Erfahren Sie hier alles ĂŒber das
Element Hafnium.
Erfahren Sie hier alles ĂŒber das Element Hafnium.
Name: Hafnium
Symbol: Hf
Ordnungszahl: 72
Massenanteil an der ErdhĂŒlle: 4,2Â ppm
Dichte: 13,07g cm-3
MohshÀrte: 5,5
Schmelztemperatur: 2.233°C
Siedetemperatur: 4.603 °C
Elektr. LeitfĂ€higkeit: 3,12 · 106 A·Vâ1·mâ1
Hafnium gehört im Periodensystem zu den Ăbergangsmetallen.
Name: Hafnium
Symbol: Hf
Ordnungszahl: 72
Massenanteil an der ErdhĂŒlle: 4,2Â ppm
Dichte: 13,07g cm-3
MohshÀrte: 5,5
Schmelztemperatur: 2.233°C
Siedetemperatur: 4.603 °C
Elektr. LeitfĂ€higkeit: 3,12 · 106 A·Vâ1·mâ1
Hafnium gehört im Periodensystem zu den Ăbergangsmetallen.
Eigenschaften
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Hafnium und Zirkonium sind in ihren Eigenschaften fast identisch. Zirkonium besitzt jedoch eine geringere Dichte. Auch ist die Neutronen-Absorptionskraft von Hafnium um die 600 Mal höher als jene von Zirkonium.
In hoher Reinheit ist Hafnium relativ weich und biegsam und lĂ€sst sich durch Walzen, Schmieden und HĂ€mmern bearbeiten. Sind im Metall dagegen Spuren von Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff vorhanden, wird es spröde und schwer zu verarbeiten. In seiner Gruppe der Ăbergangmetalle hat es mit 2233 °C den höchsten Schmelz- und 4603 °C den höchsten Siedepunkt.
- Von der Industrie wird Hafnium zu den Technologiemetallen gezĂ€hlt, jenen Metallen die fĂŒr technologische Innovationen von besonderer Bedeutung sind.
- Hafnium ist auĂerdem ein kritischer Rohstoff, nur endlich verfĂŒgbar jedoch wichtig fĂŒr die Wirtschaft.
- Ein Strategisches Metall ist Hafnium fĂŒr Europa nur bedingt, da hier keine AbhĂ€ngigkeit von auĂereuropĂ€ischen LĂ€ndern besteht.
- Von der Industrie wird Hafnium zu den Technologiemetallen gezĂ€hlt, jenen Metallen die fĂŒr technologische Innovationen von besonderer Bedeutung sind.
- Hafnium ist auĂerdem ein kritischer Rohstoff, nur endlich verfĂŒgbar jedoch wichtig fĂŒr die Wirtschaft.
- Ein Strategisches Metall ist Hafnium fĂŒr Europa nur bedingt, da hier keine AbhĂ€ngigkeit von auĂereuropĂ€ischen LĂ€ndern besteht.
GESCHICHTE
Die Entdeckung des Hafniums bleibt lange theoretisch. Bereits 1914 sagt Henry Moseley auf Basis seines 1912 von ihm entwickelten und nach sich selbst benannten Moseleyschen Gesetzes die Existenz von Element 72 voraus. Er untersucht die Mineralien der Lanthanoide (welche alle zu den Seltenen Erden gehören), kann Element 72 jedoch nicht entdecken. 1922 behauptet Niels Bohr in seinen Vorlesungen zur Atomtheorie, dass seiner Theorie zum atomaren Aufbau der Elemente folgend Element 72 nicht zu den Lanthanoiden gehören könne, sondern Ăhnlichkeiten zum Element Zirkonium aufweisen mĂŒsste.
Georges de Hevesy
VORKOMMEN & GEWINNUNG
Hafnium kommt stets im Verbund mit Zirconium vor. Von diesem muss es zunĂ€chst getrennt werden. In Zirconium-Mineralen wie Zirkon, Baddeleyit und Allendeit ist Hafnium als Beimengung enthalten, wobei die Menge an Hafnium meist 2 % des Zirconiumgehaltes (1â5 Gewichtsprozent Hafnium) betrĂ€gt. Nur ein einziges Mineral, das 1974 entdeckt wurde, enthĂ€lt hauptsĂ€chlich Hafnium. Es wurde daher Hafnon genannt. Die wichtigsten LagerstĂ€tten fĂŒr Hafnium liegen in SĂŒdafrika und Australien â analog zum Vorkommen von Zirconium.
