하프늄 (Hf)

발견 과정

발견: 1922 · George de Hevesy

1869년 드미트리 멘델레예프는 티타늄과 지르코늄보다 무거운 원소들이 존재할 것이라고 예측했다. 1914년 헨리 모즐리는X선 분광학을 통해 원자 번호를 알아낼 수 있는 방법을 발견했고 원자 번호43, 61, 72, 75에 발견되지 않은 란타넘족이 있다는 사실을 발견했다. 이에 발견되지 않은 원소를 찾기 위한 이른바 '원소 사냥'이 벌어지게 되었다. 한편, 모즐리의 발견이 있기 이전인1907년에 위르뱅은 희토류 금속에 속하는72번 원소를 발견했다고 주장했고, 1911년 '셀튬(celtium)'이라는 이름으로 발표했다. 그러나 이는 나중에 발견된 하프늄의 선 스펙트럼이나 화학적 성질과는 큰 차이가 있었고, 논란의 대상이 되었다. 이후 모즐리의X선 분광학 조사를 통해 위르뱅이 발견한 원소는72번 원소가 아님이 밝혀졌다. 1923년 초반에는 일부 화학자와 물리학자들이72번 원소는 지르코늄과 성질이 비슷할 것이며, 희토류 금속에 속하지 않을 것이라는 새로운 주장을 했다. 이는 모즐리의X선 분광학과 보어의 원자 모형에 바탕을 둔 주장이었다. 이러한 주장과1922년 위르뱅이1911년에 발견한 것이 원자 번호72번의 희토류 원소가 맞지 않았느냐는 주장이 다시 제기되면서 코스테르(Dirk Coster)와 죄르지 헤베시(Georg von Hevesy)는 지르코늄을 포함한 광석에서72번 원소를 찾아내는 작업에 들어갔다. 마침내1923년 덴마크 코펜하겐에서 두 사람은 하프늄을 발견하였고, 이는 멘델레예프가1869년에 예측한 성질과도 잘 들어맞았다. 이는 나중에 노르웨이에서X선 분광학 연구를 통해 사실임이 입증되었다. 이후, 원소가 발견된 곳인 코펜하겐의 라틴어식 지명 '하프니아'에서 이름을 따 ‘하프늄’이라는 이름이 붙여졌다.

용도와 활용

하프늄 동위 원소들의 원자핵은 한 개당 중성자 여러 개를 흡수할 수 있다. 이 성질을 이용해 원자로에서 제어봉에 사용된다. 하프늄 원자핵이 중성자를 흡수하는 비율은 지르코늄보다 약600배 정도 뛰어난 것으로 알려져 있다. 또, 부식에 강한 성질은 가압수형 원자로의 극한 조건에서도 잘 견디게 해주어 많이 사용되고 있다. 하프늄은 철, 티타늄, 나이오븀, 탄탈럼 등 여러 가지 금속과의 합금으로 사용된다. 또, 니켈이 주성분인 합금에 소량의 하프늄이 첨가되면 잘 산화되지 않아 부식에 강해진다.

동위원소

At least 40 isotopes of hafnium have been observed, ranging in mass number from 153 to 192. The five stable isotopes have mass numbers from 176 to 180 inclusive; the primordial 174Hf has a very long half-life of 3.8×1016 years. The extinct radionuclide 182Hf has a half-life of 8.90 million years, and is an important tracker isotope for the formation of planetary cores. No other radioisotope has a half-life over 1.87 years. The longest-lived nuclear isomer 178m2Hf (31 years) was at the center of a controversy for several years regarding its potential use as a weapon. Because of its high energy compared to the ground state 178Hf, the isomer was put under scrutiny as being capable of induced gamma emission, which could be weaponized to produce large amounts of gamma radiation all at once. Applications of the isomer have been frustrated due to the difficulty of producing it without the produ