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Hafnium ( Hf )

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Allgemeine Beschreibung  

1923 in Kopenhagen von D. Coster und G.C. von Hevesey entdeckt.

Hafnium ist ein silberfarbenes, verformbares Metall, das in allen Mineralien zu finden ist, die Zirkonium enthalten. Die chemische Zusammensetzung beider Metalle ist ähnlich; daher ist es schwierig, sie voneinander zu trennen. Die Eigenschaften des einen werden stark von der Gegenwart des anderen beeinflußt, weil die Gegenwart des jeweils anderen Metalls einer Verunreinigung gleichkommt. Sowohl Zirkonium als auch Hafnium werden als Reinmetall extrahiert, indem das Tetrahalogenid mit Magnesium reduziert wird. Der Gesamtprozeß wird unter Argon ausgeführt, da beide Metalle sich leicht mit anderen Gasen verbinden (z.B. Stickstoff). Die Häufigkeit von Hafnium in der Erdkruste liegt bei 5,3 ppm.

Hafnium widersteht aufgrund der Bildung einer Oxidschicht der Korrosion an der Luft, pulverförmiges Hafnium verbrennt jedoch an der Luft. Außer von Flußsäure wird Hafnium nicht von Alkalien und Säuren angegriffen. Hafnium kann zur Steuerung des Rekristallisationsprozesses von Wolframfäden eingesetzt werden, sein Hauptanwendungsbereich sind jedoch die Steuerstäbe in Atomreaktoren, da Hafnium Neutronen absorbieren kann. Die Tatsache, daß Hafnium Neutronen absorbieren kann, bedeutet, daß es mitunter eine ärgerliche Verunreinigung in Zirkonium darstellen kann, das in der Nukleartechnik verwendet wird.

   

Atomische Eigenschaften

Atomgewicht ( amu ) 178,49
Atomradius - Goldschmidt ( nm ) 0,159
Elektronenstruktur Xe 4f14 5d2 6s2
Ionisationspotential Nr. eV
1 7.0
2 14.9
3 23.3
4 33.3
Kristallstruktur hexagonal dichtest gepackt
Natürliche Isotopenverteilung Massenzahl %
174 0.2
176 5.2
177 18.5
178 27.1
179 13.8
180 35.2
Ordnungszahl 72
Photoelektrische Austrittsarbeit ( eV ) 3,9
Thermischer Neutronenabsorptionsquerschnitt ( Barns ) 103
angegebene Valenzen 4

Elektrische Eigenschaften

Elektrischer Widerstand bei 20C ( µOhmcm ) 32,2
Temperaturkoeffizient bei 0-100C ( K-1 ) 0,0044
Supraleitfähigkeit kritische Temperatur ( K ) 0,128

Mechanische Eigenschaften

Materialzustand weich hart polykristallin
E-modul im Zugversuch ( GPa )     141
Härte - Vickers 150-180
Kompressionsmodul ( GPa )     109
Poissonsche Konstante     0,26
Streckgrenze ( MPa ) 240 365
Zugfestigkeit ( MPa ) 445 745

Physikalische Eigenschaften

Dichte bei 20C ( g cm-3 ) 13,1
Schmelzpunkt ( C ) 2227
Siedepunkt ( C ) 4602

Thermische Eigenschaften

Latente Schmelzwärme ( J g-1 ) 122
Latente Verdampfungswärme ( J g-1 ) 3700
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient bei 0-100C ( x10-6 K-1 ) 6,0
Spezifische Wärme bei 25C ( J K-1 kg-1 ) 146
Wärmeleitfähigkeit bei 0-100C ( W m-1 K-1 ) 23,0

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