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Hafnium


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Hafnium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Hf und der Ordnungszahl 72. Es ist ein silbergrau glänzendes stark dehnbares sehr korrosionsbeständiges Metall .
Eigenschaften
Allgemein
Name Symbol Ordnungszahl Hafnium Hf 72
Serie Übergangsmetalle
Gruppe Periode Block 4 (IVB) 6 d
Dichte Mohshärte 13310 kg/m 3 5.5
Aussehen stahlgrau
Atomar
Atomgewicht 178.49 amu
Atomradius (berechnet) 155 (208) pm
Kovalenter Radius 150 pm
van der Waals-Radius k.A.
Elektronenkonfiguration [ Xe ]4 f 14 5d 2 6 s 2
e - 's pro Energieniveau 2 8 18 32 10 2
Oxidationszustände ( Oxid ) 4 ( amphoter )
Kristallstruktur Hexagonal
Physikalisch
Aggregatzustand ( Magnetismus ) fest
Schmelzpunkt 2506 K (2233° C )
Siedepunkt 4876 K (4603°C)
Molares Volumen 13.44 × 10 -3 m 3 /mol
Verdampfungswärme 575 kJ/mol
Schmelzwärme 24.06 kJ/mol
Dampfdruck 0.00112 Pa bei 2500K
Schallgeschwindigkeit 3010 m/s bei 293.15 K
Verschiedenes
Elektronegativität 1.3 ( Pauling-Skala )
Spezifische Wärmekapazität 140 J/(kg*K)
Elektrische Leitfähigkeit 3.12 10 6 /m Ohm
Wärmeleitfähigkeit 23 W/(m*K)
1. Ionisierungsenergie 658.5 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1440 kJ/mol
Stabilste Isotope
Isotop NH t 1/2 ZM ZE M eV ZP
172 Hf {syn.} 1.87 y ε 0.350 172 Lu
174 Hf 0.162% 2 E15 y α 2.495 170 Yb
176 Hf 5.206% Hf ist stabil mit 104 Neutronen
177 Hf 18.606% Hf ist stabil mit 105 Neutronen
178 Hf 27.297% Hf ist stabil mit 106 Neutronen
179 Hf 13.629% Hf ist stabil mit 107 Neutronen
180 Hf 35.1% Hf ist stabil mit 108 Neutronen
182 Hf {syn} 9 E6 y β 0.373 182 Ta
NMR-Eigenschaften
177 Hf 179 Hf
Kernspin 7/2 -9/2
gamma / rad / T 8.347e6 5.002e6
Empfindlichkeit 0.000632 0.000216
Larmorfrequenz bei B="4".7 T 6.24 M Hz 3.74 M Hz
SI -Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt
sofern nicht anders angegeben.

Inhaltsverzeichnis

Bemerkenswerte Eigenschaften

Die Atom- und Ionenradien unterscheiden sich der Lantanoidenkontraktion nur wenig von denen des Zirkoniums . Beide Metalle verhalten sich deshalb chemisch ähnlich und sind nur schwer zu trennen. Luft überzieht es sich mit einer dünnen Oxidschicht. In Mineralsäuren auch heißen konzentrierten wird wenig angegriffen. Nur Königswasser und Fluorwasserstoffsäure lösen unter Bildung von Hafnium(IV)-Salzen auf.

Hafniumcarbid HfC ist sehr temperaturbeständig und einen extrem hohen Schmelzpunkt von ca. 3890°C.

Anwendungen

Hafnium wird wegen des grossen Einfangquerschnitts Protonen zur Herstellung von Regel- und Kontrollstäben Atomreaktoren verwendet. Die Absorptionsrate ist ca. 600-mal als die des Zirkoniums.

Weitere Anwendungen:

  • Gettersubstanz zum Abbinden von Sauerstoff und Stickstoff
  • Blitzlichtlampen mit besonders hoher Lichtausbeute
  • Hochdruckglühlampen
  • Legierungszusatz in Eisen- Titan- Niob- Tantal- Nickel- anderen metallischen Werkstoffen
  • Hafniumnitrid als Elektrodenwerkstoff in Vakuumröhren (geringere Verdampfungsneigung Wolfram)
  • Herstellung von Hartstoffen wie Hafniumcarbid und Hafniumnitrid.

Geschichte

Hafnium (lat. Hafnia für Kopenhagen ) wurde 1923 in Kopenhagen von Dirk und Georg von Hevesy entdeckt. Niels Bohr in seiner 1922 veröffentlichten Arbeit zur Atomtheorie Ähnlichkeit des Elementes 72 mit dem Zirkonium Schon ein Jahr später konnte Hafnium durch in norwegischem Zirkon nachgewiesen werden. Weitere Untersuchungen anderer Mineralien das Hafnium immer in zirkoniumhaltigen Mineralien enthalten Die Trennung vom Zirkonium gelang Jantzen und durch wiederholte Kristallisation der Di-Ammonium- und Di-Kalium-Fluoride beiden Elemente. Metallisches Hafnium wurde erstmals durch Eduard van Arkel und Jan Hendrik de (van Arkel de Boer Prozess) durch Abscheidung Hafnium(IV)-iodid an einem glühendem Woframdraht hergestellt. Die Entdeckung des Hafniums beruht auf dem gleichen Verhalten der Elemente Zirkonium und Hafnium. Mit üblichen chemischen Trennmethoden ließen sie sich nicht

Quellen

Hafnium kommt immer verschwistert mit Zirkoniumverbindungen Metallisches Hafnium kommt natürlich nicht vor. Zirkoniumhaltige wie

Alvit [(Hf Th Zr) SiO 4 H 2 O]
Thortveitit (Sc Y) 2 [Si 2 O 7 ] und
Zirkon (ZrSiO 4 )
enthalten gewöhnlich 1 bis 5% Hafnium.

Zirkonium und Hafnium sind wegen ihrer im chemischen Verhalten nur äußerst aufwändig zu Mehr als die Hälfte des gehandelten Hafniums als Nebenprodukt bei der Zirkoniumherstellung an. Im wird Hafniumtetrachlorid durch Magnesium oder Natrium zum Hafnium reduziert.

Heute erfolgt die Trennung von Zirkonium Hafnium wegen der höheren Selektivität

  • durch Ionentausch
  • chromatografisch methanolischer salzsaurer Metallchloridlösungen an Kieselgel
  • durch Mehrfachextraktion saurer Sulfate mit Ether
  • durch fraktionierte Destillation phosphorhaltiger Oxi-Chloridkomplexe

Verbindungen

Hafniumcarbid
Hafniumdihydrid
Hafniumnitrid
Hafniumtetrachlorid
Hafniumtetrajodid
Hafniumoxid

Vorsichtsmaßnahmen

Hafnium ist pyrophor. Späne und Staub metallischem Hafnium entzünden sich an Luft. Metallisches ist normalerweise nicht toxisch. Hafniumhaltige Verbindungen sollten toxisch angesehen werden.

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