Hafnium Hf

Entdeckung

Hafnium ist ein Lehrbuchbeispiel dafür, wie Theorie eine Entdeckung lenkt. Manche Chemiker erwarteten, dass Element 72 eine weitere Seltene Erde sei, doch Niels Bohrs Atommodell sagte voraus, dass es in Gruppe 4 stehen und dem Zirconium ähneln würde.

1923 folgten Dirk Coster aus den Niederlanden und George de Hevesy aus Ungarn an Bohrs Institut in Kopenhagen dieser Vorhersage, untersuchten Zirconerze röntgenspektroskopisch und fanden die charakteristischen Linien von Element 72. Georges Urbain hatte Element 72 zuvor als „Celtium“ beansprucht, doch sein Anspruch hielt nicht stand. Hafnium war das vorletzte entdeckte Element mit stabilen Isotopen; 1925 folgte Rhenium.

Herkunft des Namens

Der Name kommt von Hafnia, dem lateinischen Namen Kopenhagens, der Stadt, in der es gefunden wurde.

Wichtigste Verwendungen

• Reaktorsteuerstäbe: Hafnium absorbiert thermische Neutronen gut und ist in heißem Wasser korrosionsbeständig – ein bevorzugtes Steuerstabmaterial, besonders in Schiffsreaktoren.
• Zirconiumreinigung: Zirconium für Brennstabhüllen muss für Neutronen nahezu durchlässig sein, daher wird Hafnium daraus entfernt; der größte Teil des kerntechnisch reinen Hafniums ist ein Nebenprodukt dieses Schritts.
• Halbleiter: Hafniumoxid hat eine hohe Dielektrizitätskonstante und ersetzte ab etwa 2007 Siliciumdioxid als Gate-Isolator in modernsten Transistoren. Ferroelektrisches Hafniumoxid wird für neuartige Speichertypen erforscht.
• Legierungen und Werkzeuge: Es verfestigt Nickel-Superlegierungen und dient als Elektrodenspitze in Plasmaschneidern.

Isotope

Natürliches Hafnium hat sechs Isotope, wobei Hafnium-180 mit etwa 35 % am häufigsten ist; Hafnium-174 ist radioaktiv mit einer extrem langen Halbwertszeit. Das ausgestorbene Radionuklid Hafnium-182 (Halbwertszeit etwa 8,9 Millionen Jahre) zerfällt zu Wolfram-182, und das Hafnium-Wolfram-System dient dazu abzuschätzen, wie schnell sich die Kerne der Erde und von Asteroiden bildeten. Das Kernisomer Hafnium-178m2 mit einer Halbwertszeit von etwa 31 Jahren speichert eine große Energiemenge und war Gegenstand umstrittener Forschung.

Im Alltag

Der Prozessor in Ihrem Smartphone oder Laptop enthält wahrscheinlich nur wenige Atome dicke Hafniumoxidschichten. Kompaktes Hafnium ist stabil, feines Pulver kann sich jedoch an der Luft entzünden. Seine Giftigkeit gilt allgemein als gering.