Lähdekoodi sivulle Hafnium

{{Alkuaine
| nimi = Hafnium
| tunnus = Hf
| edellinen = [[Lutetium]]
| seuraava = [[Tantaali]]
| edellinen-tunnus = [[Zirkonium|Zr]]
| seuraava-tunnus = [[Rutherfordium|Rf]]
| sijaintikuva = [[Kuva:Hf-TableImage.svg|250px]]
| järjestysluku = 72
| luokka = [[Siirtymämetalli]]
| lohko = d
| ryhmä = 4, [[siirtymäalkuaine]]
| jakso = 6
| tiheys = 13,31
| kovuus = 
| väri = Hopeanharmaa
| löytövuosi = [[1923]]
| löytäjä = [[Dirk Coster]] ja [[George de Hevesy]]
| atomipaino = 178,49<ref>{{Lehtiviite| Otsikko = Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report) | Julkaisu = Pure and Applied Chemistry | Vuosikerta = 83 | Numero = 2| Sivu = 367-370 | Julkaisija = IUPAC | Tekijä = Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen | Ajankohta = 2011 | Kieli = {{en}} | www = http://www.iupac.org/publications/pac/pdf/2011/pdf/8302x0359.pdf | Viitattu = 16.4.2011}}</ref>
| atomisäde = 155 (208)
| kovalenttisäde = 
| van-der-waalsin-säde = 
| orbitaalirakenne = <nowiki>[</nowiki>[[Ksenon| Xe]]<nowiki>]</nowiki> 4f<sup>14</sup>5d<sup>2</sup>6s<sup>2</sup>
| elektroneja-elektronikuorilla = 2, 8, 18, 32, 10, 2
| hapetusluvut = +IV
| kiderakenne = heksagonaalinen
| olomuoto = Kiinteä
| sulamispiste-kelvin = 2&nbsp;500
| sulamispiste-celsius = 2&nbsp;227
| kiehumispiste-kelvin = 4&nbsp;875
| kiehumispiste-celsius = 4&nbsp;602
| moolitilavuus = 
| höyrystymislämpö = 571
| sulamislämpö = 27,1
| höyrynpaine = 
| höyrynpaine-lämpötila = 
| äänen-nopeus = 3&nbsp;010
| äänen-nopeus-lämpötila = 293
| elektronegatiivisuus = 1,3
| ominaislämpökapasiteetti = 
| sähkönjohtavuus = 3.3×10<sup>6</sup>
| lämmönjohtavuus = 
| CAS-numero = 7440-58-6
}}
[[Kuva:Hafnium ebeam remelted.jpg|thumb|Hafniumia]]

'''Hafnium''' on [[siirtymäalkuaine]], jonka lyhenne on '''Hf''' ({{k-la|hafnium}}), [[järjestysluku (kemia)|järjestysluku]] 72 ja [[CAS-numero]] 7440-58-6. Olemukseltaan se on kiiltävä ja hopeanharmaa metalli. Hafnium muistuttaa kemiallisilta ominaisuuksiltaan [[zirkonium]]ia ja sitä löytyy luonnossa yhdistyneenä zirkoniumyhdisteiden kanssa, mutta ei vapaana alkuaineena. Hafnium ei ole myrkyllistä. Se on hienojakoisena helposti syttyvää ja pyroforista.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Wedepohl, K. H. | Otsikko = The Composition of the Continental Crust | Ajankohta = 1995 | Julkaisu = Geochimica et Cosmochimica Acta | Julkaisija = | Sivut = 1217–1232 | Doi = 10.1016/0016-7037(95)00038-2 | Viitattu = | Kieli = {{en}} }}</ref><ref name=":WebElements">{{Verkkoviite | Osoite = https://www.webelements.com/hafnium/ | Nimeke = Hafnium: the essentials | Tekijä = | Julkaisu = | Ajankohta = | Julkaisija = | Viitattu = 27.6.2017 | Kieli = {{en}} }}</ref> Hafniumin löysivät Dirk Coster ja [[George de Hevesy]] vuonna [[1923]] [[Kööpenhamina]]ssa, [[Tanska]]ssa. Alkuaineen nimi tulee Kööpenhaminan latinalaisesta nimestä ''Hafnia''.<ref>Timo Paukku: Hafnium kaappaa ydinvoimalassa neutroneja Helsingin Sanomat 7.3.2006. Viitattu 9.7.2010.</ref>

== Ominaisuudet ==
Hafnium muistuttaa kemiallisesti [[zirkonium]]ia ja sitä löytyy zirkoniummineraaleista. Zirkonium on kuitenkin puolta tiheämpää kuin hafnium.<ref name=":1">Hafniumjauheen kansainvälinen kemikaalikortti ISCS. Viitattu 9.7.2010.</ref> Hafniumin [[tiheys]] on 13,31&nbsp;g/cm<sup>3</sup>, [[sulamispiste]] 2&nbsp;500&nbsp;K (2&nbsp;227&nbsp;°C) ja [[kiehumispiste]] 4&nbsp;875&nbsp;K (4&nbsp;602&nbsp;°C).<ref name=":1" />

Hafnium on [[korroosio]]nkestävä metalli. Se ei syövy helposti [[happo]]jen vaikutuksesta, mutta voi hapettua [[halogeeni]]en kanssa tai palaa ilmassa. Kuten sisarusmetallinsa zirkonium, hienoksi jauhettu hafnium voi syttyä itsestään ilmassa. Metalli kykenee vastustamaan [[vahva emäs|vahvoja emäksiä]].<ref name=":2">"Occupational Safety & Health Administration: Hafnium". U.S. Department of Labor. Viitattu 10.9.2008.</ref>

