更新时间：2024-09-20 18:28
铪（Hafnium），元素符号Hf，原子量178.49。过渡金属，第六周期IVB族，原子序数72，铪的单质为银白色金属，具有可塑性，易加工，耐高温，常温下化学性质不活泼，高温时，能与氢、卤族元素、氧、硫、氮、碳等单质反应，抗腐蚀性强，很难与各种酸反应，仅易溶解于王水和氢氟酸中。
铪在1923年由荷兰科学家科斯特（D.Coster）和匈牙利科学家赫维西（G.C.deHevesy）由含锆矿石中发现，他们将这一元素命名为铪。铪没有独立矿物，在地壳中含量较少，在自然界中锆和铪往往在一起共生，具有工业价值的含锆、铪矿物主要有蓝锆石、斜锆石、异性石三种。
铪在主要应用在核能、航天、冶金、电子和石油化工等领域。铪具有热中子俘获截面大、机械性能好、耐热水和蒸汽腐蚀、耐辐射等性质，是理想的核反应堆控制棒材料。饸在冶金工业上主要用作合金添加剂，以提高合金强度和延展性。铪合金在电子工业上用作白炽灯灯丝、X射线管阴极、高压放电管电极。铪在石油化学工业中除用作耐腐蚀材料外，还可用作有机化学反应中的催化剂。
铪的名称，来源于最初发现它的丹麦首都哥本哈根的古代名称哈夫尼亚（Hafnia）。1913年莫塞莱发现元素的X射线光谱的规律后，进一步研究确定在和之间应当存在16种元素。而当时除了61号元素和72号元素外，其余14种元素都已被发现，且均属于ree。于是，大多数化学家认为72号元素也属于稀土元素。1911年，法国化学家于尔班从土中分离出了之后又分离出一种新元素，他认为他发现了72号元素。然而，1914年莫塞莱对这个元素进行了X射线分析，并没有发现72号元素的谱线，仅是发现了镱和镥的谱线，这证明了于尔班分离出的新元素其实只是一种镱和镥的混合物。
在1921年到1922年期间，奥格·玻尔基于欧内斯特·卢瑟福的原子模型、马克斯·普朗克的量子论和阿尔伯特·爱因斯坦的光子学说，提出了关于原子结构的量子理论。该理论表明电子在原子内以不同的能级分层排布。此外，根据元素周期表的排列顺序，第72号元素与ree具有明显的区别，不属于稀土元素，而应该是为钛和锆元素的同族元素。因此，人们不应该从含稀土元素的矿物中寻找第72元素，而应该从含锆或钛的矿石中寻找。
1923年，荷兰科学家科斯特（D.Coster）和匈牙利科学家赫维西（G.C.deHevesy）按照这个理论。对多种含锆矿石进行了X射线光谱分析，最终发现了铪元素。
铪是稀有元素，在自然界中的分布较少。铪在地壳中的丰度约为4.5ppm，比、硼、钽和溴略高，大部分铪分散赋存于锆矿物之中，几乎不形成独立矿物，不含锆的矿物也不含铪，矿物中铪的含量一般比锆少，而锆的矿物主要是锆的硅酸盐及氧化物。
铪的电子结构为[Xe]4f¹⁴5d²6s²。铪原子的核外电子排布呈现2、8、18、32、10、2的构型。铪的化合价主要为+4价，同时也有+2价与+3价存在。铪的离子化电势为7.3电子伏，排出K、L、M层电子要消耗65.4--2.0千电子伏。铪热中子捕获截面为120巴。
金属铪有两种晶体结构：在1310℃以下稳定的α型（晶格参数：a=0.32312nm，c=0.51477nm）六方晶系和在1310℃以上稳定的β型(晶格参数：a=0.3609nm)立方晶系。
铪具有两种同素异形体，分别为低温变体和高温变体。低温变体是铪的主要晶型，在低温条件下相对稳定。它具有密排六方晶格，并且当原子半径为1.55Å时，有12个配位数。在1960±100°C时，低温变体会从六方晶系转化为体心立方晶系。
自然界中铪的的同位素有6种，¹⁷⁴Hf、¹⁷⁶Hf、¹⁷⁷Hf、¹⁷⁸Hf、¹⁷⁹Hf、¹⁸ºHf，其中Hf180与其余的铪同位素相比储量最高。人工的放射性铪同位素有10种，主要的是¹⁷⁵Hf和¹⁸¹Hf，半衰期分别为70天、45天。
