Quelltext der Seite Hafnium

{{Infobox Chemisches Element
<!--- Periodensystem --->
| Name = Hafnium
| Symbol = Hf
| Ordnungszahl = 72
| Serie = Üm
| Gruppe = 4
| Periode = 6
| Block = d
<!--- Allgemein --->
| Hauptquelle = <ref>Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus [http://www.webelements.com/hafnium/ www.webelements.com (Hafnium)] entnommen.</ref>
| Aussehen = stahlgrau
| CAS = {{CASRN|7440-58-6}}
| EG-Nummer = 231-166-4
| ECHA-ID = 100.028.333
| Massenanteil = 4,2&nbsp;ppm<ref>Harry H. Binder: ''Lexikon der chemischen Elemente.'' S. Hirzel Verlag 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>
<!--- Atomar --->
| Atommasse = 178,486 ± 0,006<ref name="CIAAW">[https://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm Standard Atomic Weights], auf ciaaw.org</ref><ref name="IUPAC">[https://iupac.org/standard-atomic-weight-of-hafnium-revised/ Standard Atomic Weight of Hafnium Revised], auf iupac.org</ref>
| Atomradius = 155
| AtomradiusBerechnet = 208
| KovalenterRadius = 150
| VanDerWaalsRadius = 
| Elektronenkonfiguration = &#91;[[Xenon|Xe]]&#93; 4[[F-Orbital|f]]<sup>14</sup> 5d<sup>2</sup> 6[[S-Orbital|s]]<sup>2</sup>
| Austrittsarbeit = 
| Ionisierungsenergie_1 = {{ZahlExp|6,825070|suffix=(12)|post=[[Elektronenvolt|eV]]<ref name="NIST-ASD-hafnium">{{NIST-ASD|hafnium|Abruf=2020-06-13}}</ref>}} ≈ {{ZahlExp|658,52|post=[[Joule|kJ]]/[[mol]]<ref name="Webelements-hafnium">{{Webelements|hafnium|atoms|Abruf=2020-06-13}}</ref>}}
| Ionisierungsenergie_2 = {{ZahlExp|14,61|suffix=(4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-hafnium" />}} ≈ {{ZahlExp|1410|post=kJ/mol<ref name="Webelements-hafnium" />}}
| Ionisierungsenergie_3 = {{ZahlExp|22,55|suffix=(4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-hafnium" />}} ≈ {{ZahlExp|2176|post=kJ/mol<ref name="Webelements-hafnium" />}}
| Ionisierungsenergie_4 = {{ZahlExp|33,370|suffix=(25)|post=eV<ref name="NIST-ASD-hafnium" />}} ≈ {{ZahlExp|3220|post=kJ/mol<ref name="Webelements-hafnium" />}}
| Ionisierungsenergie_5 = {{ZahlExp|68,37|suffix=(4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-hafnium" />}} ≈ {{ZahlExp|6600|post=kJ/mol<ref name="Webelements-hafnium" />}}
<!--- Physikalisch --->
| Aggregatzustand = fest
| Modifikationen = zwei (α-/β-Hf)
| Kristallstruktur = [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonal]]
| Dichte = 13,28 g/cm<sup>3</sup> (25 [[Grad Celsius|°C]])<ref name="Greenwood">N. N. Greenwood, A. Earnshaw: ''Chemie der Elemente.'' 1. Auflage. 1988, ISBN 3-527-26169-9, S.&nbsp;1231.</ref>
| RefTempDichte_K = 
| Mohshärte = 5,5
| Magnetismus = [[Paramagnetismus|paramagnetisch]]<ref>C. J. Kriessman, T. R. McGuire: ''Magnetic Susceptibility of Hafnium and Manganese.'' In: ''Physical Review.'' 98, 4, 1955, S.&nbsp;936–937, [[doi:10.1103/PhysRev.98.936]].</ref> ([[Magnetische Suszeptibilität|''χ<sub>m</sub>'']] = 7,0 · 10<sup>−5</sup>)<ref>Robert C. Weast (Hrsg.): ''CRC Handbook of Chemistry and Physics''. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.</ref>
| Schmelzpunkt_K = 2506
| Schmelzpunkt_C = 2233
