ハフニウム Hf

発見の歴史

ハフニウムは、理論が発見を導いた教科書的な例です。72番元素はまた一つの希土類だろうと予想した化学者もいましたが、ニールス・ボーアの原子模型は、それが4族に入りジルコニウムに似ていると予言しました。

1923年、コペンハーゲンのボーアの研究所で、オランダのディルク・コスターとハンガリーのゲオルク・ド・ヘヴェシーはこの予言に従ってジルコニウム鉱石をX線分光法で調べ、72番元素の特性線を見つけました。それ以前にジョルジュ・ユルバンが72番元素を「セルチウム」として発見したと主張していましたが、その主張は認められませんでした。ハフニウムは安定同位体を持つ元素の中で、最後から2番目に発見された元素です。最後は1925年のレニウムでした。

名前の由来

名前は、発見された都市コペンハーゲンのラテン語名 Hafnia に由来します。

主な用途

• 原子炉の制御棒: ハフニウムは熱中性子をよく吸収し、高温の水の中でも腐食しにくいため、特に艦船用原子炉で好まれる制御棒材料です。
• ジルコニウムの精製: 燃料被覆管用のジルコニウムは中性子をほとんど通さなければならないため、ハフニウムが取り除かれます。原子力用ハフニウムの大部分はこの工程の副産物です。
• 半導体: 酸化ハフニウムは誘電率が高く、2007年ごろから最先端トランジスタのゲート絶縁膜として二酸化ケイ素に取って代わりました。強誘電性の酸化ハフニウムは新しいタイプのメモリへの応用が探られています。
• 合金と工具: ニッケル超合金を強くし、プラズマ切断機の電極の先端にも使われます。

同位体

天然のハフニウムには6つの同位体があり、最も多いのは約35%のハフニウム180です。ハフニウム174は放射性ですが半減期がきわめて長いものです。消滅核種のハフニウム182(半減期約890万年)はタングステン182に崩壊し、ハフニウム・タングステン系は地球や小惑星の核がどれほど速くできたかを見積もるのに使われます。半減期約31年の核異性体ハフニウム178m2は大量のエネルギーを蓄えており、物議を醸した研究の対象となりました。

身近なところで

あなたのスマートフォンやパソコンのプロセッサーには、厚さが原子数個分しかない酸化ハフニウムの層が入っていることでしょう。塊のハフニウムは安定ですが、細かい粉末は空気中で発火することがあります。毒性は一般に低いと考えられています。