Hafn

Miejscem, w którym odkryto hafn jest Instytut Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie Kopenhaskim w Danii. Odkrycia dokonano w grudniu 1922 roku, a artykuł opisujący odkrycie ukazał się w styczniu 1923 roku. Duński fizyk Dirk Coster i Węgier György von Hevesy odkrytemu przez siebie pierwiastkowi nadali nazwę hafn od dawnej, łacińskiej nazwy Kopenhagi­ – Hafnia.

Źródłem, w którym dokonano odkrycia tego metalu był tlenek cyrkonu, który, kierując się sugestią Nilsa Bohra, został poddany badaniu przy użyciu spektroskopii rentgenowskiej. Aby wyjaśnić skąd Bohr wysnuł przypuszczenie, że cyrkonowi może towarzyszyć jeszcze inny, nieznany pierwiastek musimy cofnąć się do lat siedemdziesiątych dziewiętnastego wieku, kiedy powstawał układ okresowy Mendelejewa. Tworząc układ okresowy rosyjski uczony pozostawił w nim miejsce poniżej cyrkonu dla nieodkrytego pierwiastka o liczbie masowej około 180. Gdy przewidywania Mendelejewa co do galu, skandu i germanu okazały się prawidłowe poszukiwania pierwiastka mającego wypełnić lukę poniżej cyrkonu nabrały tempa. Przewidywania właściwości tego pierwiastka formułowane przez Mendelejewa były ogólnikowe. Z jednej strony pierwiastek ten mógł mieć właściwości podobne do cyrkonu, a  z drugie nie wykluczał on, że jest to jakiś przedstawiciel pierwiastków ziem rzadkich.

Przypomnijmy sobie odkrywcę lutetu, francuskiego chemika Georgesa Urbaina, który w 1911 roku donosił o odkryciu kolejnego pierwiastka ziem rzadkich nazwanego przez niego „celtium”. Urbain sam nie był pewny swojego odkrycia, chociaż zarejestrowane widmo spektralne wykazywało obecność linii nie pasujących do żadnego ze znanych pierwiastków. Próbki „celtium” wysłał do laboratorium Moseleya w Oxfordzie, gdzie zarejestrowano widma rentgenowskie, które jednak okazały się złej jakości. Mimo tego Moseley w sierpniu 1914 roku opublikował krótki komunikat, w którym stwierdził, że „celtium” jest mieszaniną znanych metali ziem rzadkich. Komunikat Moseleya nie wzbudził większego zainteresowania wśród naukowców, a symbol Ct pojawiał się nadal w pracach naukowych. W międzyczasie Bohr pracował nad teorią powłok elektronowych w atomach, co doprowadziło do wyjaśnienia periodyczności zmian właściwości pierwiastków chemicznych. Dodatkowo Bohr również rozwiązał problem liczby pierwiastków ziem rzadkich, które to zagadnienie było szeroko dyskutowane w owym czasie. Teoria Bohra nie dopuszczała możliwości aby „celtium” miało być metalem z grupy pierwiastków ziem rzadkich. A skoro tak to dlaczego nie miałby to być pierwiastek wypełniający lukę w układzie okresowym poniżej cyrkonu? I dalej, jeżeli lutet, ostatni ze znanych w tym czasie pierwiastków ziem rzadkich kończył ich serię w układzie okresowym, to pierwiastek o liczbie atomowej 72 musi być podobny do cyrkonu. Ten tok rozumowania spowodował, że Bohr zwrócił się do Costera i von Hevesy’go o poszukiwanie brakującego pierwiastka w rudach cyrkonu.

Przedstawione powyżej rozumowanie wydaje się dla nas logiczne i prawidłowe. Jednak dla Bohra i jemu współczesnych sytuacja wyglądała inaczej. Gdyby okazało się, że pierwiastek o liczbie atomowej 72 nie cechuje się właściwościami podobnymi do cyrkonu, teoria Bohra dotycząca periodyczności związanej z budową elektronową okazała by się błędna. Odkrycie hafnu, i potwierdzenie jego uderzającego podobieństwa do cyrkonu potwierdziło teorię Bohra, analogicznie jak odkrycie galu było potwierdzeniem systemu Mendelejewa. Podobieństwo pomiędzy cyrkonem a hafnem jest tak duże, że rozdzielenie tych dwóch metali jest praktycznie niemożliwe. Zawierający 2% cyrkonu hafn jest uznawany za bardzo czysty.

W momencie gdy Urbain dowiedział się o odkryciu hafnu zrozumiał, że los „celtium” został przesądzony. Jednak Urbain nie chciał rozstać się ze swoim „celtium” i kontynuował próby potwierdzenia jego identyfikacji. W tych badaniach wspomagał go francuski chemik A. Dauvillier wykonując badania spektroskopowe, które miały dowieść, że „celtium” należy do metali ziem rzadkich. Później obydwaj uczeni stwierdzili, że Coster i Hevesy jedynie potwierdzili wcześniejsze odkrycie „celtium”. Jednak po otrzymaniu czystych pierwiastków spektroskopia wykazała, że hafn nie ma nic wspólnego z „celtium”. W roku 1922 Urbain wraz z C. Boulangé badali alvit jeden z najważniejszych minerałów zawierających hafn i cyrkon i nie udało im się odkryć w nim poszukiwanego hafnu. Porażka wynikała z faktu, że obydwoje uczeni stosowali metody chemiczne, które ze względu na podobieństwo pomiędzy hafnem i cyrkonem nie pozwalają na ich rozdzielenie.