| Siedepunkt_K = 4876 K<ref name="Zhang">Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: ''Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.'' In: ''[[Journal of Chemical & Engineering Data]].'' 56, 2011, S.&nbsp;328–337, [[doi:10.1021/je1011086]].</ref>
| Siedepunkt_C = 4603
| MolaresVolumen = 13,44 · 10<sup>−6</sup>
| Verdampfungswärme = 648 kJ/mol<ref name="Zhang" />
| Schmelzwärme = 25,5
| Dampfdruck = 0,00013<ref name="GESTIS" />
| RefTempDampfdruck_K = 1970
| Schallgeschwindigkeit = 3010
| RefTempSchallgeschwindigkeit_K = 293,15
| SpezifischeWärmekapazität = 140
| RefTempSpezifischeWärmekapazität_K = 
| ElektrischeLeitfähigkeit = 3,12 · 10<sup>6</sup>
| RefTempElektrischeLeitfähigkeit_K = 
| Wärmeleitfähigkeit = 23
| RefTempWärmeleitfähigkeit_K = <!--- Chemisch --->
| Oxidationszustände = 2, 4 
| Normalpotential = −1,505 [[Volt|V]] (HfO<sub>2</sub> + 4&nbsp;H<sup>+</sup> + 4&nbsp;e<sup>−</sup><br />→ Hf + 2&nbsp;H<sub>2</sub>O)
| Elektronegativität = 1,3
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Hafnium, Pulver|ZVG=7720|CAS=7440-58-6|Abruf=2017-04-30}}</ref>
| GHS-Piktogramme = Pulver{{GHS-Piktogramme|02}}
| GHS-Signalwort = Gefahr
| H = {{H-Sätze|250}}
| EUH = {{EUH-Sätze|-}}
| P = {{P-Sätze|210}}
| Quelle P = <ref name="Sigma">{{Sigma-Aldrich|Aldrich|266752|Name=Hafnium, powder, −325 mesh, 99.5% trace metals basis (purity excludes ~2% zirconium), contains 1:10 pentanol to water solution as stabilizer|Abruf=2017-05-03}}</ref>
| MAK = Schweiz: 0,5 mg·m<sup>−3</sup> (gemessen als [[einatembarer Staub]])<ref>{{SUVA-MAK|CAS-Nummer=7440-58-6|Name=Hafnium|Abruf=2020-03-04}}</ref>
<!--- Isotope --->
| Isotope = {{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Hf
| Massenzahl = 174
| NH = 0,162
| Halbwertszeit = 2 · 10<sup>15</sup> [[Jahr|a]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Alphastrahlung|α]]
| Zerfallstyp1ZE = 2,495
| Zerfallstyp1ZP = [[Ytterbium|<sup>170</sup>Yb]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Hf
| Massenzahl = 175
| NH = 0
| Halbwertszeit = 70 [[Tag|d]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,686
| Zerfallstyp1ZP = [[Lutetium|<sup>175</sup>Lu]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Hf
| Massenzahl = 176
| NH = 5,206
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Hf
| Massenzahl = 177
| NH = 18,606
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Hf
| Massenzahl = 178
| NH = 27,297
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Hf
| Massenzahl = 179
| NH = 13,629
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Symbol = Hf
| Massenzahl = 180
| NH = '''35,1'''
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Symbol = Hf
| Massenzahl = 182
| NH = 0
| Halbwertszeit = 9·10<sup>6</sup> [[Jahr|a]]
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β]]<sup>−</sup>
| Zerfallstyp1ZE = 0,373
| Zerfallstyp1ZP = [[Wolfram|<sup>182</sup>W]]
}}
| NMREigenschaften = {{Infobox Chemisches Element/NMR
| Symbol = Hf
| Massenzahl_1 = 177
| Kernspin_1 = 7/2
| Gamma_1 = 8,347 · 10<sup>6</sup>
| Empfindlichkeit_1 = 0,000632
| Larmorfrequenz_1 = 6,24
| Massenzahl_2 = 179
| Kernspin_2 = −9/2
| Gamma_2 = 5,002 · 10<sup>6</sup>
| Empfindlichkeit_2 = 0,000216
| Larmorfrequenz_2 = 3,74
}}
}}