[[Hafniumkarbidi]] (HfC) ja [[hafniumnitridi]] (HfN) ovat [[valo]]a taittavimmat yhdisteet. Hafnium on resistentti emäksille, mutta [[halogeeni]]t reagoivat hafniumin kanssa muodostaen tetrahalideja. Hafnium reagoi kiivaasti [[vahva happo|vahvojen happojen]], voimakkaiden [[hapetin|hapettimien]] ja halogeenien sekä korkeassa lämpötilassa myös [[typpi|typen]], [[fosfori]]n ja [[rikki|rikin]] kanssa.<ref name=":1" />

== Historia ==
Raportissaan "Kemiallisten alkuaineiden jaksollinen laki", vuodelta 1869, [[Dmitri Mendelejev]] oli tarkasti ennustanut [[titaani]]n ja [[zirkonium]]in raskaamman vastineen olemassaolon. Vuonna 1871 teoriaansa työstäessään, Mendelejev uskoi, että alkuaineet olivat järjestyneet atomimassojensa mukaan ja asetti [[lantaani]]n (alkuaine 57) paikalle, joka oli zirkoniumin alapuolella. Alkuaineiden tarkka sijoittelu ja puuttuvien alkuaineiden paikat pääteltiin alkuaineiden painon mukaan, ja vertaamalla kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Kaji, Masanori | Otsikko = D. I. Mendeleev's concept of chemical elements and The Principles of Chemistry | Tiedostomuoto = pdf | Ajankohta = 2002 | Julkaisu = Bulletin for the History of Chemistry 27:4 | Julkaisija = | Viitattu = 20.8.2008 | Kieli = {{en}} }}</ref>

[[Henry Moseley]]n vuonna 1914 tekemät röntgenspektroskopiatutkimukset osoittivat suoran yhteyden spektriviivojen ja ydinvarauksen välillä. Tämä johti ydinvarauksen eli alkuaineen [[järjestysluku (kemia)|järjestysluvun]] käyttöön alkuaineiden paikkojen määräytymisessä [[jaksollinen järjestelmä|jaksollisessa järjestelmässä]]. Tällä menetelmällä Moseley selvitti [[lantanoidi]]en lukumäärän ja osoitti aukot jaksollisen järjestelmän kohdissa, joiden alkuaineiden järjestysluvut olivat 43, 61, 72 ja 75.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Heilbron, John L. | Otsikko = The Work of H. G. J. Moseley | Tiedostomuoto = | Ajankohta = 1966 | Julkaisu = Isis 57 (3):336 | Julkaisija = | Doi = 10.1086/350143 | Viitattu = | Kieli = {{en}} }}</ref>

Aukkojen löytäminen johti puuttuvien alkuaineiden ahkeraan etsintään. Vuonna 1914 useat ihmiset ilmoittivat tehneensä löydöksen sen jälkeen, kun Henry Moseley ennusti aukon jaksollisessa järjestelmässä silloin löytämättömälle alkuaineelle 72.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Heimann, P. M. | Otsikko = Moseley and celtium: The search for a missing element | Tiedostomuoto = | Ajankohta = 1967 | Julkaisu = Annals of Science. 23 (4) | Julkaisija = | Sivut = 249–260 | Doi = 10.1080/00033796700203306 | Viitattu = | Kieli = {{en}} }}</ref> [[Georges Urbain]] teki tiettäväksi, että hän löysi alkuaine 72:n vuonna 1907 ja julkaisi tuloksensa "celtiumista" vuonna 1911.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Urbain, M. G. | Otsikko = Sur un nouvel élément qui accompagne le lutécium et le scandium dans les terres de la gadolinite: le celtium | Tiedostomuoto = | Ajankohta = 1911 | Julkaisu = Comptes rendus 141 | Julkaisija = | Sivut = | Doi = | Viitattu = 10.9.2008 | Kieli = {{fr}} }}</ref> Niin spektri kuin kemialliset ominaisuudetkin erosivat myöhemmin löydetystä alkuaineesta, joten hänen väitteensä kumottiin pitkän kiistelyn jälkeen.<ref name=":3">{{Lehtiviite | Tekijä = Mel'nikov, V. P. | Otsikko = Some Details in the Prehistory of the Discovery of Element 72 | Tiedostomuoto = | Ajankohta = 1982 | Julkaisu = Centaurus 26 (3) | Julkaisija = | Sivut = 317–322 | Bibcode = 1982Cent...26..317M | Doi = 10.1111/j.1600-0498.1982.tb00667.x | Viitattu = | Kieli = {{en}} }}</ref> Kiista johtui osittain siitä, että kemistit suosivat kemiallisia tekniikoita, jotka johtivat celtiumin löytämiseen, kun taas fyysikot luottivat uuden [[röntgenspektroskopia]]n käyttöön, mikä osoitti, että Urbainin löytämät aineet eivät sisältäneet alkuainetta 72.<ref name=":3" /> Vuoden 1923 alkuun mennessä useat fyysikot ja kemistit, kuten [[Niels Bohr]]<ref>Bohr, Niels. The Theory of Spectra and Atomic Constitution: Three Essays. p. 114. {{ISBN|1-4365-0368-X}}</ref> ja Charles R. Bury<ref>Bury, Charles R. (1921). "Langmuir's Theory of the Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". J. Amer. Chem. Soc. 43 (7): 1602–1609. doi:10.1021/ja01440a023.</ref> ehdottivat, että alkuaine 72:n tulisi muistuttaa zirkoniumia ja siten ei olisi osa harvinaisten maametallien ryhmää. Nämä ehdotukset pohjautuivat Bohrin atomiteoriaan, Mosleyn röntgenspektroskopiaan ja Friedrich Panethin kemiallisiin perusteluihin.<ref>Paneth, F. A. (1922). "Das periodische System (The periodic system)". Ergebnisse der Exakten Naturwissenschaften 1, s. 362.</ref><ref>Fernelius, W. C. (1982). "Hafnium" (pdf). Journal of Chemical Education. 59 (3): 242. Bib-code:1982JChEd..59..242F. doi:10.1021/ed059p242.</ref>

