Hf
178.490Hafniyum
Hafnium
Nükleer reaktör kontrol çubuklarında kullanılır. Zirkonyumla kimyasal benzerlik gösterir ve onun cevherinde bulunur.
72
178.49 g/mol
[Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s²
2 | 8 | 18 | 32 | 10 | 2
1.3
13.31 g/cm³
2232.8 °C
4602.9 °C
Dirk Coster
Dirk Coster ve George de Hevesy, 1923'te Kopenhag'daki Niels Bohr Enstitüsü'nde X-ışını spektroskopisi kullanarak zirkonyum minerallerinde hafniyumu keşfetti. Element adını Kopenhag'ın Latince adı Hafnia'dan aldı. Keşif, Bohr'un periyodik tablodaki 72. elementin 4. grup geçiş metali olması gerektiği yönündeki teorik öngörüsüne dayanıyordu; bazı kimyacılar onu lantanit sanmıştı. Lantanit büzülmesi nedeniyle Hf iyon yarıçapı Zr ile neredeyse aynıdır; bu nedenle ikisi doğada birlikte bulunur ve ayırt edilmesi son derece güçtür.
HfO₂
Hafniyum DioksitHfCl₄
Hafniyum(IV) KlorürHfC
Hafniyum KarbürNükleer denizaltı reaktör kontrol çubukları: Hf çok yüksek nötron yakalama tesir kesitine (~100 barn) sahiptir; denizaltı ve bazı sivil nükleer reaktörlerde kontrol çubuğu malzemesi olarak kullanılır. Nükleer saflıkta Zr'den arındırılmış Hf gereklidir.
HfO₂ yüksek-k dielektrik: 2007'de Intel 45 nm işlem teknolojisiyle (Penryn) HfO₂ yüksek-k geçit dielektriği devreye girdi; SiO₂'nin kuantum tünelleme kaçak akımını önlemek için metal kapı + yüksek-k (HKMG) mimarisine geçildi. Modern akıllı telefon ve bilgisayar işlemcilerinde kullanılır.
HfC ve HfN ultra yüksek sıcaklık seramikleri: HfC (erime noktası ~3890°C) ve HfN, bilinen en yüksek erime noktalarına sahip seramiklerdendir; hipersonik araç burun konisi ve roket nozul uygulamaları.
Hf-Zr nükleer alaşımları: Nükleer yakıt kılıflarında kullanılan zirkalloy alaşımlarından nükleer saflık için Hf'nin uzaklaştırılması zorunludur; Hf katkı zirkonyumu nötron-opak hale getirir.
Hafniyumun bilinen temel bir biyolojik rolü yoktur. Biyolojik toksisite çalışmalarında zirkonyumdan daha toksik olduğu görülmüş; ancak endüstriyel maruz kalım dışında sağlık riski düşüktür.
01
HfO₂'nin CPU'ya girişi (Intel 2007) "ölçekleme krizi"ni çözdü: 45 nm SiO₂ geçit tabakası sadece 1–2 nm inceliğinde kalıyordu ve kuantum tünelleme nedeniyle akım kaçağı artar hale gelmişti; HfO₂ (k≈25, SiO₂ k≈3,9) çok daha kalın ama eşdeğer elektriksel kapasitans sağlayarak kaçağı azalttı.
02
Hafniyum adını taşıyan Kopenhag, aynı zamanda Niels Bohr'un çalışma yeridir; keşif, Bohr'un kuantum atom modeli tahminlerinin ilk deneysel doğrulamalarından biri olarak nükleer kimya tarihine geçmiştir.
03
Zirkonyum ve hafniyum birbirinden ayırmak, doğal kimyasal ayrıştırmanın en zorlu görevlerinden biridir; iki elementin iyon yarıçapları lantanit büzülmesi sayesinde birbirine çok yakındır (Zr⁴⁺: 72 pm, Hf⁴⁺: 71 pm).
1
5. Periyot geçiş metali değil, 6. Periyot; elektron dizilimi [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6s²; +4 baskın yükseltgenme basamağı.
2
HfO₂ yüksek-k dielektrik: modern CPU transistör kapısı (Intel 2007); yüksek nötron yakalama → denizaltı reaktör kontrol çubuğu.
3
Lantanit büzülmesi: Hf⁴⁺ ≈ Zr⁴⁺ iyon yarıçapı → doğada birlikte bulunur, ayrışması güç.