'''Hafnium''' (veraltet: ''Celtium'')<ref>{{Literatur |Autor=K. Rauschert, J. Voigt, I. Wilke, K-Th. Wilke |Titel=Chemische Tabellen und Rechentafeln für die analytische Praxis |Auflage=11 |Verlag=Europa-Lehrmittel |Datum=2000 |ISBN=978-3-8085-5450-0 |Seiten=43}}</ref> ist ein [[chemisches Element]] mit dem Symbol Hf und der [[Ordnungszahl]] 72. Benannt ist es nach dem lateinischen Namen der Stadt [[Kopenhagen]], ''Hafnia'', in der das Element entdeckt wurde. Es ist ein silbergrau glänzendes, korrosionsbeständiges [[Übergangsmetalle|Übergangsmetall]], das im [[Periodensystem]] in der 4.&nbsp;[[Nebengruppe]] ([[Titangruppe]]) steht.

Hafnium besitzt sehr ähnliche Eigenschaften wie das im Periodensystem direkt darüber gelegene [[Zirconium]]. Biologische Funktionen sind nicht bekannt, es kommt normalerweise nicht im menschlichen [[Organismus]] vor und ist nicht [[Gift|toxisch]].<ref name="HoWi" />

== Geschichte ==
Hafnium war eines der letzten stabilen Elemente des Periodensystems, die entdeckt wurden. Der erste Hinweis auf die Existenz eines weiteren Elements zwischen [[Lutetium]] und [[Tantal]] ergab sich aus dem 1912 gefundenen [[Moseleysches Gesetz|Moseleyschen Gesetz]]. [[Henry Moseley (Physiker)|Henry Moseley]] versuchte 1914 erfolglos, das unbekannte, aber nach diesem Gesetz zu erwartende Element mit der Ordnungszahl 72 in Proben von Mineralen der seltenen Erden (heute [[Lanthanoide]]n) zu finden.<ref>William H. Brock: ''Viewegs Geschichte der Chemie''. Vieweg, Braunschweig 1997, ISBN 3-540-67033-5.</ref>

[[Niels Bohr]] sagte in seiner 1922 veröffentlichten Arbeit zur Atomtheorie voraus, dass die Lanthanoiden-Reihe mit Lutetium zu Ende sei und dass damit das Element 72 Ähnlichkeit mit Zirconium haben müsse. Allerdings hatte er darin in [[Charles Bury (Chemiker)|Charles Bury]], wie er selbst angab, einen Vorläufer, der außerdem, wie [[Eric Scerri]] fand, im Gegensatz zu Bohr ausschließlich aus der Atomtheorie argumentierte.<ref>Scerri, ''A Tale of Seven Scientists, and a New Philosophy of Science'', Oxford University Press, New York, 2016, S. 99</ref> Schon ein Jahr später konnte Hafnium nachgewiesen werden: 1923 wurde es in Kopenhagen von [[Dirk Coster]] und [[George de Hevesy]] durch [[Röntgenspektroskopie]] in norwegischem [[Zirkon]] entdeckt. Weitere Untersuchungen anderer Mineralien zeigten, dass Hafnium immer in zirconiumhaltigen Mineralien enthalten ist. Die Trennung vom Zirconium gelang Jantzen und Hevesy durch wiederholte Kristallisation der Diammonium- und Dikaliumfluoride der beiden Elemente. Elementares Hafnium konnte danach durch [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] mit [[Natrium]] gewonnen werden.

== Vorkommen ==
Hafnium ist mit einem Gehalt von 4,9&nbsp;[[Parts per million|ppm]] an der kontinentalen Erdkruste<ref>K. H. Wedepohl: ''The composition of the continental crust.'' In: ''Geochimica et Cosmochimica Acta.'' 59, 7, 1995, S.&nbsp;1217–1232, [[doi:10.1016/0016-7037(95)00038-2]].</ref> ein auf der Erde nicht sehr häufiges Element. In der Häufigkeit ist es damit vergleichbar mit den Elementen [[Brom]] und [[Caesium]] und häufiger als das schon lange bekannte [[Gold]] und [[Quecksilber]]. Hafnium kommt nicht [[gediegen]] vor und bisher ist nur ein [[Mineral]] mit dem Hauptbestandteil Hafnium bekannt, das 1974 entdeckt und nach diesem als [[Hafnon]] benannt wurde. In Zirconium-Mineralen wie unter anderem [[Zirkon]] und [[Allendeit]] ist jedoch oft Hafnium als [[Fremdatom|Fremdbeimengung]] enthalten,<ref>[http://webmineral.com/chem/Chem-Hf.shtml#.Ur4BwLSFfFp Webmineral – Mineral Species sorted by the element Hf (Hafnium)].</ref> wobei die Menge an Hafnium meist 2 % des Zirconiumgehaltes (1–5 Gewichtsprozent Hafnium) beträgt. Eines der wenigen Minerale, die mehr Hafnium als Zirconium enthalten, ist die Zirkon-[[Varietät (Mineralogie)|Varietät]] ''Alvit'' [(Hf,Th,Zr)SiO<sub>4</sub>].