Rohkaistuneina näistä ehdotuksista sekä vuonna 1922 uudelleen ilmaantuneista Urbanin väitteistä, että alkuaine 72 oli harvinainen vuonna 1911 löydetty maametalli, Dirk Coster ja George de Hevesy päättivät etsiä uutta alkuainetta zirkoniumin malmeista.<ref>Urbain, M. G. (1922). "Sur les séries L du lutécium et de l'ytterbium et sur l'identification d'un celtium avec l'élément de nombre atomique 72" [The L series from lutetium to ytterbium and the identification of element 72 celtium]. Comptes rendus {{fr}}. 174: 1347. Viitattu 30.10.2008.</ref> Nämä kaksi löysivät hafniumin vuonna 1923 Kööpenhaminassa, Tanskassa, osoittaen oikeaksi Mendeleevin alkuperäisen ennustuksen vuodelta 1869.<ref>Coster, D.; Hevesy, G. (1923). "On the Missing Element of Atomic Number 72". Nature. 111 (2777): 79. Bibcode:1923Natur.111...79C. doi:10.1038/111079a0.</ref><ref>Hevesy, G. (1925). "The Discovery and Properties of Hafnium". Chemical Reviews. 2: 1–41. doi:10.1021/cr60005a001.</ref> Paikka, jossa löydös tehtiin, johti alkuaineen nimeämiseen Kööpenhaminan latinankielisen nimen "Hafnia" mukaan, joka oli Niels Bohrin kotikaupunki. Nykyään Kööpenhaminan yliopiston yksi tiedekunta käyttää sinetissään hafnium-atomin tyyliteltyä kuvaa.<ref>"University Life 2005 (pdf). University of Copenhagen. s. 43. Viitattu 19.11.2016.</ref>

Hafnium eroteltiin zirkoniumista ammoniumin tai kaliumin fluoridien toistuvilla uudelleenkiteytyksillä, joita kehittivät Valdemar Thal Jantzen ja de Hevesy.<ref name=":4">Van Arkel, A. E. & de Boer, J. H. (1924). "Die Trennung von Zirkonium und Hafnium durch Kristallisation ihrer Ammoniumdoppelfluoride (The separation of zirconium and hafnium by crystallization of the double ammonium fluorides)". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 141: 284–288. doi:10.1002/zaac.19241410117.</ref> Anton Eduard van Arkel ja Jan Hendrik de Boer olivat ensimmäisiä, jotka valmistivat metallista hafniumia laskemalla hafnium-tetrajodidihöyryä kuumennetun volframilangan ylle vuonna 1924.<ref>van Arkel, A. E. & de Boer, J. H. (1924). "Die Trennung des Zirkoniums von anderen Metallen, einschließlich Hafnium, durch fraktionierte Distillation (The separation of zirconium and hafnium by fractionated distillation)". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 141: 289–296. doi:10.1002/zaac.19241410118.</ref><ref name=":5">Van Arkel, A. E. & de Boer, J. H. (1925). "Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall (Production of pure titanium, zirconium, hafnium and Thorium metal)". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 148: 345–350. doi:10.1002/zaac.19251480133.</ref> Tämä prosessi zirkoniumin ja hafniumin eriyttävää puhdistamista varten on yhä edelleen käytössä.<ref name=":6">Schemel, J. H. (1977). ASTM Manual on Zirconium and Hafnium. ASTM International. pp. 1–5. {{ISBN|978-0-8031-0505-8}}</ref>

Vuonna 1923 neljä ennustettua alkuainetta puuttuivat yhä jaksollisesta järjestelmästä: 43 ([[teknetium]]) ja 61 ([[prometium]]) ovat [[Radioaktiivinen isotooppi|radioaktiivisia]] ja niitä löytyy vain pieninä jääminä luonnossa,<ref name=":7">Curtis, David; Fabryka-Martin, June; Dixon, Pauland; Cramer, Jan (1999). "Nature's uncommon elements: plutonium and technetium". Geochimica et Cosmochimica Acta. 63 (2): 275–285. Bib-code:1999GeCoA..63..275C. doi:10.1016/S0016-7037(98)00282-8.</ref> näin ollen alkuaineet 75 ([[renium]]) ja 72 (hafnium) olivat kaksi viimeistä tuntematonta vakaata alkuainetta. Koska renium löytyi vuonna 1925<ref name=":7" />, hafnium oli toiseksi viimeinen vakaita isotooppeja omaava alkuaine, joka löydettiin.

