Hafnium

Hafnium is in 1923 ontdekt door de Nederlandse fysicus en ingenieur Dirk Coster en de Hongaarse scheikundige George de Hevesy toen zij met röntgenspectrometrie de buitenste elektronen van zirkonium erts bestudeerden. Het element dat zij ontdekten voldeed aan de voorspellingen van Niels Bohr over hafnium.

Metallisch hafnium is voor het eerst geïsoleerd door de Nederlandse natuurkundigen Anton Eduard van Arkel en Jan Hendrik de Boer door een damp van hafniumtetrajodide over een verhit wolfraam element te leiden.

De naam Hafnium is afgeleid van het Latijnse naam voor Kopenhagen Hafnia; de plaats waar het element is ontdekt.

[bewerk] Toepassingen

In nucleaire installaties zoals atoomonderzeëers wordt hafnium gebruikt als neutronenvanger omdat het vele malen (ongeveer 600 maal) beter dan zirkonium is in het absorberen hiervan. Andere industriële toepassingen van hafnium zijn:

De goede mechanische en corrosiebestendige eigenschappen maken hafnium zeer geschikt voor het produceren van vacuümbuizen en leidingen waardoor chemische stoffen worden vervoerd.
In legeringen wordt hafnium gebruikt om de eigenschappen van onder andere ijzer, titanium en niobium te verbeteren.
In halogeen verlichting worden hafnium of hafniumlegeringen soms gebruikt als gloeidraad.
In de Verenigde Staten wordt onderzocht in hoeverre hafnium kan dienen als grondstof voor moderne kernwapens.
In januari 2007 kondigden Intel en IBM aan dat ze een hafniumlegering zouden gaan gebruiken in geïntegreerde schakelingen. Deze legering zal siliciumdioxide vervangen, een materiaal dat al veertig jaar een basisingredient is voor halfgeleiders zoals transistors. Met het gebruik van siliciumdioxide had men grenzen bereikt in het maken van steeds snellere en minder energieverbruikende halfgeleiders. Het gebruik van deze hafniumlegering maakt het mogelijk deze barrières te doorbreken en halfgeleiders te maken met elektronische circuits van, om te beginnen, 45 nanometer.

[bewerk] Opmerkelijke eigenschappen

Hafnium is een glanzend en buigzaam metaal met uitstekende corrosiebestendige eigenschappen. Chemisch gezien vertoont het veel overeenkomsten met zirkonium en daardoor zijn deze elementen moeilijk van elkaar te onderscheiden. Het opmerkelijkste verschil is de dichtheid; bij hafnium is die ongeveer tweemaal zo groot.

Hafniumcarbide is een uit twee delen bestaande verbinding met het hoogste bekende smeltpunt van meer dan 4160 Kelvin. Bij lage temperaturen reageert hafnium alleen met halogenen. Bij hogere temperaturen worden ook reacties met zuurstof, stikstof, koolstof, zwavel en silicium waargenomen.

[bewerk] Verschijning

In de natuur komt hafnium vrijwel niet in ongebonden toestand voor. Vaak wordt het in combinatie met zirkonium aangetroffen in mineralen zoals alviet en thortveiliet welke zo'n 1 to 5% hafnium bevatten.

Ongeveer de helft van de totale hafniumwinning ontstaat als bijproduct van de productie van zirkonium door reductie van hafniumtetrachloride met magnesium of natrium.

[bewerk] Isotopen

Meest stabiele isotopen
Iso	RA (%)	Halveringstijd	VV	VE (MeV)	VP
¹⁷²Hf	syn	1,87 j	EV	8,600	¹⁷²Lu
¹⁷⁴Hf	syn	2,0×10¹⁵ j	α	2,495	¹⁷⁰Yb
¹⁷⁶Hf	5,206	stabiel met 104 neutronen
¹⁷⁷Hf	18,606	stabiel met 105 neutronen
¹⁷⁸Hf	27,297	stabiel met 106 neutronen
¹⁷⁹Hf	13,629	stabiel met 107 neutronen
¹⁸⁰Hf	35,100	stabiel met 108 neutronen
¹⁸²Hf	syn	9×10⁶ j	β	9,300	¹⁸²Ta

In de natuur komen vijf stabiele hafnium isotopen voor waarvan ¹⁸⁰Hf met ruim 35% het meest. Daarnaast zijn er radioactieve isotopen bekend waaronder de alfastraler ¹⁷⁴Hf met een halfwaardetijd van 2,0×10¹⁵ jaar.

[bewerk] Toxicologie en veiligheid

Als fijn poeder kan hafnium spontaan ontbranden in de lucht. Het zuivere metaal is voor mensen onschadelijk. Dat geldt echter niet voor hafniumverbindingen, maar in de vrije natuur worden deze zelden aangetroffen.