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Siehe auch: Zirconium, Rutherfordium, Periodensystem der Elemente 
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Hafnium

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl 72
Symbol Hf
CAS-Nr. 7440-58-6
Atomgewicht 178.49 amu
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f14 5d2 6s2
Schmelzpunkt 2233 °C
Siedepunkt 4603 °C
Dichte 13.31 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011
Geschichte
Da Hafnium immer im Verbund mit Zirconium auftritt, konnte es erst 1932 von D. Coster und G.C. von Hevesy aufgrund von Röntgenspektren nachgewiesen werden. Hevesy konnte dann das neue Element auch mit Hilfe fraktionierender Kristallisation eines Gemisches aus (NH4)2[ZrF6] und (NH4)2[HfF6] und anschließender Reduktion des Fluoridkomplexes gewinnen.
Vorkommen und Gewinnung
Reines, elektronenstrahl-geschmolzenes Hafnium. Foto: Wikimedia Commons, user Alchemist-hp
Zirconium und Hafnium weisen nahezu die selben Ionenradien auf (0.86 und 0.85 Å) weshalb Hafnium immer in Zirconiummineralen vorkommt. Die Hafniumkonzentration ist typisch ca. 1/50stel des Zirconiumgehalts. Zur Trennung von Hafnium und Zirconium setzt man heute Flüssig-Flüssig-Extraktion im Gegenstrom ein (z.B. Hf- und Zr-Nitrat in Tri-n-butylphosphat, oder Hafnium- bzw. Zirconiumisothiocyanat in Methylisobutylketon).

Das abgetrennte Hafnium wird dann in Hafnium(IV)chlorid überführt und anschließend mit Magnesium zu elementarem Hafnium reduziert:

HfCl4 + 2 Mg Hf + 2 MgCl2

Hafnium fällt als Nebenprodukt bei der Herstellung von Hafnium-freiem Zirconium für den Mantel von Brennstäben für Kernkraftwerke an (Hafnium hat einen 600-fach höheren Wirkungsquerschnitt für Neutronen als Zirconium und würde die Kettenreaktion zum Erliegen bringen).
Eigenschaften
Hafnium ist ein silbrig-weiß glänzendes, gut verformbares Metall, dessen physikalische Eigenschaften stark von eventuellen Zirconium-Verunreinigungen abhängen. Da Zirconium und Hafnium jene zwei Elemente sind, die sich am schwierigsten trennen lassen, ist selbst in reinem Hafnium die Hauptverunreinigung (wenn auch in Spuren) immer Zirconium.

Hafnium reagiert mit Sauerstoff und bildet eine passivierende Oxidschicht aus. Feinverteiltes Hafnium kann aber unter Feuererscheinung an der Luft verbrennen. Hafnium wird von oxidierenden Säuren angegriffen, ebenso von Flusssäure. Gegen Alkalien ist es beständig.

Verwendung
Aufgrund des hohen Wirkungsquerschnitts für thermische Neutronen wird Hafnium als Moderator in Kernreaktoren eingesetzt. Hafnium hat außerdem den Vorteil, dass während des Betriebs des Kernreaktors keine Verminderung des Wirkungsquerschnittes eintritt, da die gebildeten Hf-Isotope ebenfalls einen hohen Wirkungsquerschnitt aufweisen.

Hafnium wird auch als Getter-Material in Ionengetterpumpen zur Erzeugung von Ultrahochvakuum eingesetzt, da es kleine Restmengen von Sauerstoff und Stickstoff begierig aufnimmt.



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Last Update: 2013-08-08