== Esiintyminen ==
Yleisyydeltään hafnium on verrattavissa alkuaineisiin [[bromi]] ja [[cesium]] sekä kauan tunnettuihin alkuaineisiin [[Kulta|kultaan]] ja [[Elohopeaa|elohopeaan]].<ref>Hochspringen Webmineral – Mineral Species sorted by the element Hf (Hafnium).</ref>

Hafniumin arvioidaan muodostavan noin 5.8&nbsp;ppm maan kuoren massasta. Sitä ei esiinny vapaana alkuaineena planeetallamme, mutta sitä löytyy sitoutuneena kiinteässä olomuodossa zirkoniumin kanssa luonnossa esiintyvissä zirkonium-yhdisteissä kuten [[zirkoni]], ZrSi, mikä yleensä sisältää noin 1–4&nbsp;% zirkoniumin korvannutta hafniumia. Joskus harvoin Hf/Zr-suhde lisääntyy kiteyttäminen yhteydessä muodostaen saman rakenteisen mineraalin "hafnonin" (Hf,Zr)Si, jossa hafnium-atomeja on enemmän kuin zirkoniumia.<ref>Deer, William Alexander; Howie, R.A.; Zussmann, J. (1982). The Rock-Forming Minerals, volume 1A: Orthosilicates. Longman Group Limited. pp. 418–442. {{ISBN|0-582-46526-5}}</ref> Vanhentunut nimi zirkonille, joka sisältää epätavallisen paljon hafniumia, on alviitti.<ref>Lee, O. Ivan (1928). "The Mineralogy of Hafnium". Chemical Reviews. 5: 17–37. doi:10.1021/cr60017a002.</ref>

Tärkeä zirkoniumin (ja siten myös hafniumin) malmien lähde ovat raskaiden mineraalihiekkojen malmiesiintymät, pegmatiitit, varsinkin Brasiliassa ja Malawissa, sekä karbonatiitti-intruusiot, varsinkin Crown Polymetallic Deposit Mount Weldissä, läntisessä Australiassa. Potentiaalisia hafniumin lähteitä ovat trakhiittituffit, jotka sisältävät harvinaisia zirkon–hafnium-silikaatteja eudialyyttiä tai armstrongiittia, Dubbossa New South Walesissa, Australiassa.<ref>“Dubbo Zirconia Project Fact Sheet" (PDF). Alkane Resources Limited. June 2007. Viitattu 10.9.2008.</ref>

Hafnium esiintymien on erään lähteen mukaan arveltu kestävän alle kymmenen vuotta, jos maailman väestö kasvaa ja kysyntä lisääntyy.<ref>”New Scientist diagram How Long Will It Last".</ref> Todellisuudessa, koska hafniumia esiintyy zirkoniumin kanssa, hafniumia voidaan aina saada sivutuotteena zirkoniumin erottelussa siinä määrin, että rajoitettu kysyntä saadaan täytettyä.

Hafniumin esiintyminen erilaisissa ympäristöissä<ref>{{Verkkoviite|osoite=https://www.webelements.com/hafnium/geology.html|nimeke=Abundances of hafnium in various environments|tekijä=|julkaisu=|ajankohta=|julkaisija=|viitattu=27.6.2017}}</ref>:
{| class="wikitable"
|
|'''ppb painon suhteen'''
|'''ppb atomien määrän suhteen'''
|-
|'''maailmankaikkeus'''
|0.7
|0.005
|-
|'''aurinko'''
|1
|0.01
|-
|'''hiilipitoinen meteoriitti'''
|170
|20
|-
|'''maankuoren kivet'''
|3300
|380
|-
|'''merivesi'''
|0.008
|0.00028
|}
Arvot on annettu yksikössä ppb (osa per miljardi) sekä painon että atomien määrän suhteen. Arvot on vaikea määrittää varmuudella, joten on syytä suhtautua kaikkiin arvoihin varovaisesti.

== Tuotanto ==
Hafniumilla on tapana muodostaa [[epäorgaaninen yhdiste|epäorgaanisia yhdisteitä]], joissa hafnium on [[hapetusaste]]ella +4. Halogeenit reagoivat sen kanssa muodostaen tetrahalideja.<ref name=":8">"Los Alamos National Laboratory – Hafnium". Viitattu 10.9.2008.</ref> Korkeammissa lämpötiloissa, hafnium reagoi [[happi|hapen]], [[typpi|typen]], [[hiili|hiilen]], [[boori]]n, [[rikki|rikin]] sekä [[pii (alkuaine)|piin]] kanssa.<ref name=":8" /> Kuudennen jakson alkuaineiden [[lantanidikutistuma]]n vuoksi zirkoniumilla ja hafniumilla on lähes identtinen ionisäde. Zr<sup>4+</sup>:n ionisäde on 0.79 ångströmiä ja Hf<sup>4+</sup>:n 0.78 ångströmiä.<ref name=":8" />

[[Hafnium(IV)kloridi]]lla ja [[hafnium(IV)jodidi]]lla on joitakin käyttökohteita hafniummetallin tuotannossa ja puhdistuksessa. Ne ovat reaktioherkkiä kiinteitä aineita, joilla on polymeerinen rakenne.<ref name=":9">Holleman, Arnold F., Wiberg, Egon & Wiberg, Nils (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (91–100 ed.). Walter de Gruyter. pp. 1056–1057. {{ISBN|3-11-007511-3}}</ref> Nämä tetrakloridit ovat esivaiheita eräille orgaanohafniumyhdisteille, kuten [[hafnoceenidikloridi]]lle ja [[tetrabensyylihafnium]]ille.

