Hafnium is encheemsch Element ut datPeriodensystem mit datAtomtekenHf un deAtomtall 72. Nöömt is dat Element na denlatienschen Naam vun de däänschen HööftstadtKopenhagen,Hafnia. Dor is dat Element opdeckt worrn. Hafnium is enSwormetall vun deÖvergangselementen mit teemlich lieke Egenschoppen as dat in’t Periodensystem doröver liggenZirkon. Bioloogsch Funkschonen vun’t Hafnium sünd nich bekannt. Normalerwies kummt dat Element nich in’n minschlichen Lief vör, aver giftig is dat ok nich[1].
Vun de bestännigen Elementen vun’t Periodensystem weer Hafnium een vun de letzten, de opdeckt worrn sünd. Den eersten Henwies dorop, dat dat twüschenLutetium unTantal noch en Element geven müss, het sik ut dat 1912 opdeckteMoseleysche Gesett afleidt.Henry Moseley hett 1914 versöcht, dat bit dorhen unbekannte, aver na dat Gesett to vermodende Element mit de Atomtall 72 in Mineralen vun deRoor Eerden (vundaagLanthanoiden nöömt) to finnen. Man he harr dormit keen Spood[2].
In sien Arbeit to de Atomtheorie vun 1922 seggNiels Bohr vörut, dat de Reeg vun de Lanthanoiden mit dat Lutetium to Enn is un dat Element 72 dorüm lieke Egenschoppen hebben müss as dat ElementZirkon. Een Johr later al künn Hafnium nawiest warrn, as 1923Dirk Coster unGeorge de Hevesy in Kopenhagen dat Element dörRöntgenspektroskopie in en norweegschZirkon-Mineral funnen hebbt. Wietere Ünnersöken an annere Mineralen hebbt denn wiest, dat Hafnium jümmer in zirkonhollige Mineralen antofinnen is. Dat Afscheeden vun’t Zirkon hebbt Jantzen un Hevesy dör mehrmolig Kristallisatschoon vun de Diammonium- un Dikaliumfluoriden vun de beiden Elementen henkregen. Dat elementare Hafnium künn dorna dörRedukschoon mitNatrium wunnen warrn.
Zirkon-Mineralen sünd de wichtigsten Borns för Hafnium
Dat Element Hafnium kummt op de Eer blots roor vör. De kontinentaleEerdköst hett en Hafnium-Andeel vun ruchweg 4,9ppm[3] un is dorüm vun de Männichkeit her to verglieken mit de ElementenBrom oderCäsium un kummt somit faker vör as de al lang bekannten ElementenGold oderQuecksülver.
Hafnium kummt in de Natur nichgediegen vör un ok nich in egeneMineralen. Dorför kummt dat Metall aver in all Zirkon-Mineralen vör asZirkon oderBaddeleyit. De Andeel an Hafnium liggt dorbi tomeist bi ruchweg 2% vun’t Zirkon in’t Mineral (1-5 Gewichtsprozent Hafnium). Een vun de roren Mineralen, wo mehr Hafnium binnen is as Zirkon, is de Zirkon-VarietätAlvit [(Hf,Th,Zr)SiO4].
Jüst as bi’t Zirkon sünd de bedüdenstenLagersteden för Hafnium de Zirkon-Lagersteden inAustralien unSüüdafrika. De Reserven warrt op ruchweg 1,1Mio.t schätzt (rekent as Hafniumoxid)[4].
Üm Hafnium to winnen, mutt dat Element vun’t Zirkon afscheedt warrn. Dat geiht aver nich wiel den Vörgang vun’t Herstellen, man dat mutt in en Arbeitsschritt för sik maakt warrn. Dorför warrt sünnereExtrakschoonsverfohren anwennt, de de ünnerscheedliche Löslichkeit vun sünnere Hafnium- un Zirkonsolten in sünnere Löösmiddels utnütten doot. Bispelen dorför sünd de verscheden Löslichkeiten vun deNitraten inTri-n-butylphosphat oder de vun deThiocyanaten inMethylisobutylketon. Annere Möglichkeiten to’n Afscheeden sündIonenuttuuschers un defrakschoneert Destillatschoon vun dorför egent Verbinnen.
Produzeert warrt Hafnium blots in lütte Mengden in Gröttenoorden vun 100 Tünnen[1]. Dat Element warrt nich egens wunnen, man dat fallt blangento af bi’t Herstellen vun Hafnium-free Zirkon förBrennstääv.
Wenn Hafnium bannig rein is, is dat Metall teemlich week un good to verformen. Dat kann denn licht smeedt, walzt oder hammert warrn. Man, wenn dor Sporen vun Suerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff binnen sünd, denn warrt Hafnium sprääd un is sworer to bearbeiten. De Smölt- un de Kaakpunkt vun Hafnium sünd mit 2227°C un 4450°C[1] de hööchsten in de Grupp.
In meist all anner’n Egenschoppen gliekt dat Metall sien lichterenHomoloog Zirkon. Dat kummt vun deLanthanoidenkontrakschoon de för üm un bi lieke Ionenradien sorgt (Zr: 159pm, Hf: 156pm[1]). Blots de Dichte stellt en Utnahm dor, wo Zirkon mit 6,5 g/cm³ en düütlich sieteren Weert opwiest. För de Technik is en wichtigen Ünnerscheed, dat Hafnium 600 mol beterNeutronen absorbeeren kann. Ut den Grund is dat nödig, dat Hafnium vun’t Zirkon aftoscheden, wenn dat Zirkon inKarnkraftwarken insett warrn schall.