Analog zu Zirconium sind die wichtigsten Lagerstätten an Hafnium die Zirkon-Lagerstätten in [[Australien]] und [[Südafrika]]. Die Reserven werden auf 1,1 Millionen Tonnen (gerechnet als Hafniumoxid) geschätzt.<ref>[http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/zirconium/zircomcs07.pdf Zirconium und Hafnium bei usgs mineral resources] (PDF; 62&nbsp;kB).</ref>
<div style="clear:left;"></div>

Hafnium befindet sich auf der Liste kritischer Rohstoffe der EU. Wobei die in der EU verwendeten Hafnium-Mengen zum Großteil (84%) aus dem EU-Staat [[Frankreich]] kommen.<ref>
{{Internetquelle | url= https://ec.europa.eu/growth/sectors/raw-materials/areas-specific-interest/critical-raw-materials_en | titel= Critical raw materials in EU | hrsg= [[European Commission]] | abruf= 2022-06-17}}
</ref>

== Gewinnung und Darstellung ==
[[Datei:Hf-crystal bar.jpg|mini|links|Hafnium-Kristallstab, hergestellt nach dem [[Van-Arkel-de-Boer-Verfahren]]]]
[[Datei:Hafnium ebeam remelted.jpg|mini|links|Hafnium, [[Elektronenstrahlschweißen|elektronenstrahlgeschmolzen]]]]

Um Hafnium zu gewinnen, muss es von Zirconium abgetrennt werden. Das ist nicht während des Herstellungsprozesses möglich, sondern erfolgt in einem getrennten Verfahren. Für die Trennung werden [[Extraktion (Verfahrenstechnik)|Extraktionsverfahren]] angewendet. Dabei wird die unterschiedliche [[Löslichkeit]] bestimmter Zirconium- und Hafniumsalze in speziellen Lösungsmitteln genutzt. Beispiele hierfür sind die verschiedenen Löslichkeiten der [[Nitrate]] in [[Tri-n-butyl-phosphat|Tri-n-butylphosphat]] und die der [[Thiocyanate]] in [[Methylisobutylketon]]. Andere mögliche Trennungsmöglichkeiten sind [[Ionenaustauscher]] und die [[fraktionierte Destillation]] von geeigneten Verbindungen.

Das abgetrennte Hafnium kann anschließend nach dem [[Kroll-Prozess]] zunächst in [[Hafnium(IV)-chlorid]] überführt werden und anschließend mit [[Natrium]] oder [[Magnesium]] zu elementarem Hafnium [[Reduktion (Chemie)|reduziert]] werden.

:<math>\mathrm{HfCl_4 + 2 \ Mg \longrightarrow Hf + 2 \ MgCl_2}</math>

Wird noch reineres Hafnium benötigt, kann das [[Van-Arkel-de-Boer-Verfahren]] angewandt werden. Dabei reagiert während des Erhitzens unter Vakuum zunächst das Hafnium mit [[Iod]] zu [[Hafnium(IV)-iodid]]. Das wird an einem heißen Draht wieder zu Hafnium und Iod zersetzt.