Valkoinen [[hafnium(IV)oksidi]] (<chem>HfO2</chem>), jonka sulamispiste on 2&nbsp;812&nbsp;°C ja kiehumispiste noin 5&nbsp;100&nbsp;°C, on hyvin samanlaista kuin zirkonia, mutta hieman emäksisempää.<ref name=":9" /> [[Hafniumkarbidi]] on kaikkein kuumuutta kestävin binäärinen yhdiste joka tunnetaan, sen sulamispiste on yli 3&nbsp;890&nbsp;°C, ja [[hafniumnitridi]] on kuumuutta kestävin tunnettu metallinitridi, sen sulamispiste on 3&nbsp;310&nbsp;°C.<ref name=":8" /> Tämä on johtanut ehdotuksiin, että hafnium tai sen karbidit voisivat olla hyödyllisiä materiaaleja rakenteissa, jotka altistuvat erittäin korkeille lämpötiloille. Karbidisekoite [[tantaalihafniumkarbidi]]lla (Ta<sub>4</sub>HfC<sub>5</sub>) on kaikista tunnetuista yhdisteistä korkein sulamispiste: 4&nbsp;215&nbsp;°C.<ref>Deadmore, D. L. (1964). "Vaporization of Tantalum-Carbide-Hafnium-Carbide Solid Solutions at 2&nbsp;500 to 3&nbsp;000&nbsp;K" (PDF). NASA. Viitattu 2.11.2008.</ref> Viimeaikaiset supertietokonesimulaatiot osoittavat eräälle hafniumyhdisteelle sulamispistettä 4&nbsp;400 K.<ref name=":10">EnvironmentalChemistry.com. "Hafnium Nuclides / Isotopes". Periodic Table of Elements. J.K. Barbalace. Viitattu 10.9.2008.</ref>

Titaanimalmien [[ilmeniitti|ilmeniitin]] ja [[rutiili]]n raskaiden mineraalihiekkojen malmiesiintymät tuottavat suurimman osan zirkoniumista ja siten myös hafniumista.

Zirkonium on hyvä pinnoitemateriaali ydinreaktoreiden polttoainesauvoille, hyvinä ominaisuuksina erittäin pieni neutronien kaappauspinta-ala ja hyvä kemiallinen vakaus korkeissa lämpötiloissa. Sen sijaan hafniumin neutroneja imevien ominaisuuksien takia hafniumepäpuhtaudet zirkoniumissa tekisivät sen paljon vähemmän käyttökelpoisemmaksi ydinreaktoreissa. Siksi zirkonium ja hafnium on lähes täysin eroteltava toisistaan, jotta niitä voidaan hyödyntää ydinvoimassa. Hafniumista puhdistetun zirkoniumin tuotanto on hafnium tärkein lähde.<ref name=":6" />

Ensimmäisenä käytetyt menetelmät ammoniumfluoridisuolojen jakokiteytys<ref name=":4" /> tai kloridin jakotislaus eivät ole osoittautuneet sopiviksi teollisen mittakaavan tuotantoon. Sen jälkeen, kun zirkonium valittiin materiaaliksi ydinreaktoriohjelmiin 1940-luvulla, erottelumenetelmä oli kehitettävä. Neste-neste-erotteluprosesseja useiden eri liuottimien kanssa kehitettiin ja niitä käytetään yhä hafniumin tuotannossa.<ref name=":11">Hedrick, James B. "Hafnium" (pdf). United States Geological Survey. Viitattu 10.9.2008.</ref> Erottelun lopputuloksena saadaan hafnium(IV)kloridia.<ref>Griffith, Robert F. (1952). "Zirconium and hafnium". Minerals yearbook metals and minerals (except fuels). The first production plants Bureau of Mines. pp. 1162–1171.</ref> Puhdistettu hafnium(IV)kloridi muutetaan metalliksi [[magnesium]]in tai [[natrium]]in kanssa pelkistämällä, kuten [[Krollin prosessi]]ssa.<ref>Gilbert, H. L.; Barr, M. M. (1955). "Preliminary Investigation of Hafnium Metal by the Kroll Pro-cess". Journal of the Electrochemical Society. 102 (5): 243. doi:10.1149/1.2430037.</ref>

:HfCl<sub>4</sub> + 2 Mg (1&nbsp;100&nbsp;°C) ->2 MgCl<sub>2</sub> + Hf

Suurempi puhtausaste saavutetaan kemiallisen kuljetusreaktion avulla, jonka kehittivät Arkel ja de Boer. Suljetussa astiassa hafnium reagoi jodin kanssa 500 °C lämmössä, muodostaen [[hafnium(IV)jodidi]]a, volframilangan luona 1&nbsp;700&nbsp;°C lämmössä päinvastainen reaktio tapahtuu ja jodi sekä hafnium vapautuvat. Hafnium muodostaa volframilangalle kiinteän pinnoitteen ja jodi voi reagoida jälleen uuden hafniumin kanssa, tuottaen jatkuvan prosessin.<ref name=":5" /><ref name=":9" />

:Hf + 2 I<sub>2</sub> (500&nbsp;°C) -> HfI<sub>4</sub>

:HfI<sub>4</sub> (1&nbsp;700&nbsp;°C) -> Hf + 2 I<sub>2</sub>

Vaikka hafniumia käytetään monipuolisesti, markkinat ovat melko pienet – vuosittain tuotetaan vain noin 70 tonnia hafniumia. Kysynnän odotetaan kuitenkin kasvavan, ensisijaisesti ydinteollisuudessa; World Nuclear Associationin mukaan tällä hetkellä rakennetaan 60 uutta ydinreaktoria maailmanlaajuisesti.<ref>{{Verkkoviite|osoite=http://www.mining.com/web/alkane-is-in-position-to-benefit-from-hafnium-demand-rise/|nimeke=Alkane is in position to benefit from hafnium demand rise|tekijä=|julkaisu=|ajankohta=|julkaisija=|viitattu=27.6.2017}}</ref>

