Оксид гафния(IV)

Окси́д га́фния(IV) — бинарное неорганическое соединение металла гафния и кислорода с формулой ${\ce {HfO2}}$, бесцветные кристаллы или белый порошок, нерастворим в воде, из растворов солей выделяется в виде кристаллогидрата.

Оксид гафния​(IV)​
Общие
Систематическое наименование	оксид гафния​(IV)​
Традиционные названия	окись гафния
Хим. формула	${\ce {HfO2}}$
Физические свойства
Состояние	белые кристаллы
Молярная масса	210,19 г/моль
Плотность	9,68 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	2780; 2790 °C
• кипения	5400 °C
Мол. теплоёмк.	60,2 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	−1117 кДж/моль
Структура
Кристаллическая структура	моноклинная, тетрагональная, кубическая
Классификация
Рег. номер CAS	12055-23-1
PubChem	292779
Рег. номер EINECS	235-013-2
SMILES	O=[Hf]=O
InChI	InChI=1S/Hf.2O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N
ChemSpider	258363
Безопасность
NFPA 704	0 1 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Получение

Сжиганием металлического гафния в кислороде:

${\ce {Hf + O2 ->[{\ce {700\ ^{o}C}}] HfO2}}$.

Действием перегретого па́ра на металлический гафний:

${\ce {Hf + 2 H2O ->[{\ce {300\ ^{o}C}}] HfO2 + 2 H2}}$.

Разложением при нагревании дигидроксид-оксида гафния:

${\ce {HfO(OH)2 ->[{\ce {600-1000\ ^{o}C}}] HfO2 + H2O}}$.

Окислением кислородом хлорида гафния(IV):

${\ce {HfCl4 + O2 ->[{\ce {500\ ^{o}C}}] HfO2 + 2 Cl2}}$.

Разложением при нагревании оксид-дихлорида гафния:

${\ce {2 HfOCl2 ->[{\ce {300\ ^{o}C}}] HfO2 + HfCl4}}$.

Разложением перегретым па́ром оксид-дихлорида гафния:

${\ce {HfOCl2 + H2O ->[{\ce {300\ ^{o}C}}] HfO2 + 2 HCl}}$.

Пиролизом оксалата, сульфата и других солей гафния:

${\ce {Hf(C2O4)2 ->[{\ce {T}}] HfO2 + 2 CO2 + 2 CO,}}$

${\ce {Hf(SO4)2 ->[{\ce {T}}] HfO2 + 2 SO3}}$.

Физические свойства

Оксид гафния(IV) представляет собой бесцветные кристаллы, в мелкодисперсном состоянии — белый порошок, кристаллизуется в нескольких кристаллических модификациях:

• Моноклинная сингония, параметры ячейки a = 0,511 нм, b = 0,514 нм, c = 0,528 нм, β = 99,73°, плотность 9,68 г/см³, устойчива при температуре ниже 1650 °С.
• Тетрагональная сингония, параметры ячейки a = 0,514 нм, c = 0,525 нм, плотность 10,01 г/см³, устойчива при температуре от 1650 °С и до ≈2500 °С.
• Кубическая сингония, параметры ячейки a = 0,511 нм, плотность 10,43 г/см³, устойчива при температуре выше ~2500 °С.

Не растворяется в воде, р ПР = 63,94.

Химические свойства

При осаждении из водных растворов образуется осадок плохо растворимого желтоватого гидрата состава ${\ce {HfO2.nH2O}}$.

Прокалённый оксид гафния химически более инертен.

Гидратированная форма при нагревании разлагается до дигидроксид-оксида гафния:

${\ce {HfO2.nH2O ->[{\ce {140-200\ ^{o}C}}] HfO(OH)2 + (n-1)H2O}}$.

Медленно реагирует с серной кислотой:

${\ce {HfO2 + 2 H2SO4 ->[{\ce {\tau}}] Hf(SO4)2 v + 2 H2O}}$.

Реагирует с концентрированной плавиковой кислотой:

${\ce {HfO2 + 4 HF -> H2(HfOF4) + H2O}}$.

Реагирует с галогенами в присутствии восстановителей:

${\ce {HfO2 + 2 Cl2 + C ->[{\ce {500\ ^{o}C}}] HfCl4 + CO2}}$.

При сплавлении с гидроксидами, оксидами щелочных металлов образует соли гафниевой кислоты — гафнаты:

${\ce {HfO2 + 2 NaOH ->[{\ce {1000-1100\ ^{o}C}}] Na2HfO3 + H2O}}$.

Применение

• Для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов так как гафний имеет высокое сечение захвата для тепловых нейтронов.
• В качестве просветляющего покрытия оптических деталей.
• Как компонент специальных стёкол и огнеупоров.
• Как добавка к вольфраму при изготовлении нитей накаливания электрических ламп.
• В микроэлектронике применяется как замена оксида кремния при изготовлении МДП-транзисторов благодаря высокому коэффициенту относительной диэлектрической проницаемости, для аморфной формы находится в пределах от 20 до 25, что в 5—7 раз превышает этот показатель у традиционно использовавшегося в качестве подзатворного диэлектрика диоксида кремния.
• Позволяет диагностировать и лечить зубной налет при регулярном стоматологическом осмотре.

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.