Hafnium
Hafnium is a chemical element; it has symbol Hf and atomic number 72. A lustrous, silvery gray, tetravalent transition metal, hafnium chemically resembles zirconium and is found in many zirconium minerals. Its existence was predicted by Dmitri Mendeleev in 1869, though it was not identified until 1922, by Dirk Coster and George de Hevesy. making it one of the last two stable elements to be discovered. (The element rhenium was found in 1908 by Masataka Ogawa, though its atomic number was misidentified at the time, and it was not generally recognised by the scientific community until its rediscovery by Walter Noddack, Ida Noddack, and Otto Berg in 1925. This makes it somewhat difficult to say if hafnium or rhenium was discovered last.) Hafnium is named after Hafnia, the Latin name for Copenhagen, where it was discovered.
Hafnium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pronunciation | /ˈhæfniəm/ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Appearance | steel gray | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standard atomic weight Ar°(Hf) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Hafnium in the periodic table | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Atomic number (Z) | 72 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Group | group 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Period | period 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Block | d-block | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electron configuration | [Xe] 4f14 5d2 6s2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrons per shell | 2, 8, 18, 32, 10, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Physical properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phase at STP | solid | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Melting point | 2506 K (2233 °C, 4051 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Boiling point | 4876 K (4603 °C, 8317 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Density (near r.t.) | 13.31 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
when liquid (at m.p.) | 12 g/cm3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Heat of fusion | 27.2 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Heat of vaporization | 648 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar heat capacity | 25.73 J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vapor pressure
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Atomic properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidation states | −2, 0, +1, +2, +3, +4 (an amphoteric oxide) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegativity | Pauling scale: 1.3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionization energies |
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Atomic radius | empirical: 159 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Covalent radius | 175±10 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spectral lines of hafnium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Other properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Natural occurrence | primordial | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Crystal structure | hexagonal close-packed (hcp) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Thermal expansion | 5.9 µm/(m⋅K) (at 25 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Thermal conductivity | 23.0 W/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrical resistivity | 331 nΩ⋅m (at 20 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Magnetic ordering | paramagnetic | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar magnetic susceptibility | +75.0×10−6 cm3/mol (at 298 K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Young's modulus | 78 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Shear modulus | 30 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bulk modulus | 110 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Speed of sound thin rod | 3010 m/s (at 20 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poisson ratio | 0.37 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mohs hardness | 5.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vickers hardness | 1520–2060 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Brinell hardness | 1450–2100 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS Number | 7440-58-6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
History | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Naming | after Hafnia. Latin for: Copenhagen, where it was discovered | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Prediction | Dmitri Mendeleev (1869) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Discovery and first isolation | Dirk Coster and George de Hevesy (1922) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotopes of hafnium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Hafnium is used in filaments and electrodes. Some semiconductor fabrication processes use its oxide for integrated circuits at 45 nanometers and smaller feature lengths. Some superalloys used for special applications contain hafnium in combination with niobium, titanium, or tungsten.
Hafnium's large neutron capture cross section makes it a good material for neutron absorption in control rods in nuclear power plants, but at the same time requires that it be removed from the neutron-transparent corrosion-resistant zirconium alloys used in nuclear reactors.