General properties | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Pronunciation |
/ˈhæfniəm/ HAF-nee-əm |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Appearance | steel gray | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standard atomic weight (Ar, std) | 178.49(2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hafnium in the periodic table | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomic number (Z) | 72 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Group, period | group 4, period 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Block | d-block | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Element category | transition metal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomic properties | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidation states | 4, 3, 2, 1, −2 (an amphoteric oxide) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegativity | Pauling scale: 1.3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionization energies |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomic radius | empirical: 159 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Covalent radius | 175±10 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Miscellanea | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Crystal structure | hexagonal close-packed (hcp) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Speed of sound thin rod | 3010 m/s (at 20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Magnetic susceptibility | +75.0·10−6 cm3/mol (at 298 K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Young's modulus | 78 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Shear modulus | 30 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bulk modulus | 110 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Main isotopes of hafnium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Hafnium is a chemical element with 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 1923, by Dr Alexander Scott, making it the last stable element to be discovered. Hafnium is named after Hafnia, the Latin name for Copenhagen, where it was discovered.
Hafnium is used in filaments and electrodes. Some semiconductor fabrication processes use its oxide for integrated circuits at 45 nm 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.
Hafnium is a shiny, silvery, ductile metal that is corrosion-resistant and chemically similar to zirconium (due to its having the same number of valence electrons, being in the same group, but also to relativistic effects; the expected expansion of atomic radii from period 5 to 6 is almost exactly cancelled out by the lanthanide contraction). The physical properties of hafnium metal samples are markedly affected by zirconium impurities, especially the nuclear properties, as these two elements are among the most difficult to separate because of their chemical similarity.