| Symbool | Hf |
|---|---|
| Atoomnummer | 72 |
| Atoommassa | 178,49 u |
| Categorie | Overgangsmetaal |
| Groep | 4 |
| Periode | 6 |
| Blok | d-blok |
| Fase bij 20 °C | vast |
| Smeltpunt | 2233 °C |
| Kookpunt | 4603 °C |
| Dichtheid | 13,31 g/cm³ |
| Elektronenconfiguratie | [Xe] 4f14 5d2 6s2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 18, 32, 10, 2 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,3 |
| Oxidatiegetallen | +4 |
| Ontdekt | 1923 door Dirk Coster en George de Hevesy |
| Engelse naam | Hafnium |
Eigenschappen van hafnium
Hafnium is een zilvergrijs, taai metaal met een hoog smeltpunt van 2233 °C. Aan de lucht vormt het een dun, beschermend oxidelaagje, waardoor het goed bestand is tegen corrosie, ook door veel zuren. Fijn hafniumpoeder is echter pyrofoor en kan spontaan ontbranden. In verbindingen heeft hafnium bijna altijd het oxidatiegetal +4, zoals in hafniumdioxide (HfO2) en hafniumtetrachloride. Door de lanthanidecontractie zijn hafniumatomen bijna even groot als zirkoniumatomen, waardoor beide elementen chemisch bijna niet van elkaar te onderscheiden zijn; scheiden is daarom een van de lastigste klussen in de metallurgie. Een groot verschil zit wel in de kern: hafnium vangt neutronen ongeveer zeshonderd keer beter in dan zirkonium. Hafniumcarbide en tantaalhafniumcarbide behoren tot de stoffen met de hoogste smeltpunten die bekend zijn, rond de 3900 °C. Natuurlijk hafnium bestaat uit zes isotopen, waarvan hafnium-180 het meest voorkomt.
Naam. Hafnium is vernoemd naar Hafnia, de Latijnse naam van Kopenhagen, waar het element werd ontdekt.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Hafnium staat in periode 6 en groep 4 van het periodiek systeem, in het d-blok.
Een neutraal atoom heeft 72 protonen in de kern en 72 elektronen, verdeeld over 6 schillen: 2, 8, 18, 32, 10, 2. Het periodenummer (6) is gelijk aan het aantal schillen.
Buren in het systeem: links/ervoor: Lutetium (Lu, 71); rechts/erna: Tantaal (Ta, 73); erboven in dezelfde groep: Zirkonium (Zr); eronder in dezelfde groep: Rutherfordium (Rf).
Andere elementen in groep 4: Titanium, Zirkonium, Rutherfordium.
Voorkomen
Hafnium komt nooit los voor, maar altijd samen met zirkonium, in een verhouding van ongeveer 1 tot 50. De belangrijkste bron is het mineraal zirkoon (ZrSiO4), dat wordt gewonnen uit zware mineraalzanden in onder meer Australië en Zuid-Afrika. Hafnium ontstaat als bijproduct bij het maken van zuiver zirkonium voor kernreactoren. Na scheiding via vloeistof-vloeistofextractie wordt hafniumtetrachloride met magnesium gereduceerd tot metaal (het Kroll-proces). Voor kernreactoren moet zirkonium juist bijna vrij van hafnium zijn, zodat beide metalen zorgvuldig worden gescheiden.
Toepassingen
- Regelstaven in kernreactoren, onder meer in onderzeeërs, bevatten hafnium omdat het neutronen goed invangt en zeer corrosiebestendig is.
- Hafniumdioxide wordt sinds 2007 als isolator met hoge diëlektrische constante (high-k) in de transistoren van processoren gebruikt; zie ook halfgeleiders.
- Een paar procent hafnium maakt nikkel-superlegeringen voor turbinebladen in straalmotoren sterker bij hoge temperatuur.
- Plasmasnijders gebruiken elektroden met een hafniumpunt, omdat hafnium gemakkelijk elektronen uitzendt en hitte goed verdraagt.
- Hafniumcarbide wordt onderzocht voor hitteschilden van ruimtevaartuigen en hypersonische vliegtuigen.
Veelgestelde vragen
Wie heeft hafnium ontdekt?
Hafnium werd in 1923 in Kopenhagen ontdekt door de Nederlandse natuurkundige Dirk Coster en de Hongaarse scheikundige George de Hevesy. Ze werkten aan het instituut van Niels Bohr en vonden de röntgenlijnen van element 72 in zirkoniumerts. De Hevesy kreeg later de Nobelprijs voor ander werk.
Waarom zit hafnium in computerchips?
Transistoren werden zo klein dat het isolerende laagje siliciumdioxide te dun werd en stroom ging lekken. Hafniumdioxide isoleert beter bij dezelfde dikte, omdat het een hoge diëlektrische constante heeft. Daardoor kunnen chipfabrikanten transistoren verder verkleinen zonder dat het energieverbruik uit de hand loopt.