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72 |
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Dichte (g/cm3): |
13,130 |
5,5 |
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178,49 |
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Atomradius (berechnet) in pm: |
155 (208) |
4 |
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1,3 |
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[Xe]4f145d26s2 |
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2233°C (2506K) |
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4603°C (4876 K) |
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natürl. Häufigkeit: |
3 ppm |
Hafnium ist ein metallisches Element der 4. Nebengruppe des Periodensystems. Von Hafnium existiert eine Reihe natürlicher Isotope (174Hf bis 180Hf). Daneben sind künstliche Isotope 168Hf bis 183Hf mit Halbwertszeiten zwischen 5 Sekunden und 9*106 Jahren bekannt. Hafnium ist ein hochglänzendes, sehr dehnbares, in reinstem Zustand ziemlich weiches Metall. Aus der Luft nimmt es leicht Sauerstoff auf und wird dadurch spröde . Hafnium kristallisier hexagonal. Diese α-Modifikation wandelt sich bei 1775°C in kubisch raumzentriertes β- Hafnium um. Als Pulver oder Schwamm ist Hafnium pyrophor, d.h. es entzündet sich an Luft spontan. Hafniummetall ist beständig gegen Basen und Säuren mit Ausnahme von Flußsäure. Mit trockenem Chlor reagiert Hafnium unter Feuererscheinung. In seinen Verbindungen hat Hafnium überwiegend die Oxidationszahl +4. Wegen der gleichen Elektronenanordnung in der äußeren Schale wie das im Periodensystem über Hafnium stehende Zirconium und der als Folge der Lanthanoiden-Kontraktion nahezu identische Atom- und Ionenradien zeigen Hafnium und Zirconium größere Ähnlichkeiten miteinander als irgendwelche anderen verwandten Elemente.
Etwa 4,2*10–4 Prozent der festen Erdkruste dürfte aus Hafnium bestehen. Dieses Element ist somit viel häufiger als z.B. Argon, Uran, Quecksilber oder Antimon. Hafnium findet sich in allen Zirconium-Mineralien (und nur in diesen) zu 1–2,5%. Daneben kennt man auch Mineralien mit erheblich höherem Anteil an Hafnium, z.B. die Zirkone Malakon und Alvit. Hafnon ist ein Silicat mit überwiegendem Prozentsatz an Hafnium.
Bedingt durch die große Ähnlichkeit von Zirconium und Hafnium ist die Hafnium-Gewinnung aus Zirkon-Erzen außerordentlich langwierig und kostspielig. Zirconium- und Hafnium-Salze werden voneinander getrennt:
a) durch Extraktionsverfahren
b) durch Ionenaustauscher
c) durch fraktionierte Destillation der POCl3-Komplexe des ZrCl4 und HfCl4 bzw. der Carbonyle.
Hafnium-Metall erhält man durch Reduktion von HfCl4 mit Magnesium als Schwamm (Kroll-Verfahren) und in noch reinerer Form durch Zersetzung von HfI4 am Wolfram-Draht nach dem Aufwachsverfahren.
In der Kerntechnik darf Hafnium wegen seines großen Einfangquerschnitts für thermische Neutronen (600mal größer als bei Zirconium) im Hüllenmaterial für den Kernbrennstoff nicht anwesend sein. Es wird aber als Werkstoff für Regelstäbe in Kernreaktoren, z.B. in Atom-U-Booten, sowie als Neutronenabsorber bei der Wiederaufarbeitung bestrahlter Kernbrennstoffe eingesetzt. Weiter wird Hafnium als Getter in der Hochfrequenztechnik und als festigkeitssteigernder Zusatz (ca. 2%) zu Legierungen auf der Basis von Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram verwendet. In Blitzlichtwürfeln geben Hafnium-Folien eine besonders hohe Lichtausbeute.
Niels Bohr postulierte 1922 aufgrund seiner Atomtheorie, es müsse ein Element mit der Ordnungszahl 72 geben, das von den Seltenerdmetallen verschieden sei und große Ähnlichkeit mit Zirconium habe. Schon 1923 konnten D. Coster und G. von Hevesy in Kopenhagen das prophezeite Element mit Hilfe der Röntgenspektroskopie in einem norwegischen Zirkonium-Erz nachweisen. Der Name ist von der lat. Bezeichnung Hafnia für Kopenhagen hergeleitet. Hafnium sollte ursprünglich Celtium heißen .
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