== Käyttö ==
Useat seikat vaikuttavat siihen, että hafniumille on vain harvoja käyttökohteita; ensinnäkin hafniumin ja zirkoniumin samankaltaisuus tekevät mahdolliseksi käyttää zirkoniumia useimpiin käyttökohteisiin ja toiseksi hafnium tuli saataville puhtaana metallina sen jälkeen, kun ydinvoimateollisuudessa otettiin käyttöön hafniumista puhdistettua zirkoniumia 1950-luvun lopulla. Lisäksi hafniumin pienet pitoisuudet ja hankala erotteluprosessi tekevät siitä väistämättä harvinaisen aineen.<ref name=":6" />

Suurin osa tuotetusta hafniumista käytetään ydinreaktoreiden ohjaussauvojen tuotannossa<ref name=":11" />, mm. [[sukellusvene|ydinsukellusveneissä]], koska sillä on kyky absorboida neutroneja ja sillä on erinomaiset mekaaniset ja korroosionkesto-ominaisuudet.<ref name=":WebElements" /> Sitä käytetään myös [[rauta]]-, [[titaani]]-, [[niobium]]- ja [[tantaali]]lejeeringeissä sekä plasmaleikkauksessa elektrodina, koska se kykenee lähettämään elektroneja ilmaan.<ref name=":11" />

Hafniumin nanomateriaalit tarjoavat uusia ja ainutlaatuisia ominaisuuksia ja etuja nanoteknologiassa. Hafniumoksidia jauheena ja tiheänä pellettimuotona käytetään esimerkiksi optisena pinnoitteena. Oksidit ovat yleensä liukenemattomia. Fluoridit ovat myös liukenemattomia ja ne sopivat sellaisiin käyttötarkoituksiin, joissa happi on epätoivottu aine, esimerkiksi metallurgiassa, kemiallisessa ja fysikaalisessa kaasufaasipinnoituksessa ja joissakin optisissa pinnoitteissa. Hafniumia on saatavilla myös liukenevassa muodossa, kuten kloridi, nitraatti ja asetaatti.<ref>{{Verkkoviite|osoite=https://www.americanelements.com/hf.html|nimeke=Hafnium|tekijä=|julkaisu=|ajankohta=|julkaisija=|viitattu=27.6.2017}}</ref>

=== Ydinreaktorit ===
Hafniumin suuri neutroninkaappauspinta-ala tekee siitä hyvän materiaalin neutronien absorptioon [[ydinvoimala|ydinvoimaloiden]] säätösauvoissa, mutta vaatii myös, että se poistetaan [[neutroni|neutroneille]] läpinäkyvien [[korroosio]]ta kestävien zirkoniumseosten joukosta, joita käytetään [[ydinreaktori|ydinreaktoreissa]].

Useiden hafniumisotooppien ytimet voivat absorboida useita neutroneja. Tämä tekee hafniumista hyvän materiaalin ydinreaktoreiden ohjaussauvoissa. Sen neutronikaappauspinta-ala on noin 600-kertainen zirkoniumiin verrattuna. (Eräitä muita hyviä neutronien absorboija-aineita ovat kadmium ja boori.) Erittäin hyvät mekaaniset ominaisuudet ja loistava korroosionkesto sallivat sen käytön paineistetun veden reaktoreiden vaikeissa olosuhteissa.<ref name=":11" /> Saksalainen tutkimusreaktori FRM II käyttää hafniumia neutronien absorboimiseen.<ref>"Forschungsreaktor München II (FRM-II): Standort und Sicherheitskonzept" (pdf). Strahlen-schutzkommission. 1996-02-07. Archived from the original (pdf) on October 20, 2007. Viitattu 22.9.2008.</ref> Se on myös käytössä sotilasreaktoreissa, varsinkin Yhdysvaltain laivaston reaktoreissa<ref>J. H. Schemel (1977). ASTM Manual on Zirconium and Hafnium. ASTM International. p. 21. {{ISBN|978-0-8031-0505-8}}</ref>, mutta harvemmin siviilireaktoreissa, Shippingportin atomivoimala huomattavana poikkeuksena (muunnettu laivastoreaktori).<ref>C.W. Forsberg; K. Takase & N. Nakatsuka (2011). "Water Reactor". In Xing L. Yan & Ryutaro Hino. Nuclear Hydrogen Production Handbook. CRC Press. p. 192. {{ISBN|978-1-4398-1084-2}}</ref>

=== Metalliseokset ===
Hafniumia käytetään seoksissa [[rauta|raudan]], [[titaani]]n, [[niobium]]in, [[tantaali]]n ja muiden metallien kanssa. Seosmetalli, jota käytetään nestemäisten rakettien rakettisuuttimissa, kuten Apollo-ohjelman kuumodulien päämoottorissa on C103, jonka koostumus on 89&nbsp;% niobiumia, 10&nbsp;% hafniumia ja 1&nbsp;% titaania.<ref>Hebda, John (2001). "Niobium alloys and high Temperature Applications" (pdf). CBMM. Viitattu 4.9.2008.</ref>