铪的金属单质呈光亮的银白色，熔点为2150℃，沸点为4602℃，密度（20℃)为13.31g/cm³，电阻率（0℃）为3.57×10⁻⁷Ω•m，热导率为（49.85℃）为22.3W/(m•K)，布氏硬度为130Kg/mm²，抗拉强度极限为40.5Kg/mm²。纯铪具有可塑性，易加工，耐高温，抗腐蚀。铪的热中子捕获能力强，是较理想的中子俘获体。在2327°C下，铪的熔解热为6千卡/摩尔，而其蒸发热为155千卡/克分子。在25°C时，铪的蒸发热为170千卡/克分子。
铪（Hafnium），是钛族元素，位于元素周期表中的第六周期IVB族。铪常见的化合价为+4价，+4价氧化数化合物成键方式主要为共价键。在常温下，铪金属不论是在空气和还是在水中都很稳定，主要是因为生成的氧化铪薄膜阻止了进一步反应；铪在室温下稳定，且很难与酸或碱发生反应，因而具有很好的抗腐蚀性。在高温时会与卤族元素、氧、硫其至氮、碳等直接反应。铪的化学性质与锆很相似，这种相似性是系收缩的结果。
铪对大多数无机酸具有耐受性。铪溶解在氢氟酸HF中，可形成螯合肥。
铪在室温下与O2反应缓慢，氧化铪会使铪金属表面钝化。铪可以燃烧，铪粉具有为火灾危险性。
在常温下，铪几乎不会与碱发生反应。
加热时，金属铪能与所有的卤素反应，形成相应的卤化铪。
二氧化铪是一种白色的晶体，有斜方晶体和单斜晶系两种。相对密度为9.68，熔点为2780℃。二氧化铪被加热到630℃时，斜方晶体会转变为单斜晶体。不溶于水、浓盐酸和硝酸，可以与氢氟酸、硫酸和熔碱发生反应。
四氯化铪，无色单斜晶体。相对密度为7.13，升华温度为974℃。不溶于水、酸，溶于氢氟酸。
氢氧化铪，稍溶于草酸水溶液，易溶于无机酸。几乎不溶于氨水，但稍溶于氢氧化钠。
二氯一氧化铪，无色的四方晶系结晶。对盐酸，随着酸度增加开始急剧溶解，随后溶解性逐渐降低，约9个当量以后溶解度又再次增大。
当二氯氧化铪的盐酸溶液和磷酸二氢钠作用时，有焦磷酸铪沉淀析出。
将四碘化铪放在派热克斯（Pyrex）球管中，在600℃加热（在球管中置有钨丝），管内的钨丝可以使温度达到2000℃，因而四碘化铪即离解，并有金属铪沉积。
铪盐与脂肪酸的盐作用反应形成铪皂。最适宜的反应温度是40~70℃。以油酸盐为例，其反应如下。
铝还原法利用铝的热还原性质，在特定条件下将铪的氧化物与铝反应，制得铪铝合金。随后，通过一系列步骤将铝和其他杂质从铪铝合金中分离，得到相对较纯的金属铪。主要发生的化学反应:
铝还原法容易加工、原料价格低廉、用料少。但是，这个方法需要高温条件，还有技术不成熟，能耗大等问题存在。因此，目前尚未在实际生产和生活中应用。
钙还原法金属铪的步骤是在1000℃左右加入助熔剂CaCl₂，然后在真空和气保护下对HfO₂进行还原。随后，通过一系列去除杂质的步骤，就可以得到金属铪。这个方法中的还原剂可以是钙或氢化钙。主要发生的化学反应:
钙还原法的优点有操作简单、回收率高、环境污染小等。但是，这个方法的原料需要较高的纯度，且制得的成品中含有较多的杂质。因此，仍还需要进一步研究。
熔盐电解法以二氧化铪制成的块作为阴极，石墨碳棒作为阳极，熔融的氯化钙作为电解质进行电解。在阴极处，发生还原反应，生成金属铪；而在阳极处，则会生成CO或CO₂等气体。可能发生的反应：
阴极：
阳极：
总反应：
熔盐电解法工艺流程短，能耗低，安全性高，污染小，产物纯度高且均匀。但是，存在一些缺点，例如熔盐挥发严重，电流效率低，随着含氧量的降低，氧的去除效率也会降低。
锆和铪的核性质完全不同，核能级铪中要求锆的含量小于2%，工业生产中铪主要是从蓝锆石中提取的，因此若要将锆中的铪应用于核反应堆，就必须将其化学性质极其相似的锆和铪进行分离。
此法以含有锆、铪的混合溶液为原料。用含有硫氰酸铵的甲基异丁基甲酮(MIBK）从混合溶液中选择性地萃取铪，将大部分的铪萃取到有机相中，随后用盐酸洗涤有机相，再用硫酸反萃取，即可将铪以水合氧化铪形式回收，回收物经煅烧后可得到氧化铪。
