Hafnium - Hafnium

Hafnium,  72 Hf
Hf-Kristallstab.jpg
Hafnium
Aussprache / H æ f n i ə m / ( HAF -nee-əm )
Aussehen Stahlgrau
Standardatomgewicht A r, std (Hf) 178.486(6)
Hafnium im Periodensystem
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthan Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europa Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Das Blei Wismut Polonium Astatin Radon
Francium Radium Aktinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Amerika Kurium Berkelium Kalifornien Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Röntgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moskau Lebermorium Tennessine Oganesson
Zr

Hf

Rf
LutetiumHafniumTantal
Ordnungszahl ( Z ) 72
Gruppe Gruppe 4
Zeitraum Periode 6
Block   D-Block
Elektronenkonfiguration [ Xe ] 4f 14 5d 2 6s 2
Elektronen pro Schale 2, 8, 18, 32, 10, 2
Physikalische Eigenschaften
Phase bei  STP fest
Schmelzpunkt 2506  K ​(2233 °C, ​4051 °F)
Siedepunkt 4876 K ​(4603 °C, ​8317 °F)
Dichte (nahe  rt ) 13,31 g / cm 3
wenn flüssig (bei  mp ) 12 g / cm 3
Schmelzwärme 27,2  kJ/mol
Verdampfungswärme 648 kJ/mol
Molare Wärmekapazität 25,73 J/(mol·K)
Dampfdruck
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
bei  T  (K) 2689 2954 3277 3679 4194 4876
Atomare Eigenschaften
Oxidationsstufen −2, 0, +1, +2, +3, +4 (ein  amphoteres Oxid)
Elektronegativität Pauling-Skala: 1,3
Ionisierungsenergien
Atomradius empirisch: 159  pm
Kovalenter Radius 175±10 pm
Farblinien in einem Spektralbereich
Spektrallinien von Hafnium
Andere Eigenschaften
Natürliches Vorkommen urtümlich
Kristallstruktur hexagonal dicht gepackten (hcp)
Hexagonale dicht gepackte Kristallstruktur für Hafnium
Schallgeschwindigkeit dünner Stab 3010 m/s (bei 20 °C)
Wärmeausdehnung 5,9 µm/(m⋅K) (bei 25 °C)
Wärmeleitfähigkeit 23,0 W/(m⋅K)
Elektrischer widerstand 331 nm (bei 20 °C)
Magnetische Bestellung paramagnetisch
Molare magnetische Suszeptibilität +75,0 × 10 –6  cm 3 /mol (bei 298 K)
Elastizitätsmodul 78 GPa
Schubmodul 30 GPa
Schüttmodul 110 GPa
QUERKONTRAKTIONSZAHL 0,37
Mohs-Härte 5,5
Vickers-Härte 1520–2060 MPa
Brinellhärte 1450–2100 MPa
CAS-Nummer 7440-58-6
Geschichte
Benennung nach Hafnia . Lateinisch für: Kopenhagen , wo es entdeckt wurde
Vorhersage Dmitri Mendelejew (1869)
Entdeckung und erste Isolation Dirk Coster und George de Hevesy (1922)
Haupt Isotope von Hafnium
Isotop Fülle Halbwertszeit ( t 1/2 ) Decay-Modus Produkt
172 Hf syn 1,87 Jahre ε 172 Lu
174 Hf 0,16% 2 × 10 15  y α 170 Yb
176 Hf 5,26% stabil
177 Hf 18,60% stabil
178 Hf 27,28 % stabil
178 m2 Hf syn 31 Jahre ES 178 Hf
179 Hf 13,62 % stabil
180 Hf 35,08% stabil
182 Hf syn 8,9 × 10 6  y β 182 Ta
Kategorie Kategorie: Hafnium
| Verweise

Hafnium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Hf und der Ordnungszahl 72. Ein glänzenden , silbergrau, vierwertiges Übergangsmetall , Hafnium chemisch ähnelt Zirkonium und wird in vielen Zirkonium gefunden Mineralien . Seine Existenz wurde 1869 von Dmitri Mendeleev vorhergesagt , obwohl es erst 1923 von Coster und Hevesy identifiziert wurde, was es zum vorletzten stabilen Element macht, das entdeckt wurde (das letzte ist Rhenium ). Hafnium ist nach Hafnia benannt , dem lateinischen Namen für Kopenhagen , wo es entdeckt wurde.

