Hafnium compounds
हाफ्नियम यौगिक तत्व हाफ्नियम (एच. एफ.) वाले यौगिक होते हैं। लैंथेनाइड संकुचन के कारण, हैफनियम (IV) (0.78 एंगस्ट्रॉम) की आयनिक त्रिज्या लगभग जिरकोनियम (IV) (0.79 एंगस्ट्रॉम) के समान है। नतीजतन, हैफनियम (IV) और जिरकोनियम (IV) के यौगिकों में बहुत समान रासायनिक और भौतिक गुण होते हैं। हाफ्नियम और जिरकोनियम प्रकृति में एक साथ पाए जाते हैं और उनकी आयनिक त्रिज्यों की समानता उनके रासायनिक पृथक्करण को मुश्किल बनाती है। हाफ्नियम + 4 की ऑक्सीकरण अवस्था में अकार्बनिक यौगिकों का निर्माण करता है। हैलोजन इसके साथ प्रतिक्रिया करके हैफनियम टेट्राहेलाइड्स बनाते हैं। उच्च तापमान पर, हैफनियम ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, कार्बन, बोरॉन, सल्फर और सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करता है। निम्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं में हैफनियम के कुछ यौगिक ज्ञात हैं। हैलाइड्स हाफ्नियम (IV) फ्लोराइड (HfF4) एक सफेद क्रिस्टलीय चूर्ण है। इसमें एक मोनोक्लिनिक क्रिस्टल संरचना है, जिसमें अंतरिक्ष समूह C2/c (No.15) है, और जाली स्थिरांक a = 1.17 nm, b = 0.986 nm और c = 0.764 nm हैं। हाफ्नियम (IV) क्लोराइड (HfCl4) भी एक सफेद क्रिस्टलीय पाउडर है, जिसकी मोनोक्लिनिक संरचना है। इसे कई तरीकों से तैयार किया जा सकता हैः 450 डिग्री सेल्सियस से ऊपर कार्बन टेट्राक्लोराइड और हैफनियम ऑक्साइड की प्रतिक्रिया से; क्लोरीन गैस या सल्फर मोनोक्लोराइड का उपयोग करके HfO2 + 2 CCl4 + HfCl4 + 2 COCl2 और 600 डिग्री सेल्सियस से ऊपर कार्बन के मिश्रण का क्लोरीनीकरणः HfO2 + 2Cl2 + C → HfCl4 + CO2 250 डिग्री सेल्सियस से ऊपर हैफनियम कार्बाइड का क्लोरीनीकरण। हाफ्नियम (IV) ब्रोमाइड (HfBr4) एक रंगहीन, डायमैग्नेटिक नमी के प्रति संवेदनशील ठोस है जो निर्वात में उतरता है। यह ज़िरकोनियम टेट्राब्रोमाइड के समान संरचना को अपनाता है, जिसमें हैफ़नियम टेट्राक्लोराइड की पॉलीमेरिक प्रकृति के विपरीत टेट्राहेड्रल एच. एफ. केंद्र होते हैं। हाफ्नियम (IV) आयोडाइड (HfI4) एक लाल-नारंगी, नमी के प्रति संवेदनशील, उदात्त ठोस है जो अतिरिक्त आयोडीन के साथ हाफ्नियम के मिश्रण को गर्म करके उत्पन्न होता है। यह हैफनियम धातु के उत्पादन के लिए क्रिस्टल बार प्रक्रिया में एक मध्यवर्ती है। इस यौगिक में, हाफ्नियम केंद्र ऑक्टाहेड्रल समन्वय ज्यामिति को अपनाते हैं। अधिकांश द्विआधारी धातु हैलाइडों की तरह, यौगिक एक बहुलक है। यह एक-आयामी बहुलक है जिसमें किनारे-साझा जैव-ऑक्टेहेड्रल एच. एफ. 