Hafnium

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	13,310
Härte nach Mohs	2 - 3
Schallgeschwindigkeit in	3010
Schmelztemperatur in °C	2000
spezifische Schmelzwärme in	142,86
Siedetemperatur in °C	5400
spezifische Verdampfungswärme in	3703,85
Standardentropie S0 in
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	23,0
spezifische Wärmekapazität in	0,142
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,3510
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,000 42

Isotope des Elements 

Natürlich vorkommendes Hafnium besteht aus einem Gemisch aus fünf stabilen Isotopen und einem sehr langlebigem radioaktiven Isotop. Weiterhin sind noch 25 künstliche, radioaktive Isotope des Hafniums hergestellt worden.

Weitere Eigenschaften

Hafnium tritt in zwei allotropen Modifikationen, α-Hafnium und β-Hafnium, auf, die unter bestimmten Voraussetzungen ineinander überführbar sind. Es ist ein hochglänzendes, dehnbares und sehr weiches Schwermetall. Es lässt sich gut walzen und dehnen. Es nimmt den Sauerstoff aus der Luft auf und wird dadurch ziemlich spröde. Hafnium besitzt eine sehr hohe Schmelz- und Siedetemperatur. In seinen Verbindungen bildet es die Oxidationsstufen II, III und IV, von denen die Stufe IV die häufigste und beständigste ist. Es ist ein ziemlich unedles und reaktionsfähiges Metall. Aufgrund von Passivierung, der Bildung einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche, ist Hafnium gegenüber Luft, Wasser und Säuren beständig. Es wird bei Raumtemperatur nur von Flusssäure und Königswasser angegriffen. Als Pulver kann es sich an Luft spontan entzünden und verbrennt mit greller Flamme. Mit molekularem Sauerstoff reagiert es zu Hafnium(IV)-oxid, mit molekularem Chlor zu Hafnium(IV)-chlorid, mit molekularem Stickstoff zu Hafnium(IV)-nitrid und mit Kohlenstoff zu Hafniumcarbid.

Entdeckung

Mithilfe der Röntgenspektrometrie wiesen der niederländische Physiker DIRK COSTER (1889-1950) und der ungarische Physiker GYÖRGY K. von HEVESY (1885-1966) Hafnium in einem norwegischen Zirconium-Erz 1923 nach. Das neu entdeckte Element erhielt den Namen «Hafnium» mit dem chemischen Symbol «Hf». Im selben Jahr gelang v. HEVESY und BERGLUND die Abtrennung des Hafniums vom Zirconium durch fraktionierte Destillation der Doppelfluoride. Das Metall erhielten sie durch Reduktion der Fluoride mit Kalium.

Vorkommen/Herstellung

Hafnium steht an 52. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört somit zu den selteneren Elementen der Erde. Elementar tritt Hafnium in der Natur nie auf. Es ist in geringen Konzentrationen in Eruptivgesteinen und deren Verwitterungsprodukten, vor allem in Küstensanden und verschiedenen Zirkonmineralen weit verbreitet. Es existiert kein Mineral, in dem Hafnium als Hauptbestandteil vorkommt, es kommt immer nur als Begleiter des Zirconiums vor. Erwähnenswert sind die Zirkone Alvit, Malakon und Zyrtolith. Die Hauptvorkommen liegen vor allem an den Küsten Australiens, Südafrikas und der USA. Technisch gewinnt man Hafnium als Nebenprodukt der Zirconiumherstellung. Die Trennung beider Elemente bereitet aber aufgrund der starken Ähnlichkeit beider Metalle einige Probleme. Es gibt verschiedene Verfahren zur Trennung der beiden Metalle. Erst werden die Erzkonzentrate durch direkte Chlorierung in ein Gemisch der wasserlöslichen Chloride Zirconiumchlorid und Hafniumchlorid überführt. Die Trennung der Chloride erfolgt dann durch Ionenaustauschverfahren, Lösungsmittelextraktion oder durch fraktionierte Destillation.

Verwendung

Hafnium wird hauptsächlich in der Kerntechnik für Kontroll- und Steuerstäbe in Kernreaktoren sowie als Neutronenabsorber bei der Wiederaufbereitung bestrahlter Kernbrennstoffe verwendet. Es dient auch zur Füllung von Blitzlichtbirnen und -würfeln mit besonders hoher Lichtausbeute sowie als Getter in der Hochfrequenztechnik. Große Bedeutung besitzt Hafnium bei der Herstellung von hoch schmelzenden und hoch festen Legierungen mit Molybdän, Niob, Tantal und Wolfram. Es wird auch zur Oberflächenvergütung hoch beanspruchter Werkstoffe eingesetzt.

Wichtige Verbindungen

Zu den wichtigen Vertretern zählen das Oxid HfO2, die Tetrahalogenide HfF4 und HfCl4 sowie das Oxochlorid, HfOCl2.

Bau

Hafnium kristallisiert in einem hexagonal-dichten Metallgitter.