Hafnium wird in Filamenten und Elektroden verwendet. Einige Halbleiterherstellungsverfahren verwenden sein Oxid für integrierte Schaltungen bei 45 nm und kleineren Strukturlängen. Einige Superlegierungen für spezielle Anwendungen enthalten Hafnium in Kombination mit Niob , Titan oder Wolfram .

Hafnium des große Neutroneneinfang Querschnitt macht es ein gutes Material für Neutronenabsorption in Steuerstäben in Kernkraftwerken , aber zur gleichen Zeit erfordert , dass es von den Neutronentransparenten korrosionsbeständigen entfernt werden Zirkoniumlegierungen in verwendeten Kernreaktoren .

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Hafniumstücke

Hafnium ist ein glänzendes, silbriges, duktiles Metall , das korrosionsbeständig und chemisch dem Zirkonium ähnlich ist (aufgrund der gleichen Anzahl von Valenzelektronen , der Zugehörigkeit zur gleichen Gruppe, aber auch relativistischer Effekte ; die erwartete Ausdehnung der Atomradien von Periode 5 bis 6 wird durch die Lanthanoidenkontraktion fast genau aufgehoben ). Hafnium geht bei 2388 K von seiner Alpha-Form, einem hexagonal dicht gepackten Gitter, in seine Beta-Form, einem kubisch-raumzentrierten Gitter, über diese beiden Elemente gehören aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit zu den am schwierigsten zu trennenden Elementen.

Ein bemerkenswerter physikalischer Unterschied zwischen diesen Metallen ist ihre Dichte , wobei Zirkonium etwa die Hälfte der Dichte von Hafnium hat. Die wichtigsten Kerneigenschaften von Hafnium seiner hohen thermischen Neutronen - Einfang - Querschnitt und dass die Kerne von mehreren verschiedenen Hafnium - Isotope leicht absorbieren zwei oder mehr Neutronen pro Stück. Im Gegensatz dazu ist Zirkon für thermische Neutronen praktisch transparent und wird häufig für die Metallkomponenten von Kernreaktoren verwendet – insbesondere für die Umhüllung ihrer Kernbrennstäbe .

Chemische Eigenschaften

Hafniumdioxid

Hafnium reagiert an der Luft und bildet einen Schutzfilm , der weitere Korrosion verhindert . Das Metall wird von Säuren nicht leicht angegriffen, kann aber mit Halogenen oxidiert oder an der Luft verbrannt werden. Wie sein Schwestermetall Zirkonium kann sich feinteiliges Hafnium an der Luft spontan entzünden. Das Metall ist gegen konzentrierte Alkalien beständig .

Die Chemie von Hafnium und Zirkonium ist so ähnlich, dass sie aufgrund unterschiedlicher chemischer Reaktionen nicht getrennt werden können. Die Schmelzpunkte und Siedepunkte der Verbindungen und die Löslichkeit in Lösungsmitteln sind die Hauptunterschiede in der Chemie dieser Zwillingselemente.

Isotope

Es wurden mindestens 34 Isotope von Hafnium beobachtet, deren Massenzahl von 153 bis 186 reicht. Die fünf stabilen Isotope liegen im Bereich von 176 bis 180. Die Halbwertszeiten der radioaktiven Isotope reichen von nur 400  ms für 153 Hf bis 2,0 Petajahre (10 15 Jahre) für das stabilste, 174 Hf.

Das Kernisomer 178m2 Hf stand mehrere Jahre lang im Zentrum einer Kontroverse über seinen möglichen Einsatz als Waffe.