Hafnium is en uneddel Metall, dat mitSuerstoff to Hafniumdioxid reageert, wenn dat hitt maakt warrt. Ok annere Nichtmetallen asStickstoff,Kohlenstoff,Bor unSilizium billt ünner disse Bedingen Verbinnen mit Hafnium. Bi Ruumtemperatur billt sik gau en Oxidschicht ut, de dat Metall passiveert un so vör’n wietere Oxidatschoon schuult.
Vun wegen disse Passiveeren is Hafnium in de meistenSüren ünner normalbedingen nich löslich, blotsFlusssüür unKönigswater griept dat Metall an. Hanfium is ok in waterigeBasen nich löslich.
Vun Hafnium sünd tosamen 35Isotopen un 18Karnisomeren vun153Hf bis188Hf bekannt[5]. Dat natürliche Hafnium is enMischelement ut söss verscheden Isotopen. Dat fakenste mit üm un bi 35% is180Hf. Denn kamt178Hf mit 27,28%,177Hf mit 18,61%,179Hf mit 13,62%,176Hf mit 5,27% un174Hf mit 0,16%.174Hf is dat enzige natürlich Isotop, dat swachradioaktiv is. Dat is en Alphastrahler mit en Halfweertstiet vun 2·1015Johren.
Dat Karnisomer178 2mHf is mit en Halfweertstiet vun 31 Johren lang bestännig un sennt bi’n Verfall en starkeGammastrahlen vun 2,45MeV[5] ut. Dat is de hööchste Energie, de en över längere Tiet bestännig Isotop afstrahlen deit. En mögliche Anwennen för dit Isomer is de Bruuk as Born in starkeLaser-Apparaten[6].
Allgemeen warrt Hafnium nich in grote Mengen bruukt, wieldat de Produkschoon so swor is. Vör allen warrt Hafnium in de Karntechnik insett asStüerstaff to’n Reguleeren vun deKedenreakschoon in Reakters. Hefnium hett gegenöver annere Stoffen, de in de Laag sünd Neutropnen to absorbeeren, enige Vördelen. To’n Bispeel is dat Element düchtig bestännig gegen Korrosion un togliek entstaht bi de Karnreakschoon mit de Neutronen Hafniumisotopen, de ok wedder hoge Absorpschoonsdwersnitten opwiest[7]. Vun wegen sien hogen Pries warrt Hafnium vör allen för militäärsch Anwennen, to’n Bispeel Reakters inAtom-U-Bööd verwennt.
Bruukt warnn kann dat aver ok noch annerswo. So reageert Hafnium gau mit lütte Mengden Suerstoff un Stickstoff un kann dorüm asGetterstoff insett warrn, üm lüttste Mengden vun disse Gasen ut Ultrahoochvakuum-Anlagen ruttonehmen. Bi’t Verbrennen strahlt dat Metall en bannig hell Licht ut. Hafnium kann dorüm inBlitzlichtlampen mit sünners hoge Energiebüüt insett warrn. Intressante Verbinnen künnt dorut herstellt warrn, de bannig bestännig sünd un erst bi hoge Temperaturen smölten doot, sünnersHafniumnitrid unHafniumcarbid.
InLegeeren mit Metallen asNiob,Tantal,Molybdän unWolfram kann en Tosatz vun üpm un bi 2% Hafnium de Fastigkeit ropsetten. Dordör kamt sünners faste, hoochsmölten un hittbestännige Warkstoffen tostannen.
Jüst as vele annere Metallen is Hafnium as fienverdeelt Stoffpyrophor un licht to tünnern. In’n kompakten Tostand brennt dat dorgegen nich. Hafnium is nichtoxisch. Dorüm gellt för’n Ümgang mit dat Metall ok keen sünnere Sekerheitsvörschriften.
Dat gifft en Reeg vuncheemsch Verbinnen mit Hafnium. Tomeist sünd dat Solten oderMischkristallen, de hoge Smöltpunkten hebbt. De bedüdensteOxidatschoonsstoop vun Hafnium is +IV, man dat gifft ok Verbinnen mit en sietere Oxidatschoonstallen vun 0 bit +III. InKomplexen sünd ok Oxidatschoonsstopen lütter as 0 bekannt.
Hafnium(IV)-oxid is en hoochsmölten Faststoff, de düchtig bestännig is. De hett en hogeDielektrizitätskonstant vun 25.Siliziumdioxid hett to’n Vergliek 3,9[8]. Dorüm is de Bruuk ashooch-k-Dielektrikum as Stüeransluss (Gate) förMikroperzessers möglich. Dör dat Insetten vun Hafnium(IV)-oxid künnt de Schaltkreisen lütter maakt warrn, wieldat mit en düttlich dünnereIsolaterschicht arbeit warrn kann. De kumpletteTransister hett dormit blots noch en Grött vun 45nm. Enige Halfleiderherstellers asIntel oderIBM wennt dat al an[9].
Vun Hafnium sünd ok Reeg vun Halogenverbinnen bekannt. In de Oxidatschoonsstoop +IV gifft dat dat Fluorid, as ok Chlorid, Bromid un Iodid. Hafnium(IV)-chlorid und Hafnium(IV)-iodid speelt en Rull bi’t Winnen vun rein Hafnium. Bi lüttere Oxidatschoonstallen sünd blots Chlor- un Bromverbinnen bekannt, as ok dat Hafnium(III)-iodid.
Dat Difluorid Kaliumhexafluorhafnat (K2HfF6) kann to’n Afscheeden vun Hafnium vun’t Zirkon bruukt warrn.
↑G. D. Wilk, R.M. Wallace, J.M. Anthony:High-κ gate dielectrics: Current status and materials properties considerations in: Journal of applied physics, 2001, 89, 10, 5243–5273.
_oxide.jpg)