:<math>\mathrm{Hf + 2 \ I_2 \ \rightleftharpoons \ HfI_4}</math>

Hafnium wird nur in geringen Mengen in einer Größenordnung von 100 Tonnen<ref name="HoWi">{{Holleman-Wiberg|Auflage=102.|Startseite=?}}</ref> produziert. Es wird nicht eigens hergestellt, sondern fällt als Nebenprodukt bei der Gewinnung von Hafnium-freiem Zirconium für die Hüllen von [[Brennstab|Kernbrennstäben]] an. Der [[United States Geological Survey|USGS]] gibt als US-Importpreise für Hafnium 453 [[US-Dollar|USD]] je kg im Jahre 2010 und 578 USD je kg für 2013 an.<ref name="usgs" />

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
[[Datei:Hexagonal dichteste Kugelpackung.svg|mini|links|Kristallstruktur von α-Hf, ''a''&nbsp;=&nbsp;320&nbsp;pm, ''c''&nbsp;=&nbsp;505&nbsp;pm<ref>K. Schubert: ''Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente.'' In: ''[[Acta Crystallographica]].'' B30, 1974, S.&nbsp;193–204, [[doi:10.1107/S0567740874002469]].</ref> ]]

Hafnium ist ein silbrig-glänzendes [[Schwermetall]] von hoher Dichte (13,31&nbsp;g/cm<sup>3</sup>).<ref name="HoWi" /> Es kristallisiert temperaturabhängig in zwei verschiedenen [[Polymorphie (Materialwissenschaft)|Modifikationen]]. Bei [[Normalbedingungen]] kristallisiert es in einer [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonal]]-[[Dichteste Kugelpackung|dichtesten Kugelpackung]] (α-Hf) und ist damit [[Strukturtyp#Isotypie|isotyp]] zu α-Zr, oberhalb von 1775&nbsp;°C<ref name="HoWi" /> geht es in eine [[Kubisches Kristallsystem|kubisch]]-raumzentrierte Struktur über (β-Hf).

Liegt Hafnium in einer hohen Reinheit vor, ist es relativ weich und biegsam. Es ist leicht durch [[Walzen]], Schmieden und [[Hämmern]] zu bearbeiten. Sind dagegen Spuren von Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff im Material vorhanden, wird es spröde und schwer zu verarbeiten. Der Schmelz- und der Siedepunkt des Hafniums sind mit 2233&nbsp;°C beziehungsweise 4603&nbsp;°C<ref name="Zhang" /> die höchsten in der Gruppe (Schmelzpunkt: Titan: 1667&nbsp;°C, Zirconium: 1857&nbsp;°C).

In fast allen weiteren Eigenschaften ähnelt das Metall seinem leichteren [[Homologe]]n [[Zirconium]]. Dies wird durch die [[Lanthanoidenkontraktion]] verursacht, die ähnliche [[Atomradius|Atom-]] und [[Ionenradius|Ionenradien]] bedingt (Atomradien Zr: 159&nbsp;pm, Hf: 156&nbsp;pm<ref name="HoWi" />). Eine Ausnahme ist die Dichte, bei der Zirconium mit 6,5&nbsp;g/cm<sup>3</sup> einen deutlich kleineren Wert besitzt. Ein technisch wichtiger Unterschied besteht darin, dass Hafnium 600-mal besser [[Neutron]]en absorbieren kann. Dies ist der Grund dafür, dass für den Einsatz von Zirconium in [[Kernkraftwerk]]en das Hafnium abgetrennt werden muss.

Hafnium ist unterhalb der [[Sprungtemperatur]] von 0,08&nbsp;K [[Supraleiter|supraleitend]].<ref name="HoWi" />

=== Chemische Eigenschaften ===
Hafnium ist ein unedles Metall, das beim Erhitzen mit Sauerstoff zu Hafniumdioxid reagiert. Auch andere [[Nichtmetalle]], wie [[Stickstoff]], [[Kohlenstoff]], [[Bor]] und [[Silicium]] bilden unter diesen Bedingungen Verbindungen. Bei Raumtemperatur bildet sich schnell eine dichte Oxidschicht, die das Metall [[Passivierung#Spontane_Passivierung_(Autopassivierung)|passiviert]] und so vor weiterer [[Oxidation]] schützt.

In den meisten [[Säure]]n ist Hafnium wegen der Passivierung unter Normalbedingungen beständig. In [[Flusssäure]] korrodiert es schnell, in heißer konzentrierter Schwefel- und Phosphorsäure tritt merkliche Korrosion ein. [[Salzsäure]]-[[Salpetersäure]]-Gemischen, hierzu zählt auch [[Königswasser]], sollte Hafnium auch bei Raumtemperatur nur kurzfristig ausgesetzt werden, bei 35&nbsp;°C muss mit Abtragsraten von mehr als 3&nbsp;mm/Jahr gerechnet werden. In wässrigen [[Basen (Chemie)|Basen]] ist es bis zu einer Temperatur von ca. 100&nbsp;°C beständig, der Materialabtrag beträgt in der Regel weniger als 0,1 mm/Jahr.