Auftreten

Zirkonkristall (2×2 cm) von Tocantins, Brasilien

Hafnium wird geschätzt , etwa 5,8 bis bilden ppm von der Erde ‚s oberen Kruste durch Masse. Es existiert nicht als freies Element auf der Erde, sondern wird in fester Lösung mit Zirkonium in natürlichen Zirkoniumverbindungen wie Zirkon , ZrSiO 4 gefunden , bei dem normalerweise etwa 1–4% des Zr durch Hf ersetzt sind. Selten erhöht sich das Hf/Zr-Verhältnis während der Kristallisation zum isostrukturellen Mineral Hafnon (Hf,Zr)SiO
4
, mit atomarem Hf > Zr. Ein veralteter Name für eine Zirkonsorte mit ungewöhnlich hohem Hf-Gehalt ist Alvite .

Eine Hauptquelle für Zirkonerze (und damit Hafnium) sind schwere Mineralsanderzlagerstätten , Pegmatite , insbesondere in Brasilien und Malawi , und Karbonatit- Intrusionen, insbesondere die Crown Polymetallic Lagerstätte bei Mount Weld , Westaustralien. Eine potenzielle Hafniumquelle sind Trachytuffe, die seltene Zirkon-Hafnium-Silikate Eudialyt oder Armstrongit enthalten, in Dubbo in New South Wales , Australien.

Produktion

Geschmolzene Spitze einer Hafnium-Abschmelzelektrode, die in einem Elektronenstrahl- Umschmelzofen verwendet wird , ein 1-cm-Würfel und ein oxidierter Hafnium-Elektronenstrahl-umgeschmolzener Barren (von links nach rechts)

Die Schwermineralsande Erzvorkommen der Titanerze Ilmenit und Rutil liefern den größten Teil des geförderten Zirkoniums und damit auch den Großteil des Hafniums.

Zirkonium ist ein gutes Kernbrennstab-Hüllmetall mit den wünschenswerten Eigenschaften eines sehr geringen Neutroneneinfangquerschnitts und einer guten chemischen Stabilität bei hohen Temperaturen. Aufgrund der neutronenabsorbierenden Eigenschaften von Hafnium würden Hafniumverunreinigungen in Zirconium jedoch dazu führen, dass es für Kernreaktoranwendungen weit weniger nützlich ist. Daher ist für ihre Verwendung in der Kernenergie eine nahezu vollständige Trennung von Zirkonium und Hafnium erforderlich. Die Produktion von hafniumfreiem Zirkonium ist die Hauptquelle für Hafnium.

Hafniumoxidierte Barren, die optische Dünnfilmeffekte aufweisen .

Die chemischen Eigenschaften von Hafnium und Zirkonium sind nahezu identisch, was die Trennung der beiden erschwert. Die zuerst angewandten Methoden – die fraktionierte Kristallisation von Ammoniumfluoridsalzen oder die fraktionierte Destillation des Chlorids – haben sich für eine großtechnische Produktion nicht als geeignet erwiesen. Nachdem in den 1940er Jahren Zirkonium als Material für Kernreaktorprogramme ausgewählt wurde, musste ein Trennverfahren entwickelt werden. Flüssig-Flüssig-Extraktionsverfahren mit unterschiedlichsten Lösungsmitteln wurden entwickelt und werden auch heute noch zur Herstellung von Hafnium eingesetzt. Etwa die Hälfte des gesamten hergestellten Hafniummetalls wird als Nebenprodukt der Zirkoniumveredelung hergestellt. Das Endprodukt der Trennung ist Hafnium(IV)-chlorid. Das gereinigte Hafnium(IV)-chlorid wird durch Reduktion mit Magnesium oder Natrium wie im Kroll-Verfahren in das Metall umgewandelt .

