्त असणाऱ्या कॅडमियम, गॅडोलिनियम, बोरॉन (१०) किंवा हाफ्नियम यांच्या मिश्रधातू वापरतात. हाफ्नियम हवेच्या संपर्कात आल्यास तिच्या ऑक्साइडाचेकिंवा नायट्राइडाचे गंजासारख्या संक्षारणाला रोधक असे संरक्षक पटल तिच्यावर तयार होते. त्यामुळे तिची संक्षारणरोधकता जास्त आहे. लोह, निओबियम, टँटॅलम, टिटॅनियम आणि इतर ⇨ संक्रमणी मूलद्रव्यां सोबत तिच्या मिश्रधातू तयार करतात. टँटॅलम-हाफ्नियम कार्बाइड (Ta₄HfC₅, वितळबिंदू ४,२१५° से.) हे एक सर्वाधिक उच्चतापसह द्रव्य आहे. हाफ्नियमाचे रासायनिक वर्तन जवळजवळ झिर्कोनियमासारखे आहे. लँथॅनाइड आकुंचनाच्या आविष्कारामुळे या दोन्ही संक्रमणी मूलद्रव्यांच्या आयन त्रिज्या आणि अणुत्रिज्या जवळजवळ सारख्याच आहेत (विरल मृत्तिका मूलद्रव्यांमध्ये लँथॅनाइड आकुंचन आविष्कार आढळतो. या मालेतील मूलद्रव्यांचा अणुक्रमांक जसा वाढतो, तशी या मूलद्रव्यांच्या अणूंची त्रिज्या किंचित कमी होत जाते, याला लँथॅनाइड आकुंचन म्हणतात ). हाफ्नियमाची संयुगे झिर्कोनियमाच्या संयुगांसारखीच असतात. उदा., (NH₂)₂ HfF₆ आणि (NH₄)₂rF₆ HfO(H₂PO₄)₂व (ZrO(H₂PO₄)₂. हाफ्नियमाची सर्वांत सामान्य ऑक्सिडीकरण अवस्था? ४ असून तिची थोडी त्रिसंयुजी संयुगेही माहीत आहेत. निसर्गात आढळणाऱ्या हाफ्नियमाच्या सहा स्थिर समस्थानिकांचे शेकडा प्रमाण पुढे दिले आहे : हाफ्नियम (१७४) ०.२, हाफ्नियम (१७६) ५.२, हाफ्नियम (१७७) १८.६, हाफ्नियम (१७८) २७.१, हाफ्नियम (१७९) १३.७ आणि हाफ्नियम (१८०) ३५.२.

पहा : अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी झिर्कोनियम विरल मृत्तिका संक्रमणी मूलद्रव्ये.

संदर्भ : 1. Cotton, F. A. and others, Advanced Inorganic Chemistry, 1999.

           2. Hala, J., Ed., Halides, Oxyhalides and Salts of Halogen Complexes of Titanium, Zirconium, Hafnium, Vanadium, Niobium and Tantalum, 1989.

           3. Lappart, M. E. Comprehensive Organometallic Chemistry II : Scandium, Yitrium, Lanthanides and Actinides and Titanium, Zirconium and Hafnium, Vol. 4, 1995.

साळुंके, प्रिती म.

“