== Isotope ==
Von Hafnium sind insgesamt 35 [[Isotop]]e und 18 [[Kernisomere]]<ref name="nubase">G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: ''The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties.'' In: ''Nuclear Physics.'' Band A 729, 2003, S.&nbsp;3–128. {{doi|10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001}}. ([http://amdc.in2p3.fr/nubase/nubase2003/Nubase2003.pdf PDF]; 1,0&nbsp;MB).</ref> von <sup>153</sup>Hf bis <sup>188</sup>Hf bekannt. Natürliches Hafnium ist ein [[Mischelement]], das aus insgesamt sechs verschiedenen Isotopen besteht. Das häufigste Isotop ist mit einer Häufigkeit von 35,08 % <sup>180</sup>Hf. Es folgen <sup>178</sup>Hf mit 27,28 %, <sup>177</sup>Hf mit 18,61 %, <sup>179</sup>Hf mit 13,62 %, <sup>176</sup>Hf mit 5,27 % und <sup>174</sup>Hf mit 0,16 %. <sup>174</sup>Hf ist schwach radioaktiv, ein [[Alphastrahlung|Alphastrahler]] mit einer [[Halbwertszeit]] von 2·10<sup>15</sup>&nbsp;Jahren. Der [[Betastrahlung|Betastrahler]] <sup>182</sup>Hf zerfällt mit einer Halbwertszeit von 9&nbsp;Mio.&nbsp;Jahren in das stabile [[Wolfram]]-Isotop <sup>182</sup>W. Diese Erkenntnis wurde genutzt, um die Bildung des Mondes und des Erdkerns auf einen Zeitraum innerhalb der ersten 50&nbsp;Mio.&nbsp;Jahre einzuschränken.<ref>G. Caro, T. Kleine: ''Extinct Radionuclides and the Earliest Differentiation of the Earth and Moon.'' In: Anthony Dosseto u. a. (Hrsg.): ''Timescales of Magmatic Processes: From Core to Atmosphere.'' Blackwell, 2011, ISBN 978-1-4443-3260-5, S.&nbsp;9–51 ({{Google Buch |BuchID=nW7XdHKEN3MC |Seite=9}}).</ref>

Die Isotope <sup>177</sup>Hf und <sup>179</sup>Hf können mit Hilfe der [[NMR-Spektroskopie]] nachgewiesen werden.

Das Kernisomer <sup>178m2</sup>Hf ist mit einer Halbwertszeit von 31 Jahren<ref name="nubase" /> langlebig und sendet zugleich beim Zerfall eine starke [[Gammastrahlung]] von 2,45&nbsp;[[Elektronenvolt|MeV]]<ref name="nubase" /> aus. Dies ist die höchste Energie, die ein über längere Zeit stabiles Isotop aussendet. Eine mögliche Anwendung besteht darin, dieses Kernisomer als Quelle in starken [[Laser]]n zu verwenden.<ref>C. B. Collins: ''Nuclear resonance spectroscopy of the 31-yr isomer of Hf-178'' In: ''[[Laser Physics Letters]].'' 2, 3, 2005, S.&nbsp;162–165, [[doi:10.1002/lapl.200410154]].</ref> 1999 entdeckte [[Carl Collins]], dass das Isomer bei Bestrahlung mit [[Röntgenstrahlung]] seine Energie auf einen Schlag abgeben kann. Allerdings sind mögliche Anwendungen, etwa als Sprengstoff, unwahrscheinlich.<ref>Bertram Schwarzschild: ''Conflicting Results on a Long-Lived Nuclear Isomer of Hafnium Have Wider Implications.'' In: ''[[Physics today]].'' Mai 2004, S.&nbsp;21; [[doi:10.1063/1.1768663]].</ref>