Die spĂ€te Entdeckung von Hafnium wurzelt in seiner Ăhnlichkeit im chemischen Verhalten zu Zirkonium, ein Fakt der auch die Gewinnung von Hafnium erschwert. Um Hafnium zu gewinnen, muss dieses von Zirconium abgetrennt werden. Dies ist ĂŒber die ĂŒblichen chemischen Methoden, wĂ€hrend des Herstellungsprozesses nicht möglich.
In einem getrennten Prozess wird in einem Extraktionsverfahren die unterschiedliche Löslichkeit bestimmter Zirconium- und Hafniumsalze in speziellen Lösungsmitteln ausgenutzt. Möglich ist auch eine Trennung mittels Ionenaustauscher und der fraktionierten Destillation von geeigneten Verbindungen. Nach dem Kroll-Prozess kann das vom Zirkonium abgetrennte Hafnium anschlieĂend zunĂ€chst in Hafnium(IV)-chlorid ĂŒberfĂŒhrt und dann mit Natrium oder Magnesium zu elementarem Hafnium reduziert werden. Mit dem Van-Arkel-de-Boer-Verfahren kann noch reineres Hafnium hergestellt werden. Dabei reagiert wĂ€hrend des Erhitzens im Autoklaven zunĂ€chst das Hafnium mit Iod zu Hafnium(IV)-iodid. AnschlieĂend wird dieses an einem heiĂen Draht wieder zu Hafnium und Iod zersetzt.
Hafniumprodukte
Images: Nanjing Youtian Metal Technology Co.,Ltd.
ANWENDUNGSGEBIETE
ANWENDUNGS-GEBIETE
Die prominenteste Anwendung fĂŒr die lediglich 100 t pro Jahr gefördertes Hafnium sind SteuerstĂ€be von Kernreaktoren. Der Rest verteilt sich auf viele verschiedene Anwendungsgebiete, von der Luft- und Raumfahrt ĂŒber die Medizintechnik bis zur Schmuckherstellung.
SteuerstÀbe
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Hafnium stellt ein hervorragendes Material fĂŒr SteuerstĂ€be von Kernreaktoren dar. Es ist wie kaum ein anderes Element in der Lage, Neutronen aufzunehmen (Hafnium besitzt einen hohen Absorptionsquerschnitt). Auch die entstehenden Isotope von Hafnium besitzen diese FĂ€higkeit in hohem MaĂe. Die SteuerstĂ€be eines Kernreaktors regeln fĂŒr gewöhnlich nicht nur die reine StĂ€rke der Reaktion, sondern können (durch teilweises Einfahren von unten) auch fĂŒr eine gleichmĂ€Ăigere Dampf-Verteilung im Reaktorkern sorgen.
Interessanterweise hat Zirkonium, das Hafnium chemisch in vielen Dingen sehr Ă€hnlich ist, einen bemerkenswert kleinen Absorptionsquerschnitt. Es wird daher oft fĂŒr die HĂŒllen von BrennstĂ€ben eingesetzt, da es die Ausbreitung von Neutronen nicht behindert. In diesen Zirkonium-HĂŒllen steckt das eigentliche Brennmaterial (meist Uran).
Weitere verwendungen
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Hafnium besitzt einen sehr hohen Schmelzpunkt und wird daher als Legierungszusatz fĂŒr Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken verwendet. In Legierungen mit Metallen wie Niob, Tantal, MolybdĂ€n und Wolfram wirkt ein Zusatz von 2 % Hafnium festigkeitssteigernd. Auf diese Weise entstehen besonders stabile, hochschmelzende und hitzebestĂ€ndige Werkstoffe.
Als sogenanntes Target werden Hafniumscheiben mittels Elektronenstrahl oder thermisch erhitzt. Das verdampfte Hafnium schlĂ€gt sich auf einer zu beschichtenden OberflĂ€che nieder und bildet dort einen hauchdĂŒnnen Film. Das Ergebnis können reflektierende Schichten auf Sonnenbrillen sein oder auch Farbfilter in der Laseranwendung.
Hafnium brennt auĂerdem sehr hell und wird daher auch fĂŒr Blitzlampen mit besonders heller Lichtausbeute eingesetzt. In Hochvakuumanlagen wird es als Gettersubstanz eingesetzt â das heiĂt, es bindet die allerletzten Gaspartikel, die im evakuierten Raum eventuell noch vorhanden sind.
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