| Hafnium 72Hf | ||||||
| engl. hafnium (nach dem alten Namen der Stadt Kopenhagen) | ||||||
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| Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Reines
Hafnium ist ein silbrig glänzendes Schwermetall, das
sich gut walzen und schmieden lässt. Das Metall ähnelt dem Zirconium, es ist in fein zerteilter Form sehr reaktionsfähig. Die Dichte ist ungefähr doppelt so hoch im Vergleich zum Zirconium. 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 wird Hafnium nur von Königswasser und Flusssäure angegriffen. Pulverisiertes
Hafnium ist pyrophor, es kann sich an der Luft spontan entzünden. In reinem Sauerstoff verbrennt heißes Hafnium mit greller Flamme zu Hafnium(IV)-oxid. Auch in Chlor reagiert heißes Hafnium unter Aufglühen oder mit Flammenerscheinungen zu Hafnium(IV)-chlorid.
Hf + O2 
HfO2 ΔHR = −1146 kJ/mol Hf + 2 Cl2
HfCl4 ΔHR = −991 kJ/mol |
| Toxikologie |
Das
elementare Hafnium und auch das Hafnium(IV)-oxid haben nur ein geringes
toxisches Potenzial. Das Freisetzen und Einatmen von Stäuben ist aber
auf jeden Fall zu vermeiden. |
| Vorkommen |
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Häufigkeit selten
Elementar kommt Hafnium in der Natur nicht vor. Es existieren nur wenige Hafniumminerale wie Allendeit (Sc4Zr3O12) oder Hafnon (HfSiO4), das man häufig als Begleitmineral im Zirkon findet. Aus diesem Grund eignet sich ein Zirkon meist auch zur Gewinnung von Hafnium. Bedeutende Vorkommen liegen in Australien und Südafrika.
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| Geschichte |
Die Entdeckung des Elements gelang erst 1923, nachdem Niels Bohr ein Jahr zuvor dem Element Nr. 72 eine Ähnlichkeit zum Zirconium vorausgesagt hatte. Der niederländische Physiker Dirk Coster (1889–1950)
und der ungarische Physiker Georges de Hevesy (1885–1966) entdeckten in Kopenhagen
das Element in einem Zirkon aus der norwegischen Insel Seiland. Sie wiesen es mit Hilfe der
Röntgenspektroskopie nach. Das Element erhielt seinen Namen nach der
alten Bezeichnung Hafnia für Kopenhagen. |
| Herstellung |
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Hafnium wird immer zusammen mit Zirconium
hergestellt. Bei der Erzaufbereitung erhält man ein Gemisch der
wasserlöslichen Chloride Zirconium(IV)-chlorid und
Hafnium(IV)-chlorid. Eine Trennung ist durch Ionenaustauschverfahren
oder durch Lösungsmittelextraktion möglich.
Hafnium(IV)-chlorid wird mit Magnesium reduziert:
HfCl4 + 2 Mg Hf +
2 MgCl2 Das Roh-Hafnium
wird durch eine nachfolgende Vakuumdestillation gereinigt. Nach dem Zonenschmelzverfahren
zersetzt man Hafnium(IV)-chlorid an dünnen, 1300 °C heißen Fäden aus Wolfram. 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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Gefahr