HfCl 4 + 2 Mg (1100 °C) → 2 MgCl 2 + Hf

Die weitere Reinigung erfolgt durch eine von Arkel und de Boer entwickelte chemische Transportreaktion : In einem geschlossenen Gefäß reagiert Hafnium mit Jod bei Temperaturen von 500 °C zu Hafnium(IV)-jodid ; bei einer Wolframwendel von 1700 °C findet die Rückreaktion statt, und das Jod und Hafnium werden freigesetzt. Das Hafnium bildet eine feste Beschichtung am Wolframfaden, und das Jod kann mit zusätzlichem Hafnium reagieren, was zu einem stetigen Jodumsatz führt.

Hf + 2 I 2 (500 °C) → HfI 4
HfI 4 (1700 °C) → Hf + 2 I 2

Chemische Komponenten

Aufgrund der Lanthanoid-Kontraktion ist der Ionenradius von Hafnium(IV) (0,78 ngström) fast der gleiche wie der von Zirkonium (IV) (0,79  ngström ). Folglich haben Verbindungen von Hafnium(IV) und Zirkonium(IV) sehr ähnliche chemische und physikalische Eigenschaften. Hafnium und Zirkonium kommen in der Natur häufig zusammen vor und die Ähnlichkeit ihrer Ionenradien macht ihre chemische Trennung ziemlich schwierig. Hafnium neigt in der Oxidationsstufe +4 zur Bildung anorganischer Verbindungen . Halogene reagieren damit zu Hafniumtetrahalogeniden. Bei höheren Temperaturen reagiert Hafnium mit Sauerstoff , Stickstoff , Kohlenstoff , Bor , Schwefel und Silizium . Einige Hafniumverbindungen in niedrigeren Oxidationsstufen sind bekannt.

Hafnium(IV)-chlorid und Hafnium(IV)-iodid haben einige Anwendungen bei der Herstellung und Reinigung von Hafniummetall. Sie sind flüchtige Feststoffe mit polymeren Strukturen. Diese Tetrachloride sind Vorläufer verschiedener Organohafniumverbindungen wie Hafnocendichlorid und Tetrabenzylhafnium.

Das weiße Hafniumoxid (HfO 2 ) ist mit einem Schmelzpunkt von 2.812 °C und einem Siedepunkt von etwa 5.100 °C dem Zirkonoxid sehr ähnlich , jedoch etwas basischer. Hafniumcarbid ist die feuerfestste bekannte binäre Verbindung mit einem Schmelzpunkt über 3.890 °C und Hafniumnitrid ist mit einem Schmelzpunkt von 3.310 °C das feuerfestste aller bekannten Metallnitride. Dies hat zu Vorschlägen geführt, dass Hafnium oder seine Carbide als Baumaterialien nützlich sein könnten, die sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Das Mischkarbid Tantal Hafnium Karbid ( Ta
4
HfC
5
) besitzt den höchsten Schmelzpunkt aller derzeit bekannten Verbindungen, 4.263 K (3.990 °C; 7.214 °F). Neuere Supercomputersimulationen legen eine Hafniumlegierung mit einem Schmelzpunkt von 4.400 K nahe.

Geschichte

Fotografische Aufnahme der charakteristischen Röntgenemissionslinien einiger Elemente

In seinem Bericht über das Periodische Gesetz der chemischen Elemente von 1869 hatte Dmitri Mendeleev implizit die Existenz eines schwereren Analogons von Titan und Zirkonium vorhergesagt . Zum Zeitpunkt seiner Formulierung im Jahr 1871 glaubte Mendelejew, dass die Elemente nach ihren Atommassen geordnet seien, und platzierte Lanthan (Element 57) an der Stelle unter dem Zirkonium. Die genaue Platzierung der Elemente und die Lokalisierung fehlender Elemente erfolgte durch die Bestimmung des spezifischen Gewichts der Elemente und den Vergleich der chemischen und physikalischen Eigenschaften.