此法将矿石用碱分解后，水洗，然后用硫酸浸出得硫酸锆(铪)溶液，用TOA作为萃取剂从硫酸锆(铪)溶液中选择性地萃取锆。萃取后大部分的铪在萃余液中，萃余液再用D₂EHPA-H₂SO₄进一步萃取分离，可将锆以水合氧化物的形式回收，然后经煅烧即可获得氧化铪。
铪是一种重要的原材料，铪主要用于核能、航天、冶金、电子、石油化学等工业部门中，由于铪通常是在生产锆的过程中的副产品，产量并不高，世界铪的年产销量仅在80吨左右。
锆和锆合金适用于水冷反应堆，铪是一种理想的水冷反应堆用控制材料。因为铪的耐蚀性好，所以铪可以裸态使用而无需包覆。铪抗辐照能力强，使用寿命长。目前，几乎所有船用水冷反应堆均用铪制作控制棒。铪具有快速吸热和放热特性，可用作喷气式发动机和导弹的结构件，喷气式飞机的涡轮片，阀门、喷管和其它耐高温零件材料。铪粉用作火箭推进剂。硼化铪和碳化铪具有耐高温抗氧化性能，可用作火箭喷嘴和鼻锥部件材料。
饸在冶金工业上主要用作合金添加剂，以提高合金强度和延展性。例如:基合金中加入少量铪，抗拉强度、强度和延展性得到了明显提高。掺二硼化铪的陶瓷材料，具有很好的抗热震、磨耗、氧化和腐蚀性能。碳化铪用作熔炼高熔点金属的埚内衬，这种坩埚在高温下不会破裂，并具有耐蚀性，采用这种坩埚来熔炼钛和其它难熔金属时不会被坩埚的自带的碳所污染。
铪具有高熔点和强吸气能力，因此铪合金被广泛用于电子工业，例如用于白炽灯灯丝、X射线管阴极和高压放电管电极。Hf-Ti合金则用作灯泡、电子管和电视显像管的消气剂材料。铪箔可用于闪光灯中，其闪光效率比普通闪光灯高约50％。采用铪闪光灯拍照，可以将有效取景范围提高2倍。此外，铪闪光灯所产生的光比普通闪光灯更接近自然光，装有铪闪光灯的相机在使用彩色胶卷拍照时不需要加装滤光片。
铪在石化中不仅用作耐腐蚀材料，还可用作有机化学反应中的催化剂。例如，含有2%HfO₂和98%SiO₂的混合物可用作乙醇制取丁二烯的催化剂，HfO₂可用于乙醇的催化分解中促进脱硫。铪的硅酸盐可用作催化剂，用于离解各种芳香基化合物。HfO₂还可用作制取苯乙烯、苯乙烯衍生物的催化剂。铪与铝、镁氧化物混合后，可用作石油热裂工艺中的催化剂，而铪钽合金可用作化工设备材料。
铪粉可用作耐高温陶瓷的添加剂。铪合金可用作焊接材料。铪的锆基合金代替银来制造硬币。由于铪光泽美观，可用来制造首饰品。放射性磷酸铪在医学上可用作皮肤药品。
铪粉与空气接触时，可能会发生自燃。受撞击、摩擦或震动时，可能发生爆炸性分解。受热时可能发生爆炸。与卤族元素、强酸和强氧化剂发生剧烈反应，有爆炸的危险。起火时用专用粉末，干砂，大量的水灭火。
泄漏处理：移除全部火源。撤离危险区域，向专家咨询并告知现场实际情况，佩戴适用于当前铪粉末在空气中浓度的颗粒物过滤呼吸器，将周边粉尘润湿，防止扬尘和起火，随后将泄漏物清扫进有盖的注满水的容器中。然后按照当地规定储存和处置。不要冲入下水道，不要用锯末或其他可燃吸收剂吸收。
铪是毒性很小的金属，小鼠灌胃和腹腔内注射铪，剂量10~10000mg/kg，15天内无一死亡。小鼠腹腔内注射铪后，仅是表现淡漠。大鼠喂饲1%的四氯化铪12周，除肝脏有轻度受损外体征正常。用氧化铪的淀粉糊喂饲小鼠，剂量2000mg/kg，出现胃肠道反应。一个半月后，内脏病理检查可见肺泡间隔弥漫性增厚，巨噬细胞和免疫细胞浸润，肝细胞出现空泡变性。将氧化铪和碳酸铪混合物按50mg/kg剂量注入动物气管内，六个月后，肺组织出现对粉尘的非特异性局灶性反应，肺泡间隔有轻度的纤维化，九个月后，有少量胶原蛋白纤维形成。
铪粉吸入急救：给予新鲜空气，休息。皮肤接触急救：用大量水冲洗工作服，脱掉污染的衣服，冲洗，然后用水和肥皂清洗皮肤。铪粉入眼急救：用大量水冲洗几分钟(如果可能的话，摘掉隐形眼镜)。摄入急救：漱口。进行以上处理后，立即送医。
欧洲化学品管理局EINECS查询系统.Substance Information - ECHA.2023-03-13
Hafnium.Pilgaardelements.2023-04-02
铪粉.国际化学品安全卡.2023-03-30