Hafnium er et sølvhvitt, relativt mykt og smibart metall med et meget høyt smeltepunkt (2503 oC). Det oksideres lett, men beskyttes av et tynt, tett oksidlag som aluminium.
Hafnium er et grunnstoff i gruppe 4 i grunnstoffenes periodesystem, kjemisk symbol Hf, atomnummer 72. De andre grunnstoffene i gruppe 4 er titan, zirkonium og rutherfordium. Elektronkonfigurasjonen for hafnium er [Xe]4f145d26s2 så det vanligste ionet er Hf4+.
Forekomst
I naturen forekommer hafnium i zirkoniummineraler. Det oppdaget Victor Goldschmidt, og han var klar til å publisere oppdagelsen da den ble publisert fra København (se nærmere nedenfor).
Kjemiske egenskaper
Hafniummetall smeltes ved lysbuesmelting under argon eller ved elektronstrålesmelting i høyvakuum. Ved vanlige temperaturer er det svært korrosjonsbestandig fordi det dekkes med en tynn oksidfilm, HfO2 (som aluminium). Finfordelt hafnium er pyrofort og antennes spontant i luft. Metallet er løselig i flussyre og konsentrert svovelsyre, men blir passivisert av en HfO2-film i salpetersyre.
Flere hafniumforbindelser har høye smeltepunkter, til dels de høyeste kjente: hafniumkarbid, HfC, 3888 °C, hafniumnitrid, HfN, 3300 °C, hafniumborid, HfB, 3250 °C og hafniumoksid, HfO2, 2775 °C. Disse er av stor interesse som høytemperaturmaterialer.
Fremstilling
Kommersielt fremstilles hafnium fra konsentrater av mineralet zirkon, ZrSiO4, som inneholder 0,5 – 2 % hafnium. Zirkonium og hafnium har nesten like kjemiske egenskaper, og det gjør det vanskelig å skille de to grunnstoffene fra hverandre med kjemiske metoder. Hafnium skilles nå fra zirkonium ved ionebyttings- og ekstraksjonsmetoder og ved fraksjonert destillasjon av flyktige forbindelser. Selve metallet blir fremstilt ved å redusere hafniumtetraklorid, HfCl4, med magnesiummetall (krollprosessen) eller med natriummetall.
Bruk
Hafnium har, i motsetning til zirkonium, et høyt innfangningstverrsnitt for nøytroner og brukes som absorpsjonsmateriale i kjernereaktorer. Metallet brukes også noe som legeringsgrunnstoff i høytemperaturlegeringer og som gettermateriale i høyvakuumteknikk.
Historie
Grunnstoffet med atomnummer 72 ble oppdaget sent. Georges Urbain mente å ha funnet det blant de sjeldne jordartene i 1911 og foreslo navnet celtium. Men Henry Gwyn Jeffreys Moseley påviste fra røntgenspektret at det ikke kunne være riktig. Niels Bohr foreslo i 1922 på grunnlag av sin atomteori at det riktige stedet å lete var blant zirkonmineraler. Dirk Coster og Georg von Hevesy, som da arbeidet ved Bohrs institutt, fulgte tipset og fant grunnstoff 72 i et norsk zirkonmineral (zirkon dvs ZrSiO4)).
Coster og von Hevesy foreslo å kalle grunnstoffet hafnium etter København (som betyr kjøbmennenes havn, tidligere skrevet hafn). Victor Moritz Goldschmidt fulgte også tipset til Bohr og fant omtrent samtidig grunnstoff 72 i et mineral fra Hidra (malakon funnet av Th Scherrer i 1844) og et fra Kragerø (alvit)). Goldschmidt brukte også røntgenspektroskopi med utstyr bygget på Tøyen av L. Thomassen. Dessverre publiserte han resultatene litt for sent slik at Coster og von Hevesy har blitt stående som oppdagere av grunnstoff 72 og derved fikk æren for å gi det navn (selv om Urbain protesterte og hevdet at navnet han foreslo hadde prioritet). George de Hevesy (med de i stedet for von) fikk i 1944 Nobelprisen i kjemi.
Fysiologisk virkning
Grenseverdi for hafnium i arbeidsatmosfære er 0,5 mg/m3.
Hafnium
| Kjemisk symbol | Hf |
|---|---|
| Atomnummer | 72 |
| Relativ atommasse | 178,49 |
| Smeltepunkt | 2503 °C |
| Kokepunkt | 5470 °C |
| Densitet | 13,31 g/cm3 |
| Oksidasjonstall | IV |
| Elektronkonfigurasjon | [Xe]4f145d26s2 |