Die 1914 von Henry Moseley durchgeführte Röntgenspektroskopie zeigte eine direkte Abhängigkeit zwischen Spektrallinie und effektiver Kernladung . Dies führte dazu, dass die Kernladung oder Ordnungszahl eines Elements verwendet wurde, um seinen Platz im Periodensystem zu bestimmen. Mit dieser Methode bestimmte Moseley die Anzahl der Lanthanoide und zeigte die Lücken in der Ordnungszahlenfolge bei den Nummern 43, 61, 72 und 75.

Die Entdeckung der Lücken führte zu einer umfangreichen Suche nach den fehlenden Elementen. Im Jahr 1914 behaupteten mehrere Leute die Entdeckung, nachdem Henry Moseley die Lücke im Periodensystem für das damals unentdeckte Element 72 vorhergesagt hatte. Georges Urbain behauptete, dass er 1907 das Element 72 in den Seltenerdelementen gefunden hatte und veröffentlichte seine Ergebnisse 1911 zu Celtium . Weder die Spektren noch das von ihm behauptete chemische Verhalten stimmten mit dem später gefundenen Element überein, und daher wurde seine Behauptung nach einer langjährigen Kontroverse abgelehnt. Die Kontroverse war zum Teil darauf zurückzuführen, dass die Chemiker die chemischen Techniken bevorzugten, die zur Entdeckung von Celtium führten , während sich die Physiker auf die Verwendung der neuen Röntgenspektroskopie-Methode verließen, die bewies, dass die von Urbain entdeckten Substanzen kein Element 72 enthielten 1923 schlugen mehrere Physiker und Chemiker wie Niels Bohr und Charles R. Bury vor, dass Element 72 Zirkonium ähneln sollte und daher nicht zur Gruppe der Seltenerdelemente gehört. Diese Vorschläge basierten auf Bohrs Theorien des Atoms, der Röntgenspektroskopie von Moseley und den chemischen Argumenten von Friedrich Paneth .

Ermutigt durch diese Vorschläge und durch die 1922 wieder auftauchenden Behauptungen Urbains, dass Element 72 ein 1911 entdecktes Seltenerdelement war, wurden Dirk Coster und Georg von Hevesy motiviert, nach dem neuen Element in Zirkonerzen zu suchen. Hafnium wurde von den beiden 1923 in Kopenhagen, Dänemark, entdeckt, was die ursprüngliche Vorhersage von Mendeleev von 1869 bestätigte. Es wurde schließlich in Zirkon in Norwegen durch Röntgenspektroskopie-Analyse gefunden. Der Fundort führte dazu, dass das Element nach dem lateinischen Namen für "Kopenhagen", Hafnia , der Heimatstadt von Niels Bohr, benannt wurde . Heute verwendet die Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Kopenhagen in ihrem Siegel ein stilisiertes Bild des Hafniumatoms.

Hafnium wurde aus Zirkonium durch wiederholte Umkristallisation der Doppel getrennt Ammonium- oder Kaliumfluoride von Valdemar Thal Jantzen und von Hevesey. Anton Eduard van Arkel und Jan Hendrik de Boer stellten 1924 als erste metallisches Hafnium her, indem sie Hafniumtetraiodid-Dampf über einen erhitzten Wolframdraht leiteten. Dieses Verfahren zur unterschiedlichen Reinigung von Zirkonium und Hafnium wird noch heute verwendet.

Im Jahr 1923 fehlten sechs vorhergesagte Elemente noch vom Periodensystem: 43 ( Technetium ), 61 ( Promethium ), 85 ( Astat ) und 87 ( francium ) sind radioaktive Elemente und sind nur in Spuren in der Umwelt, wodurch Elemente 75 ( Rhenium ) und 72 (Hafnium) die letzten beiden unbekannten nicht-radioaktiven Elemente.

Anwendungen

Der größte Teil des produzierten Hafniums wird zur Herstellung von Steuerstäben für Kernreaktoren verwendet .