Pienet määrät lisättyä hafniumia lisäävät nikkelipohjaisten seosmetallien suojaavien oksidisuomujen kiinnittyvyyttä. Se näin ollen lisää korroosionkestävyyttä varsinkin syklisissä lämpötiloissa joilla on tapana rikkoa oksidisuomuja luomalla lämpöstressejä bulkkiaineen ja oksidikerroksen välille.<ref>Maslenkov, S. B.; Burova, N. N.; Khangulov, V. V. (1980). "Effect of hafnium on the structure and properties of nickel alloys". Metal Science and Heat Treatment. 22 (4): 283–285. doi:10.1007/BF00779883.</ref><ref>Beglov, V. M.; Pisarev, B. K.; Reznikova, G. G. (1992). "Effect of boron and hafnium on the corrosion resistance of high-temperature nickel alloys". Metal Science and Heat Treatment. 34 (4): 251–254. doi:10.1007/BF00702544.</ref><ref name=":12">Voitovich, R. F.; Golovko, É. I. (1975). "Oxidation of hafnium alloys with nickel". Metal Science and Heat Treatment. 17 (3): 207–209. doi:10.1007/BF00663680.</ref>

=== Mikroprosessorit ===
Hafnium-pohjaisia yhdisteitä käytetään portti-eristeissä 45 nanometrin sukupolven integroiduissa piireissä kuten Intelin, IBM:n ja muiden valmistajien laitteissa.<ref name=":12" /><ref>Markoff, John (2007-01-27). "Intel Says Chips Will Run Faster, Using Less Power". New York Times. Viitattu 10.9.2008.</ref> Hafnium-oksidipohjaiset yhdisteet ovat käytännöllisiä korkean k-arvon dielektrisissä komponenteissa, sallien porttien virtavuotojen vähentämisen mikä parantaa suorituskykyä sellaisilla mittakaavoilla.<ref>Fulton, III, Scott M. (January 27, 2007). "Intel Reinvents the Transistor". BetaNews. Viitattu 27.1.2007.</ref><ref name=":13">Robertson, Jordan (January 27, 2007). "Intel, IBM reveal transistor overhaul". The Associated Press. Viitattu 10.9.2008.</ref>

=== Geokemian isotoopit ===
Hafniumin ja [[lutetium]]in isotooppeja (kuten myös [[ytterbium]]ia) käytetään isotooppien geokemiassa ja [[geokronologia|geokronologisissa]] käyttötarkoituksissa. Sitä käytetään usein merkkiaineena maan vaipan isotooppisen aikakehityksen seurannassa.<ref name=":13" /> Tämän syynä on se, että <sup>176</sup>Lu muuttuu <sup>176</sup>Hf:ksi noin 37 miljardin vuoden puoliintumisajalla.<ref>Söderlund, Ulf; Patchett, P. Jonathan; Vervoort, Jeffrey D.; Isachsen, Clark E. (March 2004). "The 176Lu decay constant determined by Lu–Hf and U–Pb isotope systematics of Precambrian mafic intrusions". Earth and Planetary Science Letters. 219 (3-4): 311–324. Bibcode:2004E&PSL.219..311S. doi:10.1016/S0012-821X(04)00012-3.</ref><ref>Blichert-Toft, Janne; Albarède, Francis (April 1997). "The Lu-Hf isotope geochemistry of chondrites and the evolution of the mantle-crust system". Earth and Planetary Science Letters. 148 (1-2): 243–258. Bibcode:1997E&PSL.148..243B. doi:10.1016/S0012-821X(97)00040-X.</ref><ref>Patchett, P. J.; Tatsumoto, M. (11 December 1980). "Lu–Hf total-rock isochron for the eucrite meteorites". Nature. 288 (5791): 571–574. doi:10.1038/288571a0.</ref>

Useimmissa geologissa materiaaleissa zirkon on hafniumia hallitsevana isäntänä (>10,000 ppm) ja on usein hafniumia koskevien geologisten tutkimusten kohteena.<ref>Kinny, P. D. (1 January 2003). "Lu-Hf and Sm-Nd isotope systems in zircon". Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 53 (1): 327–341. doi:10.2113/0530327.</ref> Hafnium korvaa herkästi zirkonin kiderakenteessa ja vastustaa siten hafniumin liikkuvuutta ja epäpuhtauksia. Vaikkakin Lu/Hf systeemiä voidaan käyttää laskemaan "malli-ikää", toisin sanoen aikaa, jolloin se erkautui tietystä isotooppilähteestä kuten maan vaipasta. Nämä "iät" eivät pidä sisällään samaa geologista merkitystä kuin muut geokronologiset tekniikat, koska tulokset usein antavat isotooppien seoksia ja näin tarjoavat alkuperämateriaalin keskimääräisen iän.

Garnetti on eräs toinen mineraali, joka sisältää huomattavia pitoisuuksia hafniumia, jota voidaan käyttää geokronometrina. Garnetista löytyvät korkeat ja vaihtelevat Lu/Hf suhteet tekevät siitä hyödyllisen metamorfisten tapahtumien ajoittamisessa.<ref>Albarède, F.; Duchêne, S.; Blichert-Toft, J.; Luais, B.; Télouk, P.; Lardeaux, J.-M. (5 June 1997). "The Lu–Hf dating of garnets and the ages of the Alpine high-pressure metamorphism". Nature. 387 (6633): 586–589. doi:10.1038/42446.</ref>

=== Muut käyttötavat ===
Korkean lämmönsietonsa vuoksi ja hapen sekä typen affiniteettinsa takia, hafnium on hyvä hapen ja typen kerääjä kaasutäytteisissä ja hehkulampuissa.<ref>Ramakrishnany, S.; Rogozinski, M. W. (1997). "Properties of electric arc plasma for metal cutting" (pdf). Journal of Physics D: Applied Physics. 30 (4): 636–644. Bibcode:1997JPhD...30..636R. doi:10.1088/0022-3727/30/4/019.</ref>

DARPA:n rahoittama tutkimus Yhdysvalloissa tutki mahdollisuutta käyttää hafniumin ydinisomeeria (<sup>178m2</sup>Hf) rakennusaineena suuritehoisille aseille, joissa röntgeniä käytettäisiin laukaisuun indusoidun [[gammasäteily]]n käyttökohteena, mutta todettiin epäkäytännölliseksi suurten kustannusten takia.

