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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
| Reines
Hafnium ist ein hochglänzendes, relativ weiches Schwermetall, das
sich gut walzen und schmieden lässt. Die Schmelz-
und Siedetemperaturen sind sehr hoch, bei sehr tiefen Temperaturen ist
Hafnium supraleitend. Hafnium
ist ein relativ unedles Metall, das in fein zerteilter Form sehr reaktionsfähig
ist und dem Zirconium stark ähnelt. An
der Luft bildet sich eine dunkle, dünne Oxidschicht, die das Metall
gegen eine weitere Oxidation an der Luft, im Wasser oder in Säuren
widerstandsfähig macht. Dadurch ist kompaktes Hafnium sehr stabil.
Bei Raumtemperatur greifen es nur Königswasser
und Flusssäure an. Pulverisiertes
Hafnium kann sich an der Luft aber spontan entzünden. Mit reinem Sauerstoff
verbrennt es oberhalb von 300°C mit greller Flamme zu Hafnium(IV)-oxid:
Hf + O2 
HfO2 DHR
= -1146 kJ/mol
Mit Chlor reagiert es beim Erwärmen unter Feuererscheinungen zu Hafnium(IV)-chlorid: Hf + 2 Cl2
HfCl4 DHR
= -991 kJ/mol
Bei hohen Temperaturen reagiert es auch mit Stickstoff und Kohlenstoff zu Hafnium(IV)-nitrid oder Hafniumcarbid. |
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Toxikologie |
| Das elementare Hafnium und auch das Hafnium(IV)-oxid haben wohl nur ein geringes toxisches Potential. Das Freisetzen und Einatmen von Stäuben ist aber auf jeden Fall zu vermeiden. |
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Vorkommen |
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Das
Metall steht in der Elementhäufigkeit mit
einem Anteil von 4,2 x 10-4 % an 52. Stelle und steht damit
noch vor Argon und Uran.
Elementar kommt es in der Natur nicht vor. Das einzige bekannte Hafniummineral
ist der Hafnon, ein Hafniumsilicat (HfSiO4), das als Begleitmineral
im Zirkon (ZrSiO4) vorkommt.
Aus diesem Grund eignet sich der Zirkon meist auch zur Gewinnung von Hafnium.
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Geschichte |
| Im Jahre 1923 entdeckten der niederländische Physiker Dirk Coster (1889-1950) und der ungarische Physiker György K. von Hevesy (1885-1966) in Kopenhagen das Element in einem Zirkonerz aus Norwegen. Sie wiesen es mit Hilfe der Röntgenspektroskopie nach. Das Element erhielt seinen Namen nach der alten Bezeichnung für Kopenhagen und das Symbol Hf. |
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Herstellung |
| Hafnium
fällt stets als Nebenprodukt bei der Zirconiumherstellung
an. Bei der Erzaufbereitung erhält man ein Gemisch der wasserlöslichen
Chloride Zirconium(IV)-chlorid und Hafnium(IV)-chlorid (Näheres siehe
bei der Zirconiumherstellung). Eine Trennung
der beiden Chloride erfolgt durch Ionenaustauschverfahren oder durch Lösungsmittelextraktion.
Eine Reduktion des Hafnium(IV)-chlorids zu elementarem Hafnium ist mit
Magnesium möglich (analog zur Zirconium-
und zur Titanherstellung):
HfCl4 + 2 Mg Hf +
2 MgCl2
Der so erhaltene Hafniumschwamm wird durch eine Vakuumdestillation gereinigt. Nach dem Zonenschmelzverfahren zersetzt man Hafnium(IV)-chlorid an dünnen, 1300°C heißen Wolframfäden. Dieses Verfahren wird auch bei der Titanherstellung angewandt. |
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Verwendung |
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In
Blitzlichtwürfeln erzeugen Hafniumfolien ein sehr grelles Licht. Hafnium-Legierungen
mit Wolfram oder auch mit Molybdän,
Niob oder Tantal besitzen
einen sehr hohen Schmelzpunkt und eignen sich zur Herstellung von Glühkathoden.
Beim Plasmaschweißen
entstehen sehr hohe Temperaturen. Dort werden Hafniumeinsätze in der
Elektrode verwendet. Der Hauptteil des Hafniums wird jedoch in Kontroll-
und Steuerstäben in Kernreaktoren und als Neutronenfänger bei
der Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen verwendet.
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| Copyright: Thomas Seilnacht |
Gefahr
