Hafnium ist das 72. Element des Periodensystems und chemisch dem Zirkonium sehr ähnlich. Von allen Elementen gehören Hafnium und Zirkon zu den am schwierigsten zu unterscheidenden Elementen, obwohl die Dichte von Hafnium etwa doppelt so hoch ist wie die von Zirkon. Hafnium ist ein seltenes, silbriges, duktiles, korrosionsbeständiges Metall, das nur 0.00058% des Gewichts der oberen Erdkruste ausmacht.
Hafnium ist unter Chemikern und Physikern aus mehreren Gründen bekannt. Einer liegt an seinen neutronenabsorbierenden Eigenschaften. Hafnium wird verwendet, um die Steuerstäbe für Kernreaktoren herzustellen. Wenn ein Hafnium-Kontrollstab in einen Reaktor geschoben wird, absorbiert er Streuneutronen, die durch Uran- oder Plutonium-befeuerte Kernreaktionen freigesetzt werden, und kühlt den Reaktor ab. Dies ist wichtig, um den Reaktor unter Kontrolle zu halten und eine Kernschmelze zu verhindern. Da selbst winzige Verunreinigungen von Zirkonium die nukleare Absorptionskapazität von Hafnium radikal verringern können, ist ein schwieriger Trennprozess erforderlich, um Hafnium in der Reinheit herzustellen, die als Kontrollstab erforderlich ist.
Ein weiterer Grund für den Ruhm von Hafnium ist eine Legierung, die es herstellen kann, Hafniumcarbid (HfC), das den höchsten Schmelzpunkt aller binären Verbindungen hat (3890 ° C, 7034 ° F). Obwohl es im Bauwesen oder in der Luft- und Raumfahrt nicht ausgiebig verwendet wurde, wurde es als Baumaterial für Strukturen vorgeschlagen, die starker Hitze ausgesetzt sind.
Die vielleicht exotischsten Eigenschaften von Hafnium sind die seines Kernisomers Hf-178-m2. Ein Kernisomer ist eine spezielle Version eines Elements, das in seinem Kern angeregte Protonen und/oder Neutronen enthält und es über den Grundzustand stellt. Dies gibt ihm die Möglichkeit, enorme Energiemengen in Form von Gammastrahlen zu speichern und freizugeben. Hafnium-Isomer hat mehr Potenzial zur Energiespeicherung als jedes andere ähnlich langlebige Isomer. (Die meisten Isomere zerfallen im Bruchteil einer Sekunde.) Ein Kilogramm reines Hf-178-m2 hätte eine berechnete Energie von 1330 Gigajoule, was einer Explosion von etwa 317 Tonnen TNT entspricht. Hf-178-m2 ist im Guten wie im Schlechten ziemlich selten und wird allgemein als die teuerste Substanz der Welt angesehen, die Millionen pro Gramm kostet. DARPA und das Pentagon haben die Verwendung von Hafnium-Isomeren untersucht, um Gammastrahlenbomben herzustellen, die Atomverträge umgehen, ohne bisher bekannten Erfolg.