Hafnium

Hafnium (chemická značka Hf, latinsky Hafnium) je šedý až stříbřitě bílý, kovový prvek, chemicky velmi podobný zirkoniu. Hlavní uplatnění nalézá jako složka některých speciálních slitin.

Hafnium
[Xe] 4f14 5d2 6s2   Hf 72
↓ Periodická tabulka ↓
Obecné
Název, značka, číslo	Hafnium, Hf, 72
Cizojazyčné názvy	lat. Hafnium
Skupina, perioda, blok	4. skupina, 6. perioda, blok d
Chemická skupina	Přechodné kovy
Vzhled	šedý kov
Identifikace
Registrační číslo CAS	7440-58-6
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost	178,49(2)
Atomový poloměr	159 pm
Kovalentní poloměr	175 pm
Elektronová konfigurace	[Xe] 4f14 5d2 6s2
Oxidační čísla	II, III, IV
Elektronegativita (Paulingova stupnice)	1,3
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava	hexagonální
Mechanické vlastnosti
Hustota	13,31 g/cm³
Skupenství	Pevné
Tvrdost	5,5
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání	2 232,85 °C (2 506 K)
Teplota varu	4 602,85 °C (4 876 K)
Elektromagnetické vlastnosti
Měrný elektrický odpor	331 μΩ
Magnetické chování	Paramagnetické
Bezpečnost
GHS02 [1] Nebezpečí[1]
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P 174Hf 0,16 2×1015 let α - 170Yb 176Hf 5,26 je stabilní s 104 neutrony 177Hf 18,60 je stabilní s 105 neutrony 178Hf 27,28 je stabilní s 106 neutrony 179Hf 13,62 je stabilní s 107 neutrony 180Hf 35,08 je stabilní s 108 neutrony
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Zr ⋏ Lutecium ≺ Hf ≻ Tantal ⋎ Rf

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Kousky hafnia

Hafnium je šedý až stříbřitě bílý, středně tvrdý, poměrně vzácný těžký kov. Při teplotách pod 0,35 K je supravodičem 1. typu.

Vyznačuje se mimořádnou chemickou stálostí – je zcela netečný k působení vody a odolává působení většiny běžných minerálních kyselin i roztoků alkalických hydroxidů. Na jeho rozpouštění je nejúčinnější kyselina fluorovodíková (HF) nebo její směsi s jinými minerálními kyselinami.

Chemicky je velmi silně podobné zirkoniu, doprovází jej prakticky ve všech minerálech a horninách a proto je příprava velmi čistého hafnia náročný problém.

Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Hf⁴⁺, ale jsou známy i sloučeniny Hf³⁺ a Hf²⁺.

Hafnium bylo objeveno roku 1923 v dánském hlavním městě Kodani, podle jehož latinského jména bylo také pojmenováno. Objeviteli byli chemici Dirk Coster a George de Hevesy.

Výskyt a výroba

Minerál zirkon

Hafnium je v zemské kůře řídkým prvkem, jeho obsah se odhaduje na přibližně 4,5 mg/kg (4,5 ppm). V mořské vodě je jeho koncentrace natolik nízká, že ji nelze přesně určit ani nejcitlivějšími analytickými technikami. Udává se proto, že jeho obsah je nižší než 0,000 008 mg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom hafnia na 200 miliard atomů vodíku.

Hafnium se v přírodě vyskytuje pouze ve formě sloučenin. V minerálech vždy doprovází zirkonium v množství 1–5 % a minerály obsahující samostatně hafnium nejsou známy. Z významnějších minerálů zirkonia lze jmenovat baddeleyit, zirkon, zirkelit, a uhligit.

Mezi hlavní oblasti těžby minerálů a hornin s výrazným zastoupením zirkonia patří Austrálie, Brazílie, Indie, Rusko, a USA.

Průmyslová výroba hafnia spočívá především v jeho separaci od zirkonia, protože při Krollově procesu, který je dnes základním postupem pro rozklad a separaci zirkoniových rud, je výsledným produktem směs Zr + Hf.

Jejich vzájemná separace se provádí buď frakční destilací chloridů nebo na ionexových kolonách.

Vzhledem k omezené dostupnosti hrozí v nejbližších letech kritický nedostatek zdrojů prvku pro technologické využití.^[2]

Použití a sloučeniny

Krystalické kovové hafnium

Vzhledem ke svému řídkému výskytu a nákladné výrobě nemá hafnium příliš velké praktické uplatnění. Jeho hlavním zdrojem je proces čištění kovového zirkonia pro účely jaderné energetiky.

Hafnium dokáže velmi účinně absorbovat neutrony (až 600× více než zirkonium) a má vynikající mechanické vlastnosti, proto se využívá jako materiál pro řídící tyče reaktorů jaderných ponorek.^[3]

Vysoký bod tání a odolnost hafnia jej určují jako jeden z materiálů pro výrobu klasických žárovkových vláken, v nichž je vlákno rozžhaveno průchodem elektrického proudu na takovou teplotu, že je zdrojem viditelného světla (elektromagnetického záření v oblasti vlnových délek 360–900 nm).

Z hafnia se vyrábějí elektrody pro plazmové řezání kovů a sváření.

Společně se zirkoniem, niobem, tantalem a titanem je složkou speciálních slitin s velkou odolností proti korozi a vysokým teplotám.

Při výrobě polovodičů a integrovaných obvodů nalézá uplatnění oxid hafničitý (HfO₂).