铪

米拉Senthilingam

本周，超级合金、核反应堆和太空火箭。这只是本周不寻常和未知元素的一些原因铪为全世界科学家所珍视。Eric Scerri报道。

Eric Scerri

今天我要讲的是一种不常见的、也不太为人所知的元素。然而，它有一段相当有趣的历史和一些重要的商业应用，包括在核电工业和制造高温合金中的使用。

这个元素在元素周期表中是第72号，叫做铪。它的名字来自铪，这是哥本哈根的旧拉丁名，1922年，它在哥本哈根首次被分离出来。但首先让我回顾一下。1913年，在曼彻斯特和后来在牛津工作的物理学家亨利·莫斯利(Henry Moseley)发现了一种根据原子序数对元素进行排序的实验方法。在这项工作之前，元素周期表中的元素是根据它们的原子量来排序的，这导致了每个元素之间的间隔不均匀。结果，没有人能确定还有多少元素有待发现。在莫斯利的发现之后，这一切都改变了，因为原子序数在周期表中以整数步递增。

其中一个缺口出现在第71号元素，镏，第73号元素，钽．此外，由于不清楚72号元素是过渡金属，还是稀土元素，这一特殊情况变得更加复杂，因为72号元素位于这两种元素之间的边界上。一些化学家认为这种元素可能是一种稀土元素，并在含稀土的矿物中进行了多次无果的搜索。但其他一些化学家认为这种新元素可能是过渡金属。化学方面的论证很简单。根据某些版本的元素周期表，第72号元素在下面钛而且锆在元素周期表中，这两个元素都是已知的过渡元素。然后，量子理论的奠基人之一尼尔斯·玻尔提出了一个物理学上的论点。根据玻尔预测的72号元素的电子构型，他也认为它是一种过渡金属。

1923年，Coster和Hevesy——玻尔研究所的两个年轻研究人员——决定试着分离这种元素，作为测试玻尔的理论．为了做到这一点，他们听从了化学家的建议，决定在锆矿石中寻找。在短短几周内，他们成功地检查了一些挪威锆石，并检测了这种元素预期的x射线谱线频率。它是元素周期表中仅存的六个空白之一的发现。它也被证明是唯一但也是最后一个发现的自然存在的元素，最后一个是铼几年后。

与其他奇异元素相比，铪并不罕见。它发生在地球上地壳重量为5.8 ppm的范围内。它之所以需要很长时间才能分离出来，是因为它的原子大小与锆几乎相同，而锆通常与锆一起出现在矿物质中。这使得它很难从锆中分离出来。但是现在已经开发了许多提取方法，而且由于铪具有相当特殊的性质，它得到了许多应用。它是一种有光泽的银色金属，具有显著的耐腐蚀性。也许更重要的是，它具有非常强的捕获中子的能力，这使得它成为制造核反应堆控制棒的理想材料，特别是那些需要在苛刻条件下运行的反应堆，比如今天的压水堆。

铪还非常擅长形成高温合金，这种合金可以承受非常高的温度，并在制造空间飞行器的各种部件方面得到了应用。就常规化合物而非合金而言，碳化铪的熔点在仅由两种元素组成的化合物中最高，略低于3990⁰C.进入到三元素的化合物，混合碳化物钨铪有的是所有已知化合物的最高熔点4125⁰C。

考虑到铪的开采难度和相对稀缺性，它的价格并不便宜。但在某些情况下，一个人必须付出代价!以核反应堆为例，仅仅是吸收中子的铪棒就花费了100多万美元。

在我最近的哥本哈根之旅中，我花了很长时间寻找这座城市的象征——著名的小美人鱼。当我发现它时，我惊讶地发现它相当不起眼，但这似乎并没有减少它受到来自世界各地游客的特别关注。我认为这有点像金属铪，在美人鱼的城市哥本哈根首次被发现。乍一看，它似乎也有些微不足道，但由于其相当特殊的性质，它引起了许多科学家的注意。

米拉Senthilingam

捕获中子的能力和任何化合物的最高熔点，你可以理解为什么科学家认为这种元素和小美人鱼一样特别。这是埃里克·斯克里揭示铪的力量。下周，我们将见到元素之王。

布莱恩·克莱格

忘记唐宁街10号或宾夕法尼亚大道1600号吧，它们是英国最负盛名的地址宇宙在元素周期表中排名第一，氢．在科学中，简单和美丽通常是等同的——这使得氢变得如此美丽，一个质子和一个电子组成了现存最紧凑的元素。

米拉Senthilingam

布莱恩·克莱格将在下周的《元素中的化学》中揭示氢的美。在那之前，感谢大家的收听，我是来自裸体科学家网站的Meera Senthilingam，下周见。