Tetrachlorid hafnia (HfCl₄)je vysoce hodnotná anorganická sloučenina široce používaná jako prekurzor při syntéze pokročilé vysokoteplotní keramiky, fosforových materiálů pro vysoce výkonné světelné diody (LED) a heterogenních katalyzátorů. Zejména vykazuje výjimečnou Lewisovu kyselost, díky čemuž je vysoce účinná při polymeraci olefinů a různých organických transformacích. V důsledku rozšiřujících se aplikací ve výrobě polovodičů, leteckém inženýrství a elektronických materiálech nové generace vykazuje celosvětová poptávka po HfCl₄ trvalý růst. Jeho průmyslová výroba však zůstává technicky náročná – vyžaduje přísnou kontrolu procesů, ultra čisté vstupní suroviny a dodržování přísných předpisů v oblasti životního prostředí, zdraví a bezpečnosti (EHS). Vzhledem ke své klíčové roli při umožnění výroby vysoce výkonných funkčních materiálů a speciálních katalyzátorů je HfCl₄ stále více uznáván jako strategická surovina pro pokročilou materiálovou vědu a jemnou chemickou syntézu.
| Hafnium, 72Hf | |
| Vzhled | Ocelově šedá |
| Atomové číslo (Z) | 72 |
| Fáze v STP | Solidní |
| Bod tání | 2506 K (2233 °C, 4051 °F) |
| Bod varu | 4876 K (4603 °C, 8317 °C) |
| Hustota (při 20 °C) | 13,281 g/cm3 |
| V kapalném stavu (při teplotě tání) | 12 g/cm3 |
| teplo tání | 27,2 kJ/mol |
| Výparné teplo | 648 kJ/mol |
| Molární tepelná kapacita | 25,73 J/(mol·K) |
| Měrná tepelná kapacita | 144,154 J/(kg·K) |
Podnikový standard tetrachloridu hafnia s čistotou 5N
| Symbol | Li 7 (ppb) | Buďte 9 (ppb) | Na23 (ppb) | Mg 24 (ppb) | Al 27 (ppb) | K 39 (ppb) | Ca 40 (ppb) | V 51 (ppb) | Cr 52 (ppb) | Mn 55 (ppb) | Fe 56 (ppb) | Co 59 (ppb) | Ni 60 (ppb) | Cu 63 (ppb) | Zn 66 (ppb) | Ga 69 (ppb) | Ge 74 (ppb) | Sr 87 (ppb) |
| UMHT5N | 0,371 | 2,056 | 17,575 | 6,786 | 87,888 | 31,963 | 66,976 | 0,000 | 74,184 | 34,945 | 1413,776 | 21,639 | 216,953 | 2.194 | 20.241 | 12,567 | 8,769 | 3846.227 |
| Zr 90 (ppb) | Nb 93 (ppb) | Mo98 (ppb) | Pd106 (ppb) | Ag 107 (ppb) | Jako 108 (ppb) | Cd 111 (ppb) | V 115 (ppb) | Sn 118 (ppb) | Sb 121 (ppb) | Ti131 (ppb) | Ba 138 (ppb) | W 184 (ppb) | Au -2197 (ppb) | Rtuť 202 (ppb) | Tl 205 (ppb) | Pb 208 (ppb) | Bi 209 (ppb) |
| 41997,655 | 8,489 | 181,362 | 270,662 | 40,536 | 49,165 | 5.442 | 0,127 | 26,237 | 1,959 | 72,198 | 0,776 | 121,391 | 1707.062 | 68,734 | 0,926 | 14,582 | 36,176 |
Komentář: Výše uvedené parametry byly detekovány pomocí ICP-MS.
Tetrachlorid hafničitý (HfCl₄) je bezbarvá krystalická pevná látka s molekulovou hmotností 320,30 g/mol a registračním číslem CAS 13499-05-3. Taví při 320 °C a sublimuje při přibližně 317 °C za okolního tlaku. Sloučenina je extrémně hygroskopická a exotermicky a bouřlivě reaguje s vlhkostí, což vyžaduje skladování za bezvodých, inertních atmosférických podmínek (např. argon nebo dusík) v těsně uzavřených nádobách. Vzhledem ke své silné korozivní aktivitě může přímý kontakt s kůží nebo očima způsobit těžké chemické popáleniny. Jakožto korozivní nebezpečná látka třídy 8 (UN2509) vyžaduje manipulace s ní vhodné osobní ochranné prostředky (OOP), včetně chemicky odolných rukavic, ochranných brýlí a ochrany dýchacích cest v případech, kdy je možný vznik prachu.
K čemu se používá tetrachlorid hafničitý?
Tetrachlorid hafnia (HfCl₄)je všestranná anorganická sloučenina, která díky svým jedinečným chemickým vlastnostem nachází rozsáhlé uplatnění v mnoha high-tech oblastech:
- Polovodiče a elektronické materiály: Slouží jako klíčový prekurzor pro přípravu materiálů s vysokou dielektrickou konstantou (jako je oxid hafnia), používaných v izolačních vrstvách hradel tranzistorů k výraznému zvýšení výkonu čipů. Je také široce používán v procesech chemické depozice z plynné fáze (CVD) k nanášení tenkých vrstev kovového hafnia nebo sloučenin hafnia, které se používají ve vysoce výkonných tranzistorech, paměťových zařízeních atd.
- Keramika pro extrémně vysoké teploty a letecký průmysl: Používá se při výrobě keramických materiálů pro extrémně vysoké teploty, které vykazují vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, opotřebení a korozi. Tato keramika je vhodná pro extrémní prostředí, jako jsou horké části leteckých motorů a trysky raket. Kromě toho ji lze použít v obalových materiálech pro vysoce výkonné LED diody pro zlepšení odvodu tepla a prodloužení životnosti zařízení.
- Katalýza a organická syntéza: Jako účinný Lewisův kyselinový katalyzátor podporuje reakce, jako je polymerace olefinů (např. jako prekurzor pro Ziegler-Nattovy katalyzátory), esterifikace alkoholů a kyselin, acylace a 1,3-dipolární cykloadice, čímž zvyšuje reakční rychlost a selektivitu. Používá se také při jemné chemické syntéze vonných látek a léčiv.
- Jaderný průmysl: Díky své dobré tepelné a chemické stabilitě se používá v chladicích systémech jaderných reaktorů a jako nátěrové materiály pro jaderná paliva, čímž zlepšuje odolnost proti korozi a tepelnou stabilitu.
- Energetický sektor: Používá se jako surovina pro syntézu pevných elektrolytů, jako je fosforečnan lithno-hafnium, pro vývoj lithiových baterií s vysokou iontovou vodivostí. Slouží také jako prekurzor pro vysokokapacitní katodové materiály v lithiových a sodíkovo-iontových bateriích.
- Separace zirkonia a hafnia: Využitím rozdílu v těkavosti mezi tetrachloridem zirkoničitým a tetrachloridem hafnia je možné je efektivně oddělit frakční destilací nebo plynovou chromatografií. Jedná se o důležitou průmyslovou metodu pro získání čistého hafnia.
Stručně řečeno, tetrachlorid hafnia hraje nezastupitelnou roli v polovodičích, pokročilých materiálech, katalýze, jaderné energii a nových energetických sektorech a etabloval se jako klíčová surovina v moderních high-tech průmyslových odvětvích.