Mehrere Details tragen dazu bei, dass es nur wenige technische Anwendungen für Hafnium gibt: Erstens ermöglicht die große Ähnlichkeit zwischen Hafnium und Zirkonium die Verwendung von Zirkonium für die meisten Anwendungen; zweitens war Hafnium erstmals nach der Verwendung in der Nuklearindustrie für hafniumfreies Zirkonium in den späten 1950er Jahren als reines Metall verfügbar. Darüber hinaus machen die geringe Häufigkeit und die schwierigen Trenntechniken es zu einem knappen Gut. Als die Nachfrage nach Zirkonium nach der Katastrophe von Fukushima sank , stieg der Hafniumpreis stark von etwa 500 bis 600 $/kg im Jahr 2014 auf etwa 1000 $/kg im Jahr 2015.

Kernreaktoren

Die Kerne mehrerer Hafniumisotope können jeweils mehrere Neutronen absorbieren. Dies macht Hafnium zu einem guten Material für die Verwendung in den Steuerstäben von Kernreaktoren. Sein Neutroneneinfangquerschnitt (Capture Resonance Integral I o ≈ 2000 barns) ist etwa 600-mal so groß wie der von Zirkonium (andere Elemente, die gute Neutronenabsorber für Steuerstäbe sind, sind Cadmium und Bor ). Hervorragende mechanische Eigenschaften und außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit ermöglichen den Einsatz in der rauen Umgebung von Druckwasserreaktoren . Der deutsche Forschungsreaktor FRM II verwendet Hafnium als Neutronenabsorber. Es ist auch in militärischen Reaktoren üblich, insbesondere in US-Marinereaktoren, aber selten in zivilen Reaktoren, wobei der erste Kern des Atomkraftwerks Shippingport (ein Umbau eines Marinereaktors) eine bemerkenswerte Ausnahme bildet.

Legierungen

Hafniumhaltige Raketendüse der Apollo-Mondlandefähre in der unteren rechten Ecke

Hafnium wird in Legierungen mit Eisen , Titan , Niob , Tantal und anderen Metallen verwendet. Eine Legierung, die für Flüssigkeitsraketen- Triebwerksdüsen verwendet wird, zum Beispiel das Haupttriebwerk der Apollo-Mondlandefähren , ist C103, das aus 89% Niob, 10% Hafnium und 1% Titan besteht.

Geringe Hafnium-Zusätze erhöhen die Haftung von schützenden Oxidzundern auf Nickelbasislegierungen. Es verbessert dadurch die Korrosionsbeständigkeit insbesondere unter zyklischen Temperaturbedingungen, die dazu neigen, Oxidzunder zu brechen, indem sie thermische Spannungen zwischen dem Schüttgut und der Oxidschicht induzieren.

Mikroprozessoren

Hafnium-basierte Verbindungen werden in Gate- Isolatoren in der 45-nm-Generation integrierter Schaltkreise von Intel , IBM und anderen verwendet. Hafniumoxid-basierte Verbindungen sind praktische High-k-Dielektrika , die eine Reduzierung des Gate-Leckstroms ermöglichen, was die Leistung in solchen Größenordnungen verbessert.

Isotopengeochemie

Isotope von Hafnium und Lutetium (zusammen mit Ytterbium ) werden auch in der Isotopengeochemie und geochronologischen Anwendungen bei der Lutetium-Hafnium-Datierung verwendet . Es wird oft als Tracer für die isotopische Entwicklung des Erdmantels im Laufe der Zeit verwendet. Dies liegt daran, dass 176 Lu mit einer Halbwertszeit von ungefähr 37 Milliarden Jahren zu 176 Hf zerfällt .

