Hafnium compounds
હાફનીયમ સંયોજનો એ તત્વ હાફનીયમ (Hf) ધરાવતા સંયોજનો છે. લેન્થેનાઇડના સંકોચનને કારણે, હેફનીયમ (IV) (0.78 એંગસ્ટ્રોમ) ની આયનીય ત્રિજ્યા લગભગ ઝિર્કોનિયમ (IV) (0.79 એંગસ્ટ્રોમ) જેટલી જ છે. પરિણામે, હેફનિયમ (IV) અને ઝિર્કોનિયમ (IV) ના સંયોજનો ખૂબ સમાન રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મો ધરાવે છે. હાફ્નિયમ અને ઝિર્કોનિયમ પ્રકૃતિમાં એક સાથે જોવા મળે છે અને તેમની આયનીય ત્રિજ્યાની સમાનતા તેમના રાસાયણિક વિભાજનને મુશ્કેલ બનાવે છે. હાફનિયમ + 4ની ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં અકાર્બનિક સંયોજનો રચવાનું વલણ ધરાવે છે. હેલોજન તેની સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને હેફનિયમ ટેટ્રાહેલાઇડ્સ બનાવે છે. ઊંચા તાપમાને, હેફનિયમ ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન, કાર્બન, બોરોન, સલ્ફર અને સિલિકોન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. ઓછી ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં હેફનીયમના કેટલાક સંયોજનો જાણીતા છે. હેલાઇડ્સ હાફ્નિયમ (IV) ફ્લોરાઇડ (HfF4) એ સફેદ સ્ફટિકીય પાવડર છે. તે અવકાશ જૂથ C2/c (No.15) સાથે મોનોક્લિનિક સ્ફટિક માળખું ધરાવે છે, અને જાળી સ્થિરાંકો a = 1.17 nm, b = 0.986 nm અને c = 0.764 nm છે. હાફનીયમ (IV) ક્લોરાઇડ (HfCl4) પણ સફેદ સ્ફટિકીય પાવડર છે, જે મોનોક્લિનિક માળખું ધરાવે છે. તે ઘણી રીતે તૈયાર કરી શકાય છેઃ 450 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપર કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ અને હેફનિયમ ઓક્સાઇડની પ્રતિક્રિયા દ્વારા; HfO2 + 2 CCl4 → HfCl4 + 2 COCl2 ક્લોરિન ગેસ અથવા સલ્ફર મોનોક્લોરાઇડનો ઉપયોગ કરીને 600 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપરના HfO2 અને કાર્બનના મિશ્રણનું ક્લોરિનેશનઃ HfO2 + 2Cl2 + C → HfCl4 + CO2 250 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપર હેફનિયમ કાર્બાઇડનું ક્લોરિનેશન. હાફનીયમ (IV) બ્રોમાઇડ (HfBr4) એક રંગહીન, ડાયમેગ્નેટિક ભેજ પ્રત્યે સંવેદનશીલ ઘન છે જે શૂન્યાવકાશમાં સબલાઈમ કરે છે. તે હેફનિયમ ટેટ્રાક્લોરાઇડની પોલિમરીક પ્રકૃતિથી વિપરીત, ટેટ્રાહેડ્રલ એચએફ કેન્દ્રો દર્શાવતી ઝિર્કોનિયમ ટેટ્રાબ્રોમાઇડ જેવી જ રચના અપનાવે છે. હાફ્નિયમ (IV) આયોડાઇડ (HfI4) એ લાલ-નારંગી, ભેજ પ્રત્યે સંવેદનશીલ, ઉદાત્ત ઘન છે જે હેફ્નિયમના મિશ્રણને વધુ પડતા આયોડિન સાથે ગરમ કરીને ઉત્પન્ન થાય છે. તે હાફનીયમ ધાતુના ઉત્પાદન માટે સ્ફટિક પટ્ટી પ્રક્રિયામાં મધ્યવર્તી છે. આ સંયોજનમાં, હાફનીયમ કેન્દ્રો ઓક્ટાહેડ્રલ સંકલન ભૂમિતિ અપનાવે છે. મોટાભાગના દ્વિસંગી ધાતુના હેલાઈડ્સની જેમ, સંયોજન એક પોલિમરીક છે. તે એક-પરિમાણીય પોલિમર છે જેમાં ધાર-વહેંચાયેલ બાયોક્ટેહેડ્રલ Hf2I8 પેટા એકમોની સાંકળો છે, જે HfCl4 દ્વારા અપનાવવામાં આવેલી રચના જેવી જ છે. બિન-સંકરીત આયોડાઇડ લિગાન્ડ્સ બ્રિજિંગ આયોડાઇડ લિગાન્ડ્સ કરતાં Hf સાથે ટૂંકા બંધ ધરાવે છે. હાફ્નિયમ (IV) ક્લોરાઇડ અને હાફ્નિયમ (IV) આયોડાઇડનો હેફ્નિયમ ધાતુના ઉત્પાદન અને શુદ્ધિકરણમાં કેટલાક ઉપયોગો છે. તેઓ પોલિમરીક માળખા સાથે અસ્થિર ઘન પદાર્થો છે. આ ટેટ્રાક્લોરાઇડ્સ હેફનોસીન ડાયક્લોરાઇડ અને ટેટ્રાબેન્ઝિલહાફ્નિયમ જેવા વિવિધ ઓર્ગેનોહાફ્નિયમ સંયોજનોના અગ્રદૂત છે. હાફનીયમ હાફનીયમ (III) આયોડાઇડ જેવા નીચલા હેલાઈડ્સ બનાવે છે. હાફ્નિયમ ટ્રાઇહલાઇડ્સ મજબૂત રીતે ઘટતા સંયોજનો છે અને જેમ કે તેમાં કોઈ જલીય રસાયણશાસ્ત્ર નથી. સફેદ હેફ્નિયમ (IV) ઓક્સાઇડ (HfO2), જેને હાફ્નિયમ ડાયોક્સાઇડ અથવા હાફ્નિયા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તેનું ગલનબિંદુ 2,812 °C અને આશરે 5,100 °Cનું ઉત્કલનબિંદુ, ઝિર્કોનિયા જેવું જ છે, પરંતુ થોડું વધારે ક્ષારયુક્ત છે. તે 5.3 ~ 5.7 eVના બેન્ડ ગેપ સાથેનું વિદ્યુત અવાહક છે. હાફનીયમ (IV) ઓક્સાઇડ સામાન્ય રીતે ઝિર્કોનિયા (ZrO2) જેવી જ રચના અપનાવે છે. ટી. આઈ. ઓ. 2થી વિપરીત, જે તમામ તબક્કાઓમાં છ-સંકલિત ટીઆઈ ધરાવે છે, ઝિર્કોનિયા અને હાફનિયામાં સાત-સંકલિત ધાતુ કેન્દ્રો હોય છે. ક્યુબિક ફ્લોરાઇટ (એફ. એમ. એમ.), ટેટ્રાગોનલ (પી. 42/એન. એમ. સી.), મોનોક્લિનિક (પી. 21/સી.) અને ઓર્થોરોમ્બિક (પી. બી. સી. એ. અને પી. એન. એમ. એ.) સહિત અન્ય વિવિધ સ્ફટિકીય તબક્કાઓ પ્રાયોગિક રીતે જોવામાં આવ્યા છે. તે પણ જાણીતું છે કે હાફ્નિયા દબાણ અને તાપમાનની વિશાળ શ્રેણીમાં અન્ય બે ઓર્થોરોમ્બિક મેટાસ્ટેબલ તબક્કાઓ (અવકાશ જૂથ પીસીએ 21 અને પી. એમ. એન. 21) અપનાવી શકે છે, જે સંભવતઃ હાફ્નિયાની પાતળી ફિલ્મોમાં જોવા મળતી ફેરોઇલેક્ટ્રિસિટીના સ્ત્રોત છે. અણુ સ્તરના સંચય દ્વારા જમા થયેલ હાફનીયમ ઓક્સાઇડની પાતળી ફિલ્મો સામાન્ય રીતે સ્ફટિકીય હોય છે. કારણ કે અર્ધચાલક ઉપકરણોને આકારહીન ફિલ્મો હાજર રહેવાથી ફાયદો થાય છે, સંશોધકોએ એલ્યુમિનિયમ અથવા સિલિકોન (હેફનિયમ સિલિકેટ્સ બનાવતા) સાથે હેફનિયમ ઓક્સાઇડનું મિશ્રણ કર્યું છે, જે હેફનિયમ ઓક્સાઇડ કરતાં વધુ સ્ફટિકીકરણ તાપમાન ધરાવે છે. અન્ય સંયોજનો હાફનીયમ ડાયબોરાઇડ અતિ-ઉચ્ચ તાપમાન સિરામિક્સના વર્ગને અનુસરે છે, જે હેફનીયમ અને બોરોનથી બનેલા પ્રત્યાવર્તન સિરામિકનો એક પ્રકાર છે. તેનું ગલન તાપમાન લગભગ 3250 ડિગ્રી સેલ્સિયસ છે. તે એક અસામાન્ય સિરામિક છે, જે પ્રમાણમાં