Úvod
Hafnium (chemická značka Hf) je stříbřitě lesklý, těžký a vůči korozi velmi odolný kov. Jeho protonové číslo je 72, čímž se řadí mezi přechodné kovy do 4. skupiny periodické tabulky. Vizuálně je tento kujný a tažný prvek podobný oceli. V přírodě se nikdy nenachází v čisté formě, ale vždy doprovází chemicky velmi podobné zirkonium v jeho minerálech, nejčastěji v zirkonu. Získávání čistého hafnia je proto náročný proces separace. Uplatnění nachází především v regulačních tyčích jaderných reaktorů a ve speciálních slitinách pro letecký průmysl.
Vlastnosti
Hafnium, chemická značka Hf, je lesklý, stříbřitě šedý, kujný a tažný přechodný kov s vysokou hustotou a velmi vysokým bodem tání. Jeho atomové číslo je 72 a v periodické tabulce se nachází ve 4. skupině. Chemicky je mimořádně podobný zirkoniu, což je důsledek lanthanoidové kontrakce, a proto je jejich vzájemná separace technologicky náročná. Na vzduchu je hafnium vysoce odolné proti korozi, protože se na jeho povrchu tvoří tenká, pasivní vrstva oxidu, která ho chrání před dalšími reakcemi. Je odolné vůči většině kyselin a zásad.
Vznik názvu
Původ názvu hafnia je spjat s místem jeho objevu. Je odvozen od latinského jména *Hafnia*, což je historický název pro Kodaň. Právě v tomto dánském hlavním městě byl prvek roku 1923 izolován a identifikován. Jméno tak přímo oslavuje město, kde věda dosáhla tohoto významného úspěchu.
Objev
Existence hafnia byla teoreticky předpovězena již Dmitrijem Mendělejevem v roce 1869 na základě prázdného místa v jeho periodické tabulce. K jeho skutečnému objevu však došlo až v roce 1923 v Kodani. Zásluhu na tom mají nizozemský fyzik Dirk Coster a maďarský chemik George de Hevesy. Pomocí rentgenové spektroskopie analyzovali norské a grónské vzorky minerálu zirkonu a identifikovali spektrální čáry charakteristické pro prvek s atomovým číslem 72. Prvek byl pojmenován Hafnium podle latinského názvu města objevu, *Hafnia*. Tento objev byl klíčovým potvrzením Bohrova modelu atomu.
Výskyt v přírodě
Hafnium se v zemské kůře nevyskytuje jako volný prvek, ale vždy neoddělitelně doprovází zirkonium v jeho minerálech. Nejvýznamnějšími zdroji jsou zirkon (ZrSiO₄) a baddeleyit (ZrO₂), kde hafnium tvoří přibližně 1 až 2 % celkového obsahu zirkonia. Získávání čistého hafnia představuje technologickou výzvu právě kvůli jeho extrémní chemické podobnosti se zirkoniem. Klíčovým krokem je jejich vzájemná separace, která se provádí nejčastěji metodou vícefázové kapalinové extrakce. Následně se izolovaná sloučenina hafnia převede na chlorid hafničitý, který je finálně redukován hořčíkem nebo sodíkem v Krollově procesu na kovové hafnium.
Využití
Hafnium je pro člověka klíčové v jaderném průmyslu. Jeho výjimečná schopnost pohlcovat neutrony ho předurčuje pro výrobu regulačních tyčí v jaderných reaktorech, zejména v ponorkách, kde je vyžadována spolehlivost a kompaktnost. V metalurgii tvoří žáruvzdorné superslitiny s niobem a tantalem, které nacházejí uplatnění v raketových motorech. V mikroelektronice je oxid hafničitý nenahraditelný pro výrobu tranzistorů v moderních čipech, kde nahradil oxid křemičitý. Využívá se i v elektrodách pro plazmové řezání. V přírodě nemá žádnou biologickou funkci, vyskytuje se pouze jako nerozlučná příměs v zirkoniových minerálech.
Sloučeniny
Člověkem syntetizované sloučeniny hafnia mají zásadní technologický význam. Nejdůležitější je oxid hafničitý, klíčové dielektrikum v moderních mikročipech, které umožňuje jejich další miniaturizaci. Karbid hafnia se pyšní jedním z nejvyšších bodů tání ze všech známých binárních sloučenin a využívá se pro extrémně odolné povlaky. Chlorid hafničitý slouží jako prekurzor pro výrobu vysoce čistého kovového hafnia. V přírodě se hafnium prakticky nevyskytuje ve vlastních minerálech. Jeho přirozenou formou je příměs v křemičitanu zirkoničitém, zirkonu, kde atomy hafnia nahrazují atomy zirkonia v krystalové mřížce.
Zajímavosti
Hafnium je téměř dokonalým chemickým dvojčetem zirkonia. Jejich chemické vlastnosti jsou natolik identické, že jejich vzájemná separace je jedním z nejnáročnějších procesů v průmyslové chemii. Přesto je tato separace klíčová, protože jejich jaderné vlastnosti jsou diametrálně odlišné. Zatímco zirkonium neutrony téměř neovlivňuje, hafnium je efektivně pohlcuje. Z jedné a téže rudy se tak získávají materiály pro opačné role v reaktoru: propustné pokrytí paliva a absorpční regulační tyče. Jemně rozemletý prášek kovového hafnia je navíc pyroforní a na vzduchu se může samovolně vznítit.
