Hafnium (Hf), chemisches Element (Ordnungszahl 72), Metall der Gruppe 4 (IVb) des Periodensystems. Es ist ein duktiles Metall mit einem brillanten silbrigen Glanz. Der niederländische Physiker Dirk Coster und der ungarische schwedische Chemiker George Charles von Hevesy entdeckten (1923) Hafnium in norwegischen und grönländischen Zirkonen durch Analyse ihrer Röntgenspektren. Sie nannten das neue element für Kopenhagen (New Latin, Hafnia), die Stadt, in der es entdeckt wurde., Hafnium ist in der Erdkruste bis zu einem Ausmaß von drei Teilen pro Million dispergiert und findet sich ausnahmslos in Zirkoniummineralien bis zu einigen Prozent im Vergleich zu Zirkonium. Zum Beispiel haben die Mineralien Zirkon, ZrSiO4 (Zirkoniumorthosilikat) und Baddeleyit, bei dem es sich im Wesentlichen um reines Zirkoniumdioxid, ZrO2, handelt, im Allgemeinen einen Hafniumgehalt, der von einigen Zehntelprozent bis zu mehreren Prozent variiert. Veränderte Zirkone, wie einige Alvite und Cyrtolite, Produkte der Restkristallisation, zeigen größere Anteile an Hafnium (bis zu 17 Prozent Hafniumoxid in Cyrtolit aus Gestein), Masse., USA.)., Kommerzielle Quellen für hafniumhaltige Zirkoniummineralien finden sich in Strandsanden und Flusskies in den Vereinigten Staaten (hauptsächlich Florida), Australien, Brasilien, Westafrika und Indien. Hafniumdampf wurde in der Atmosphäre der Sonne identifiziert.
Encyclopædia Britannica, Inc.,
Ionenaustausch-und Lösungsmittelextraktionstechniken haben die fraktionierte Kristallisation und Destillation als bevorzugte Methoden zur Trennung von Hafnium von Zirkonium verdrängt. Bei dem Verfahren wird rohes Zirkoniumtetrachlorid in einer wässrigen Lösung von Ammoniumthiocyanat gelöst, und Methylisobutylketon wird Gegenstrom zu dem wässrigen Gemisch geleitet, mit dem Ergebnis, dass das Hafniumtetrachlorid bevorzugt extrahiert wird., Das Metall selbst wird durch Magnesiumreduzierung von Hafniumtetrachlorid (Kroll–Verfahren, das auch für Titan verwendet wird) und durch die thermische Zersetzung von Tetraiodid (de Boer-van Arkel-Verfahren) hergestellt.
Für einige Zwecke ist die Trennung der beiden Elemente nicht wichtig; Zirkon, das etwa 1 Prozent Hafnium enthält, ist so akzeptabel wie reines Zirkonium., Bei der größten einmaligen Verwendung von Zirkonium, nämlich als Struktur – und Verkleidungsmaterial in Kernreaktoren, ist es jedoch wesentlich, dass das Zirkonium im Wesentlichen frei von Hafnium ist, da der Nutzen von Zirkonium in Reaktoren auf seinem extrem niedrigen Absorptionsquerschnitt für Neutronen beruht. Hafnium hingegen weist einen außergewöhnlich hohen Querschnitt auf, und dementsprechend macht auch eine leichte Hafniumkontamination den intrinsischen Vorteil des Zirkoniums zunichte., Aufgrund seines hohen Neutroneneinfangquerschnitts und seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften wird Hafnium zur Herstellung von Kernkontrollstäben verwendet.
Hafnium bildet bei Kontakt mit Luft einen Schutzfilm aus Oxid oder Nitrid und weist somit eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Hafnium ist ziemlich säurebeständig und wird am besten in Flusssäure gelöst, wobei die Bildung anionischer Fluor-Komplexe für die Stabilisierung der Lösung wichtig ist. Bei normalen Temperaturen ist Hafnium nicht besonders reaktiv, wird aber bei erhöhten Temperaturen mit einer Vielzahl von Nichtmetallen ziemlich reaktiv., Es bildet Legierungen mit Eisen, Niob, Tantal, Titan und anderen Übergangsmetallen. Die Legierung Tantal Hafniumcarbid (Ta4HfC5), mit einem Schmelzpunkt von 4.215 °C (7,619 °F), ist eine der feuerfestesten Substanzen bekannt.
Hafnium ist Zirkonium chemisch ähnlich. Beide Übergangsmetalle haben ähnliche elektronische Konfigurationen und ihre ionischen Radien (Zr4+, 0,74 Å und Hf4+, 0,75 Å) und Atomradien (Zirkonium, 1,45 Å und Hafnium, 1.,44 Å) aufgrund des Einflusses der lanthanoiden Kontraktion nahezu identisch sind. Tatsächlich ist das chemische Verhalten dieser beiden Elemente ähnlicher als bei jedem anderen bekannten Elementpaar. Obwohl die Chemie von Hafnium weniger untersucht wurde als die von Zirkonium, sind sich die beiden so ähnlich, dass nur sehr geringe quantitative Unterschiede—beispielsweise bei Löslichkeiten und Flüchtigkeiten von Verbindungen—in Fällen zu erwarten wären, die nicht tatsächlich untersucht wurden. Natürliches Hafnium ist eine Mischung aus sechs stabilen Isotopen: Hafnium-174( 0,2 Prozent), Hafnium-176 (5,2 Prozent), Hafnium-177 (18.,6 prozent), Hafnium-178 (27,1 Prozent), Hafnium-179 (13,7 Prozent) und Hafnium-180 (35,2 Prozent).
Der wichtigste Aspekt, in dem sich Hafnium von Titan unterscheidet, ist, dass niedrigere Oxidationszustände von untergeordneter Bedeutung sind; Es gibt relativ wenige Verbindungen von Hafnium in anderen als seinen tetravalenten Zuständen. (Es sind jedoch einige dreiwertige Verbindungen bekannt.) Die vergrößerte Größe der Atome macht die Oxide grundlegender und die wässrige Chemie etwas umfangreicher und ermöglicht das Erreichen der Koordinationszahlen 7 und häufig 8 in einer Reihe von Hafniumverbindungen.,
2,227 °C (4,041 °F)
4,603 °C (8,317 °F)
13,31 (20 °C)
+4
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