הפניום (Hf), יסוד כימי (מספר אטומי 72), מתכת מקבוצה 4 (IVb) בטבלה המחזורית. זוהי מתכת רקומית עם ברק כסוף מבריק. הפיזיקאי ההולנדי דירק קוסטר והכימאי השוודי ההונגרי ג'ורג 'צ'ארלס פון הבסי גילו (1923) את הפניום בזירקונים נורווגיים וגרנלנדיים על ידי ניתוח ספקטרום הרנטגן שלהם. הם שמו את היסוד החדש לקופנהגן (בלטינית החדשה, חפניה), העיר בה התגלה. הפניום מפוזר בקרום כדור הארץ בהיקף של שלושה חלקים למיליון ונמצא תמיד במינרלים של זירקוניום עד אחוזים בודדים בהשוואה לזירקוניום. לדוגמה, המינרלים זירקון, ZrSiO 4 (זירקוניום אורתוסיליקט), ו בדלייט, שהוא למעשה זירקוניום דו חמצני טהור, ZrO 2, בדרך כלל יש תוכן הפניום שמשתנה בין עשיריות בודדות של אחוז למספר אחוזים. זירקונים שהשתנו, כמו חלק מהאלוויטים והסירטוליטים, תוצרי התגבשות שיורית, מראים אחוזים גדולים יותר של הפניום (עד 17 אחוז תחמוצת הפניום בסירטוליט מרוקפורט, מס ', ארה"ב). מקורות מסחריים של מינרלי זירקוניום נושאי הפנימה נמצאים בחולות חוף ובחצץ נהרות בארצות הברית (בעיקר פלורידה), אוסטרליה, ברזיל, מערב אפריקה והודו. אדי הפניום זוהה באטמוספירה של השמש.
טכניקות חילופי יונים וחילוץ ממסים החליפו התגבשות חלקית וזיקוק כשיטות עדיפות להפרדת הפניום מזירקוניום. בפרוצדורה, זירקוניום טטראכלוריד גולמי מומס בתמיסה מימית של אמוניום תיוציאנאט, ומתכת איזובוטיל מתיל מועברת נגד זרם לתערובת המימית, כתוצאה מכך מיצוי עדיף את הטטראכלוריד הפניום. המתכת עצמה מוכנה על ידי הפחתת מגנזיום של הפניום טטרכלוריד (תהליך קרול, המשמש גם לטיטניום) ועל ידי פירוק תרמי של טטריודיד (תהליך דה בור-ואן ארקל).
למטרות מסוימות הפרדה בין שני האלמנטים אינה חשובה; זירקוניום שמכיל כמאה אחוז מהפניום מקובל כמו זירקוניום טהור. במקרה של השימוש היחיד הגדול ביותר בזירקוניום, לעומת זאת, כחומר מבני וחיפוי בכורים גרעיניים, חיוני שהזירקוניום יהיה חופשי בעיקר מהפניום, מכיוון שהשימושיות של הזירקוניום בכורים מבוססת על רמתו הנמוכה ביותר חתך קליטה לנויטרונים. לעומת זאת, בהפניום יש חתך רוחב גבוה במיוחד, ובהתאם אפילו זיהום הפניום קל מבטל את היתרון המהותי של הזירקוניום. בגלל חתך הכיבוש הגבוה של נויטרונים ותכונותיו המכניות המצוינות, הפניום משמש לייצור מוטות בקרה גרעיניים.
הפניום מפיק סרט מגן של תחמוצת או ניטריד במגע עם אוויר ובכך יש עמידות בפני קורוזיה גבוהה. הפניום עמיד למדי בפני חומצות ומתמוסס בצורה הטובה ביותר בחומצה הידרפלואורית, באיזה פרוצדורה יש חשיבות ליצירת קומפלקסים פלואוריים אניוניים בייצוב הפיתרון. בטמפרטורות רגילות הפניום אינו מגיב במיוחד אך הופך להיות די תגובתי עם מגוון רחב של מתכות בטמפרטורות גבוהות. הוא יוצר סגסוגות עם ברזל, ניוביום, טנטלום, טיטניום ומתכות מעבר אחרות. טנטלום הפניום קרביד מסגסוגת (Ta 4 HfC 5), עם נקודת התכה של 4,215 מעלות צלזיוס, הוא אחד החומרים העקשניים ביותר הידועים.
הפניום דומה כימית לזירקוניום. לשתי מתכות המעבר יש תצורות אלקטרוניות דומות, והרדיוסים היוניים שלהם (Zr 4+, 0.74 Å, ו- Hf 4+, 0.75 Å) ורדיוסים אטומיים (זירקוניום, 1.45 Å, והפניום, 1.44 Å) כמעט זהים בגלל ההשפעה מהתכווצות הלנטנואידית. למעשה, ההתנהגות הכימית של שני אלמנטים אלה דומה יותר מאשר לכל זוג יסודות אחר הידוע. אף כי הכימיה של הפניום נחקרה פחות מזו של זירקוניום, השניים דומים כל כך שרק הבדלים כמותיים קטנים מאוד - למשל, במסיסות ותנודתיות של תרכובות - היו צפויים במקרים שלא נחקרו בפועל. הפניום הטבעי הוא תערובת של שישה איזוטופים יציבים: הפניום -174 (0.2 אחוז), הפניום -176 (5.2 אחוז), הפניום -177 (18.6 אחוז), הפניום -178 (27.1 אחוז), הפניום -179 (13.7 אחוז), והפניום 180 (35.2 אחוזים).
הכבוד החשוב ביותר בו ההפניום שונה מטיטניום הוא שמצבי חמצון נמוכים הם בעלי חשיבות מינורית; יש מעט יחסית תרכובות של הפניום, פרט למצבים הטרבולנטיים שלה. (עם זאת ידועים כמה תרכובות טריפלנטיות.) הגודל המוגבר של האטומים הופך את התחמוצות לבסיסיות יותר והכימיה המימית נרחבת מעט יותר ומאפשרת השגת מספרים קואורדינציה 7 ולעתים קרובות למדי 8 במספר תרכובות הפניום.
מאפייני אלמנט
| מספר אטומי | 72 |
|---|---|
| משקל אטומי | 178.49 |
| נקודת המסה | 2,227 מעלות צלזיוס |
| נקודת רתיחה | 4,603 ° C (8,317 מעלות צלזיוס) |
| כוח משיכה ספציפי | 13.31 (20 מעלות צלזיוס) |
| מצב חמצון | +4 |
| תצורת אלקטרונים. | [Xe] 4f 14 5d 2 6s 2 |