In den meisten geologischen Materialien ist Zirkon der dominierende Wirt von Hafnium (>10.000 ppm) und steht häufig im Mittelpunkt von Hafniumstudien in der Geologie . Hafnium ist leicht in die Zirkon substituiert Kristallgitter , und ist daher sehr widerstandsfähig gegen Hafnium Mobilität und Verschmutzung. Zirkon hat auch ein extrem niedriges Lu/Hf-Verhältnis, wodurch jede Korrektur des anfänglichen Lutetiums minimal ist. Obwohl das Lu/Hf-System verwendet werden kann, um ein " Modellalter " zu berechnen , dh den Zeitpunkt, zu dem es aus einem bestimmten Isotopenreservoir wie dem erschöpften Erdmantel abgeleitet wurde , haben diese "Alter" nicht die gleiche geologische Bedeutung wie andere geochronologische Techniken, da die Ergebnisse oft Isotopengemische ergeben und somit ein durchschnittliches Alter des Materials, aus dem es gewonnen wurde, liefern.

Granat ist ein weiteres Mineral, das beträchtliche Mengen an Hafnium enthält, um als Geochronometer zu dienen. Die hohen und variablen Lu/Hf-Verhältnisse in Granat machen es nützlich, um metamorphe Ereignisse zu datieren .

Andere Verwendungen

Hafnium ist aufgrund seiner Hitzebeständigkeit und seiner Affinität zu Sauerstoff und Stickstoff ein guter Fänger für Sauerstoff und Stickstoff in Gas- und Glühlampen . Hafnium wird auch als Elektrode beim Plasmaschneiden verwendet, da es Elektronen in die Luft abgeben kann.

Der hohe Energieinhalt von 178m2 Hf war das Anliegen eines DARPA- finanzierten Programms in den USA. Dieses Programm stellte fest, dass die Möglichkeit, ein nukleares Isomer von Hafnium (das oben erwähnte 178 m² Hf) zum Bau von Hochleistungswaffen mit Röntgenstrahlen-Auslösemechanismen – einer Anwendung induzierter Gamma-Emission – zu verwenden, aus Kostengründen nicht realisierbar war. Siehe Hafnium-Kontroverse .

Hafnium Metallocen - Verbindungen können hergestellt werden aus Hafniumtetrachlorid und verschiedenen Cyclopentadien ; -Typ - Ligand - Spezies. Das vielleicht einfachste Hafniummetallocen ist Hafnocendichlorid. Hafnium-Metallocene sind Teil einer großen Sammlung von Gruppe-4- Übergangsmetall- Metallocen-Katalysatoren, die weltweit bei der Herstellung von Polyolefinharzen wie Polyethylen und Polypropylen verwendet werden .

Vorsichtsmaßnahmen

Bei der Bearbeitung von Hafnium ist Vorsicht geboten, da es pyrophor ist – feine Partikel können sich an der Luft spontan entzünden. Verbindungen, die dieses Metall enthalten, werden von den meisten Menschen selten angetroffen. Das reine Metall wird nicht als toxisch angesehen, aber Hafniumverbindungen sollten so behandelt werden, als ob sie toxisch wären, da die ionischen Formen von Metallen normalerweise dem größten Toxizitätsrisiko ausgesetzt sind und für Hafniumverbindungen nur begrenzte Tierversuche durchgeführt wurden.

Menschen können Hafnium am Arbeitsplatz durch Einatmen, Verschlucken, Haut- und Augenkontakt ausgesetzt werden. Die Arbeitsschutzbehörde (OSHA) hat den gesetzlichen Grenzwert ( Zulässiger Expositionsgrenzwert ) für die Exposition gegenüber Hafnium und Hafniumverbindungen am Arbeitsplatz auf TWA 0,5 mg/m 3 über einen 8-Stunden-Arbeitstag festgelegt. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat den gleichen empfohlenen Expositionsgrenzwert (REL) festgelegt. Bei Konzentrationen von 50 mg/m 3 ist Hafnium unmittelbar gefährlich für Leben und Gesundheit .

Siehe auch

Verweise

Literatur

Scerri, ER (2013). Eine Geschichte aus sieben Elementen . Oxford: Oxford University Press. ISBN 9780195391312.

Externe Links