2. आई. 8 उप-इकाइयों की श्रृंखलाएं होती हैं, जो एच. एफ. सी. एल. 4 द्वारा अपनाए गए रूपांकन के समान होती हैं। नॉनब्रिजिंग आयोडाइड लिगेंडों में ब्रिजिंग आयोडाइड लिगेंडों की तुलना में एच. एफ. के साथ छोटे बंधन होते हैं। हाफ्नियम (IV) क्लोराइड और हाफ्नियम (IV) आयोडाइड के हाफ्नियम धातु के उत्पादन और शुद्धिकरण में कुछ अनुप्रयोग हैं। ये पॉलीमेरिक संरचनाओं वाले वाष्पशील ठोस होते हैं। ये टेट्राक्लोराइड विभिन्न ऑर्गेनोहाफ्नियम यौगिकों जैसे हैफ्नोसिन डाइक्लोराइड और टेट्राबेन्ज़ाइलहाफ्नियम के अग्रदूत हैं। हाफ्नियम हैफनियम (III) आयोडाइड जैसे निचले हैलाइड बनाता है। हाफ्नियम ट्राइहलाइड यौगिकों को दृढ़ता से कम कर रहे हैं और इस तरह कोई जलीय रसायन नहीं है। 2, 812 डिग्री सेल्सियस के पिघलने बिंदु और लगभग 5,100 डिग्री सेल्सियस के क्वथनांक के साथ सफेद हैफनियम (IV) ऑक्साइड (HfO2), जिसे हैफनियम डाइऑक्साइड या हैफनिया के रूप में भी जाना जाता है, ज़िरकोनिया के समान है, लेकिन थोड़ा अधिक क्षारीय है। यह 5.3-5.7 eV के बैंड अंतराल के साथ एक विद्युत अवाहक है। हाफ्नियम (IV) ऑक्साइड आम तौर पर ज़िरकोनिया (ZrO2) के समान संरचना को अपनाता है। टी. आई. ओ. 2 के विपरीत, जिसमें सभी चरणों में छह-समन्वित टी. आई. होते हैं, जिरकोनिया और हाफ्निया में सात-समन्वित धातु केंद्र होते हैं। क्यूबिक फ्लोराइट (एफ. एम. एम.), टेट्रागोनल (पी. 42/एन. एम. सी.), मोनोक्लिनिक (पी. 21/सी.) और ऑर्थोरोम्बिक (पी. बी. सी. ए. और पी. एन. एम. ए.) सहित कई अन्य क्रिस्टलीय चरणों को प्रयोगात्मक रूप से देखा गया है। यह भी ज्ञात है कि हाफ्निया दो अन्य ऑर्थोरम्बिक मेटास्टेबल चरणों (अंतरिक्ष समूह पी. सी. ए. 21 और पी. एम. एन. 21) को दबाव और तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला पर अपना सकता है, संभवतः हाफ्निया की पतली फिल्मों में देखी गई फेरोइलेक्ट्रिसिटी के स्रोत हैं। परमाणु परत निक्षेपण द्वारा जमा की गई हैफनियम ऑक्साइड की पतली परतें आमतौर पर क्रिस्टलीय होती हैं। चूंकि अर्धचालक उपकरणों को अनाकार फिल्मों की उपस्थिति से लाभ होता है, इसलिए शोधकर्ताओं ने एल्यूमीनियम या सिलिकॉन (हैफनियम सिलिकेट्स बनाने) के साथ हैफनियम ऑक्साइड को मिश्रित किया है, जिसमें हैफनियम ऑक्साइड की तुलना में अधिक क्रिस्टलीकरण तापमान होता है। अन्य यौगिक हैफनियम डाइबोराइड अति-उच्च तापमान सिरेमिक के वर्ग से संबंधित है, जो हैफनियम और बोरॉन से बना एक प्रकार का अपवर्तक सिरेमिक है। इसका पिघलने का तापमान लगभग 3250 डिग्री सेल्सियस है। यह एक असामान्य चीनी मिट्टी का