ઉચ્ચ થર્મલ અને વિદ્યુત વાહકતા ધરાવે છે, જે ગુણધર્મો તે આઇસોસ્ટ્રક્ચરલ ટાઇટેનિયમ ડાયબોરાઇડ અને ઝિર્કોનિયમ ડાયબોરાઇડ સાથે વહેંચે છે. ગુલાબ જેવા આકારવિજ્ઞાન સાથે HfB2 ના નેનોક્રિસ્ટલ્સ આર્ગોન પ્રવાહ હેઠળ 700-900 °C પર HfO2 અને NaBH4 ને જોડીને મેળવવામાં આવ્યા હતાઃ HfO2 + 3NaBH4 → HfB2 + 2Na (g, l) + NaBO2 + 6H2 (g) હાફ્નિયમ કાર્બાઇડ એ 3,890 °C થી વધુ ગલનબિંદુ સાથે જાણીતું સૌથી પ્રત્યાવર્તનશીલ દ્વિસંગી સંયોજન છે, અને હેફ્નિયમ નાઇટ્રાઇડ એ તમામ જાણીતા ધાતુના નાઇટ્રાઇડ્સમાં સૌથી પ્રત્યાવર્તનશીલ છે, જેનું ગલનબિંદુ 3,310 °C છે. આનાથી એવી દરખાસ્તો આવી છે કે હેફનિયમ અથવા તેના કાર્બાઇડ બાંધકામ સામગ્રી તરીકે ઉપયોગી હોઈ શકે છે જે ખૂબ ઊંચા તાપમાનને આધિન હોય છે. મિશ્ર કાર્બાઇડ ટેન્ટેલમ હેફ્નિયમ કાર્બાઇડ () હાલમાં જાણીતા કોઈપણ સંયોજનનું સૌથી વધુ ગલનબિંદુ ધરાવે છે. તાજેતરના સુપરકમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન સૂચવે છે કે 4,400 કે. હાફ્નીયમ સિલિકેટ (એચએફએસઆઈઓ 4) નું ગલનબિંદુ ધરાવતું હાફ્નીયમ મિશ્રધાતુ હાફ્નીયમનું સિલિકેટ છે, અને તે ટેટ્રાગોનલ સ્ફટિક છે. અણુ સ્તર જમા, રાસાયણિક વરાળ જમા અથવા એમ. ઓ. સી. વી. ડી. દ્વારા ઉગાડવામાં આવતી હેફનિયમ સિલિકેટ અને ઝિર્કોનિયમ સિલિકેટની પાતળી ફિલ્મોનો ઉપયોગ આધુનિક સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોમાં સિલિકોન ડાયોક્સાઇડના સ્થાને ઉચ્ચ-કે ડાઇલેક્ટ્રિક તરીકે થઈ શકે છે. હાફ્નિયમ (IV) નાઇટ્રેટ (Hf (NO3) 4) એ હાફ્નિયમ (IV) નું નાઇટ્રેટ છે. તે હેફનિયમ ટેટ્રાક્લોરાઇડ અને ડાઇનાઇટ્રોજન પેન્ટોક્સાઇડની પ્રતિક્રિયા દ્વારા તૈયાર કરી શકાય છે. હાફનીયમ ડાયસલ્ફાઇડ એ HfS2નું રાસાયણિક સૂત્ર ધરાવતું સ્તરવાળું ડાયકેલકોજેનાઇડ છે. આ સામગ્રીના કેટલાક અણુ સ્તરોને પ્રમાણભૂત સ્કોચ ટેપ તકનીકનો ઉપયોગ કરીને એક્સફોલિએટ કરી શકાય છે (જુઓ ગ્રાફિન) અને તેનો ઉપયોગ ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર બનાવવા માટે થાય છે. એચ. એફ. એસ. 2નું ઉચ્ચ ઉપજ સંશ્લેષણ પણ પ્રવાહી તબક્કાના એક્સ્ફોલિયેશનનો ઉપયોગ કરીને દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જેના પરિણામે સ્થિર થોડા-સ્તરના એચ. એફ. એસ. 2 ટુકડાઓનું ઉત્પાદન થાય છે. 500-1300 °C પર હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ અને હેફનિયમ ઓક્સાઇડની પ્રતિક્રિયા કરીને હાફનિયમ ડાયસલ્ફાઇડ પાવડરનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે. ટાઇટેનિયમ સંયોજનો ઝિર્કોનિયમ સંયોજનો લ્યુટેશિયમ સંયોજનો ટેન્ટેલમ સંયોજનો લેન્થનાઇડ સંકોચન સંદર્ભો તત્વ દ્વારા રાસાયણિક સંયોજનોને સંયોજિત કરે છે.