== Verwendung ==
Auf Grund seiner schwierigen Gewinnung wird Hafnium nur in geringen Mengen verwendet. Das Haupteinsatzgebiet ist die Kerntechnik, in der Hafnium als [[Steuerstab]] zur Regulierung der [[Kettenreaktion (Kernphysik)|Kettenreaktion]] in [[Kernreaktor]]en eingesetzt wird. Die Verwendung von Hafnium hat gegenüber anderen möglichen neutronenabsorbierenden Substanzen einige Vorteile. So ist das Element sehr korrosionsbeständig und bei der Kernreaktion mit den Neutronen entstehen Hafniumisotope, die ebenfalls hohe [[Absorptionsquerschnitt]]e besitzen.<ref>[http://www.wissenschaft-online.de/artikel/615274 ''Hafnium.''] In: ''Lexikon der Chemie.'' Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg/ Berlin 2001.</ref> Auf Grund des hohen Preises kommt es häufig nur für militärische Anwendungen in Frage, beispielsweise für Reaktoren in [[Atom-U-Boot]]en.

Es existieren noch einige weitere Verwendungsmöglichkeiten. So reagiert Hafnium schnell mit geringen Mengen Sauerstoff und Stickstoff und kann darum als [[Getter]]substanz eingesetzt werden, um kleinste Mengen dieser Stoffe aus [[Vakuum|Ultrahochvakuum]]-Anlagen zu entfernen. Beim [[Verbrennung (Chemie)|Verbrennen]] sendet das Metall ein sehr helles Licht aus. Deshalb ist es möglich, Hafnium in [[Blitzlicht]]lampen mit einer besonders hohen Lichtausbeute einzusetzen. Darüber hinaus kann es zur Herstellung sehr stabiler und hochschmelzender Verbindungen verwendet werden, insbesondere [[Hafniumnitrid]] und [[Hafniumcarbid]].

In Legierungen mit Metallen wie [[Niob]], [[Tantal]], [[Molybdän]] und [[Wolfram]] wirkt ein Zusatz von 2 % Hafnium festigkeitssteigernd. Es entstehen besonders stabile, hochschmelzende und hitzebeständige Werkstoffe.

Aus Hafnium wurde eine einzige Gedenkmünze geprägt: 2002 eine 5 Kronen-Münze der [[Turks- und Caicosinseln]].<ref>[https://colnect.com/de/coins/list/country/219-Turks-_und_Caicosinseln/series/340076-1995~2001_-_Queen_Mother/composition/168-Hafnium/orientation/2-Medal_alignment_%E2%86%91O%E2%86%91 5 Crowns (Death of The Queen Mother 1900-2002)] abgerufen 16. März 2020.</ref>

== Sicherheitshinweise ==
Wie viele andere Metalle ist Hafnium in feinverteiltem Zustand [[leichtentzündlich]] und [[pyrophor]]. In kompaktem Zustand ist es dagegen nicht brennbar. Das Metall ist nicht [[Gift|toxisch]]. Aus diesen Gründen sind für den Umgang mit Hafnium keine besonderen Sicherheitsvorschriften zu beachten.

== Verbindungen ==
Hafnium bildet eine Reihe von Verbindungen. Diese sind meist [[Salze]] oder [[Mischkristall]]e und besitzen häufig hohe [[Schmelzpunkt]]e. Die wichtigste [[Oxidationsstufe]] des Hafnium ist +IV, es sind aber auch Verbindungen in geringeren Oxidationsstufen, von 0 bis +III, in [[Komplexchemie|Komplexen]] auch negative Oxidationsstufen bekannt.

=== Hafnium(IV)-oxid ===
[[Datei:Hafnium(IV) oxide.jpg|mini|Hafnium(IV)-oxid]]

