发信人: methylation (NE☆4┃小鼠·人生不如意3.3^2), 信区: CCME
标 题: [元素的世界]——No.72铪(Hf)Hafnium(转载)
发信站: 北大未名站 (2005年09月23日09:48:39 星期五), 转信
【 以下文字转载自 CCME 讨论区 】
今天的主角是一个大家听上去比较陌生的元素。这个元素，就是化学院的学生，也有很多
人会感到生疏。的确，当我开始写这篇元素之前，我也觉得似乎没有什么太多可写的。但
是经过多方考证和调查，我终于发现，这个元素……的确没什么可写的……（观众：那你
来干嘛啊？）当然，任何一个元素的发现都是有一段故事的，任何一个元素的单质都是有
一定性质的，任何一个元素都是有一定用途的，即使是现在没有用途，也不能说它一无是
处，因为没有用途本身就蕴藏了无穷的应用前景，像锂、液晶等的发现，一开始不是都没
有马上应用于实际生活中吗？所以说……（观众：别废话了，快请主角登台。）好好好，
今天的主角，就是第4族的72号元素——HF（观众：什么？！居然用氟化氢凑数！保安，
把这小子拉出去打！）哎哎别介，真不好意思，刚才在浩方(HFGame)呆久了，没改过来，
真对不住各位（第一排观众晕倒）。今天的主角，就是第4族的72号元素——铪(Hf)。
发现史
铪的发现史有点混乱，关于它的发现还有一些小故事。首先是铪的理论预言。莫
斯莱在对元素的X射线研究之后，认为在钡和钽之间应该有16个元素存在，当时除了放射
性的钷和这个神秘的72号元素之外，其它的元素都已经被发现，而且都属于稀土元素。那
么这个72号元素究竟是稀土呢，还是不是稀土呢？当时多数的化学家认为它是稀土，这其
中有法国的化学家乌尔班。他想方设法试图从稀土矿物中寻找72号元素的踪影。1914年，
他将当时自己坚信认为里面有新元素的样品送到莫斯莱那里鉴定，但得到的结论是否定的
。他坚信是仪器的灵敏度不够，于是开始自己进行检测，并于1922年在法国的《科学院会
议周报》上宣布测到两条谱线，并以此断定新元素的存在。
1922年玻尔根据他的原子结构理论，预言72号元素应与锆(Zr)相似，属于锆族。其言
外之意，这个72号就不是稀土元素，从稀土共生矿中寻找它的踪迹就是一个错误的途径。
根据这一理论，1923年，荷兰物理学家考斯特（Coster D., 1889-1950）和匈牙利化学家
海维西（Hevesy G., 1885-1966）对多种锆矿石进行X射线光谱分析，最后终于发现了这
个锆族的新成员。为了纪念元素的发现地——丹麦首都哥本哈根、古称哈夫尼亚(Hafnia)
，他们把这个元素命名为Hafnium，中译名为铪。
不过故事还没有完结。当考斯特和海维西发现铪并成功的提纯单质的同时，伦敦大英
博物馆的首席化学家斯考特公开宣称，这个新元素早在1915年就被发现了。当年他曾经分
析了一份来自新西兰的黑砂样品，并发现其中有一种“新氧化物”，当铪被发现的消息公
布后，他认为那个“新氧化物”里面就有铪。但是经过考斯特和海维西的鉴定，确认里面
只有钛、铁、铝的氧化物。斯考特也于1923年撤销了这个声明。
乌尔班仍然想法设法使自己成为铪的发现者。1922年初他和同事分析了一份马达加斯
加的稀土矿石，其中含有8%的氧化锆，他们认为其中也应该有氧化铪，但是最终没能发现
。直到1962年，法国的大百科全书中，在提及铪时，仍然说：“铪是一种化学元素，它的
原子序数是72，原子量＝178.6。它是被乌尔班发现的，海维西分离出它”。不过现在公
认的说法，一般认为铪的发现者是考斯特和海维西，这其中玻尔的量子论对于铪的发现也
是功不可没的。
元素性质
铪位于周期表中第6周期第4族，与钛、锆同族，其化学性质也与锆相似。单质铪为银
白色金属，有良好的延展性。铪在地壳中的含量为2.8ppm，海水中＜0.008ppm，没有独自
的矿物，在自然界中常与锆共生，存在于锆矿石中，铪与锆原子比为0.02。
镧系收缩
不知道你想过没有，铪为什么那么难以被发现呢？这个其实和它的邻居——镧系元素
有密切的关系。如果从元素周期表来看，各元素的原子半径是有一定规律的，比如，同一
竖列的元素（族）从上到下其半径是逐渐增大的，而同一横排的元素（周期）从左到右其
半径是逐渐减小的。当然这其中变化的程度不同。从钛到锆这样的纵向变化是很大的，而
从钇到锆这样的变化是很小的。这也很好理解，从钛到锆，多了一层电子，相当于给原子
多加了一件衣服，自然会“胖”一圈。
但是从锆到铪却不然，查元素手册你会发现，锆和铪的半径是何其的相近。这是为什
么呢？原因就出在镧系元素上。众所周知，钇和锆的原子序数只差一，所以锆只比钇小一
点点，但是镧和铪，中间却隔了14个元素，相当于小了15个一点点，这就相当于把铪脱去
整整一层衣服。这就是化学上所说的“镧系收缩”。因此，镧系后的元素都不同程度的受
到了影响，而铪则是首当其冲，被缩的和锆差不多大了，所以其性质和锆极其相似，只有
密度是锆的差不多一倍。铪在矿物中往往与锆共生，很难被发现和分离，也经常作为锆中
的杂质存在。
用途
铪既然这么难以被发现，当然不会有什么常规用途了，否则历史学上的铁器时代就很
可能被称作铪器时代了。这样生僻的元素，往往不会被用作日常生活中，但是它很可能会
和现代尖端科技有紧密联系。在军事、航空、航天等技术上，铪的化合物可以用作其中的
重要部件。铪有着很大的热中子俘获截面，可用于反应堆控制棒，现在应用于核潜艇。还
有一些其它用途，这里就不展开说明了。
当然，正如文章开头提到的那样，铪对于我们似乎太陌生了，以至于我们甚至不知道
铪能作什么用。但是，从我国古代哲学思想的角度来考虑这个问题，“无用”并不是完全
就没有意义，“无”也有“无”的意义。正因为我们今天对它不熟悉，才使得铪有着无限
的发展前景。元素是如此，其它的事情是不是也是这样呢？
扯远了，呵呵，今天的元素就到这里，明天的元素——钽将会更精彩；当然，不完全
是因为受到镧系收缩的影响变小的缘故。^_^（铪铪～）
说明：
本文由arapallas、CCMElj、heimao（按id排序）共同完成。由于该元素rp出现危机致使
长期无人认领，仓促完成本文，还望各位读者见谅。
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