बर्तन है, जिसमें अपेक्षाकृत उच्च तापीय और विद्युत चालकता होती है, इसके गुण सम-संरचनात्मक टाइटेनियम डाइबोराइड और जिरकोनियम डाइबोराइड के साथ साझा होते हैं। गुलाब जैसी आकृति विज्ञान के साथ एचएफबी2 के नैनोक्रिस्टल को आर्गन प्रवाह के तहत 700-900 डिग्री सेल्सियस पर एचएफओ2 और एनएबीएच4 के संयोजन से प्राप्त किया गया थाः एचएफओ2 + 3एनएबीएच4 → एचएफबी2 + 2एनए (जी, एल) + एनएबीओ2 + 6एच2 (जी) हैफनियम कार्बाइड सबसे अपवर्तक द्विआधारी यौगिक है, जिसका पिघलने का बिंदु 3,890 डिग्री सेल्सियस से अधिक है, और हैफनियम नाइट्राइड सभी ज्ञात धातु नाइट्राइड का सबसे अपवर्तक है, जिसका पिघलने का बिंदु 3,310 डिग्री सेल्सियस है। इसने प्रस्तावों को जन्म दिया है कि हैफनियम या इसके कार्बाइड निर्माण सामग्री के रूप में उपयोगी हो सकते हैं जो बहुत अधिक तापमान के अधीन हैं। मिश्रित कार्बाइड टैंटलम हैफनियम कार्बाइड () में वर्तमान में ज्ञात किसी भी यौगिक का उच्चतम गलन बिंदु होता है। हाल के सुपरकंप्यूटर सिमुलेशन से पता चलता है कि 4,400 के पिघलने बिंदु के साथ एक हैफनियम मिश्र धातु हैफनियम सिलिकेट (एचएफएसआईओ4) हैफनियम का एक सिलिकेट है, और यह एक टेट्रागोनल क्रिस्टल है। परमाणु परत निक्षेपण, रासायनिक वाष्प निक्षेपण या एम. ओ. सी. वी. डी. द्वारा उगाए गए हैफनियम सिलिकेट और जिरकोनियम सिलिकेट की पतली फिल्मों का उपयोग आधुनिक अर्धचालक उपकरणों में सिलिकॉन डाइऑक्साइड के प्रतिस्थापन के रूप में उच्च-के परावैद्युत के रूप में किया जा सकता है। हाफ्नियम (IV) नाइट्रेट (Hf (NO3) 4) हाफ्नियम (IV) का नाइट्रेट है। यह हैफनियम टेट्राक्लोराइड और डाइनाइट्रोजन पेंटॉक्साइड की प्रतिक्रिया से तैयार किया जा सकता है। हाफ्नियम डाइसल्फ़ाइड एच. एफ. एस. 2 के रासायनिक सूत्र के साथ एक स्तरित डाइकैल्कोजेनाइड है। इस सामग्री की कुछ परमाणु परतों को मानक स्कॉच टेप तकनीक (ग्राफीन देखें) का उपयोग करके एक्सफोलिएट किया जा सकता है और एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के निर्माण के लिए उपयोग किया जा सकता है। एच. एफ. एस. 2 के उच्च-उपज संश्लेषण को तरल चरण एक्सफोलिएशन का उपयोग करके भी प्रदर्शित किया गया है, जिसके परिणामस्वरूप स्थिर कुछ-परत वाले एच. एफ. एस. 2 गुच्छे का उत्पादन होता है। हैफनियम डाइसल्फाइड पाउडर का उत्पादन हाइड्रोजन सल्फाइड और हैफनियम ऑक्साइड को 500-1300 °C पर प्रतिक्रिया करके किया जा सकता है। टाइटेनियम यौगिक जिरकोनियम यौगिक ल्यूटेशियम यौगिक टैंटालम यौगिक लैंथेनाइड संकुचन संदर्भ रासायनिक यौगिकों को तत्व द्वारा यौगिक बनाते हैं।