[[Hafnium(IV)-oxid]] ist ein sehr stabiler und hochschmelzender Feststoff. Es besitzt eine hohe relative [[Permittivität]] von 25 (zum Vergleich: [[Siliciumdioxid]]: 3,9).<ref>G. D. Wilk, R. M. Wallace, J. M. Anthony: ''High-κ gate dielectrics: Current status and materials properties considerations.'' In: ''[[Journal of Applied Physics]].'' 89, 10, 2001, S.&nbsp;5243–5273, [[doi:10.1063/1.1361065]].</ref> Darum ist ein Einsatz als [[High-k-Dielektrikum]] als Isolation des Steueranschlusses (Gate) für [[Feldeffekttransistor]]en möglich.<ref>[https://web.archive.org/web/20070515230204/http://www.pm.rub.de/pm2007/msg00101.htm Hafniumoxid bringt den Durchbruch: AG der RUB entwickelt neuartige Verbindung: Preis im Erfinderwettbewerb] Presseinfo 101, pm.rub.de, [[Ruhruniversität Bochum]], AG unter Anjana Devi, 20. März 2007, abgerufen 16. März 2020. - Artikel: Reji Thomas, Eduard Rije, Peter Ehrhart, Andrian Milanov, Raghunandan Bhakta, Arne Bauneman, Anjana Devi, Roland Fischer and Rainer Waser: Thin Films of HfO2 for High-k Gate Oxide Applications from Engineered Alkoxide- and Amide-Based MOCVD Precursors. In: „Journal of The Electrochemical Society“ 2007, Vol. 154, Nr. 3, S. G77–G84, 31. Januar 2007.</ref> Durch weitere Verkleinerung der Strukturbreiten in [[Integrierter Schaltkreis|integrierten Schaltkreisen]] werden die [[Leckstrom|Leckströme]] zu einem immer größeren Problem, denn die Miniaturisierung der Strukturen erfordert auch dünnere Gate-Isolationen. Unter 2 nm Dicke steigt der unerwünschte Leckstrom durch den [[Tunneleffekt]] stark an. Durch den Einsatz eines High-k-Dielektrikums kann zur Leckstromverringerung die Dicke des Dielektrikums wieder vergrößert werden, ohne dass es zu Leistungseinbußen (Verringerung der Schaltgeschwindigkeit) kommt. Dickere Dielektrika ermöglichen also eine weitere [[Miniaturisierung]] von vor allem [[Mikroprozessor]]en.

=== Weitere Hafniumverbindungen ===
[[Hafniumcarbid]] zählt zu den Substanzen mit den höchsten Schmelzpunkten überhaupt. Zusammen mit [[Hafniumnitrid]] und [[Hafniumdiborid]] (HfB<sub>2</sub>) gehört es zu den [[Hartstoff]]en. Hafniumdiborid wird aufgrund seiner guten Temperaturwechselbeständigkeit oft als Heizwiderstandsmaterial in thermoelektrischen Druckköpfen von [[Tintendrucker]]n verwendet.

Es sind einige Halogenverbindungen des Hafniums bekannt. In der Oxidationsstufe +IV existieren sowohl das [[Hafnium(IV)-fluorid]] (HfF<sub>4</sub>) als auch [[Hafnium(IV)-chlorid]] (HfCl<sub>4</sub>), [[Hafnium(IV)-bromid]] (HfBr<sub>4</sub>) und [[Hafnium(IV)-iodid]] (HfI<sub>4</sub>). Hafnium(IV)-chlorid und Hafnium(IV)-iodid spielen bei der Gewinnung des Hafniums eine Rolle. In den niederen Oxidationsstufen sind nur Chlor- und Bromverbindungen, sowie [[Hafnium(III)-iodid]] bekannt.

Das Kaliumhexafluoridohafnat(IV) K<sub>2</sub>[HfF<sub>6</sub>] wie auch das Ammoniumhexafluoridohafnat(IV) (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>[HfF<sub>6</sub>] können zur Abtrennung des Hafniums von Zirconium eingesetzt werden, da beide Salze leichter löslicher sind als die entsprechenden Zirconiumkomplexe.

== Literatur ==
* {{Holleman-Wiberg|Auflage=102.|Startseite=?}}
* N. N. Greenwood, A. Earnshaw: ''Chemie der Elemente.'' 1. Auflage. VCH Verlagsgesellschaft, 1988, ISBN 3-527-26169-9.
* Harry H. Binder: ''Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten''. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
* [[Eric Scerri]]: ''A tale of seven elements'', Oxford University Press, Oxford, 2013

== Weblinks ==
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* [http://www.pse-mendelejew.de/bilder/hf.jpg Abbildung von kristallinem Hafnium] nach [[Van-Arkel-de-Boer-Verfahren]] sowie elektronenstrahlgeschmolzenes und verarbeitetes in der Elementansammlung von Heinrich Pniok

== Einzelnachweise ==
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[[Kategorie:Hexagonales Kristallsystem]]