== Isotoopit ==
Ainakin 34 hafniumin isotooppia on havaittu, [[massaluku|massanumeroiltaan]] väliltä 153:sta 186:een.<ref name=":10" /><ref name=":14">Georges, Audi; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A. H. (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3–128. Bib-code:2003NuPhA.729....3A.doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.</ref> Viisi vakaata isotooppia ovat välillä 176:sta 180:een. Radioaktiivisten isotooppien puoliintumisaika alkaa vain 400:sta millisekunnista <sup>153</sup>Hf:lle,<ref name=":14" /> jopa 2.0 petavuoteen (10<sup>15</sup> vuotta) vakaimmalle isotoopille, <sup>174</sup>Hf.<ref name=":10" /> Luonnollinen hafnium (<sup>172</sup>Hf) koostuu viidestä stabiilista isotoopista (<sup>176</sup>Hf, <sup>177</sup>Hf, <sup>178</sup>Hf, <sup>179</sup>Hf ja <sup>180</sup>Hf) ja yhdestä hyvin pitkäikäisestä radioisotoopista, <sup>174</sup>Hf, jonka puoliintumisaika on 2 &middot; 10<sup>15</sup> vuotta. Lisäksi on 30 muuta tunnettua radionuklidia, joista stabiilein on <sup>182</sup>Hf (sen puoliintumisaika on 8,9 &middot; 10<sup>6</sup> vuotta). Ei ole olemassa muuta radioisotooppia, jonka puoliintumisaika olisi yli 1,87 vuotta. Tunnetaan myös 26 [[ydinisomeeri]]ä, joista stabiilein on <sup>178m2</sup>Hf (puoliintumisaika 31 vuotta). Ydinisomeeri <sup>178m2</sup>Hf oli kiistojen keskipisteenä useiden vuosien ajan liittyen sen mahdolliseen asekäyttöön.

== Varotoimet ==
Varovaisuutta tarvitaan silloin, kun hafniumia koneistetaan, koska se on [[pyroforia|pyroforista]] – pienet partikkelit voivat syttyä itsestään altistuessaan ilmalle. Yhdisteet jotka sisältävät tätä metallia ovat harvoin useimpien ihmisten saatavilla. Puhdas metalli ei ole myrkyllistä, mutta hafniuminyhdisteitä tulisi käsitellä kuin ne olisivat myrkyllisiä, koska metallien ioniset muodot ovat yleensä suurimpia myrkyllisyysriskejä, ja on tehty vain vähän eläinkokeita hafniumin yhdisteillä.<ref name=":2" />

Ihmiset voivat altistua hafniumille työpaikallaan hengittämällä sitä, nielemällä sitä, ihokontaktilla tai silmäkontaktilla. Yhdysvaltain Työterveys ja -turvallisuusvirasto OSHA on asettanut laillisen sallitun rajan hafniumille ja sen yhdisteille altistumiselle tasolle TWA 0,5&nbsp;mg/m<sup>3</sup> 8-tuntisen työpäivän aikana. National Institute for Occupational Safety and Health NIOSH on asettanut samat suositukset. Tasolla 50&nbsp;mg/m<sup>3</sup> hafnium muodostaa välittömän vaaran hengelle ja terveydelle.<ref>"CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards – Hafnium". www.cdc.gov. Viitattu 3.11.2015.</ref>

== Katso myös ==
* [[Kidetankoprosessi]]
* [[Lejeerinki]]

== Lähteet ==
{{Viitteet|sarakkeet}}

== Aiheesta muualla ==
{{commonscat-rvi}}
* {{Kemikaalikortti|0847|Hafniumin}}
*[http://periodictable.com/Elements/072/data.html Periodictable: Technical data for Hafnium] {{en}}
*[http://webmineral.com/chem/Chem-Hf.shtml#.W5U8-WwUl9A Webmineral: Mineral Species containing Hafnium (Hf)] {{en}}
*[https://www.mindat.org/element/Hafnium Mindat: The Mineralogy of Hafnium] {{en}}
*[https://www.mindat.org/min-47058.html Mindat: Hafnium] {{en}}
* Hafniumin [https://www.americanelements.com/hf.html turvallisuustiedote]
* {{Isotopes Project|Hf|hafniumin}}
* [https://www.rsc.org/periodic-table/element/72/hafnium The Royal Society of Chemistry (RSC): Hafnium] {{en}}
* [https://www.periodictable.one/element/72 PeriodicTable: Hafnium (Hf)] {{en}}
* [https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/element/72 PubChem: Hafnium] {{en}}
* [https://hmdb.ca/metabolites/HMDB0029201 Human Metabolome Database (HMDB): Hafnium] {{en}}
* [https://foodb.ca/compounds/FDB003774 Food Component Database (FooDB): Hafnium] {{en}}

[[Luokka:Alkuaineet]]
[[Luokka:Metallit]]