Hafnio

O hafnio é un elemento químico de número atómico 72 que se atopa no grupo 4 da táboa periódica dos elementos e simbolízase como Hf.

Hafnio
Zr     72 Hf                                                                                                                                                                                                                                           Hf Rf Lutecio ← Hafnio → Tántalo Táboa periódica dos elementos
[[Ficheiro:{{{espectro}}}|300px|center]]
Liñas espectrais do Hafnio
Información xeral
Nome, símbolo, número	Hafnio, Hf, 72
Serie química	Metal de transición
Grupo, período, bloque	4, 6, d
Densidade	13310 kg/m3
Dureza	5,5
Aparencia	Gris
N° CAS	7440-58-6
N° EINECS	231-166-4
Propiedades atómicas
Masa atómica	178,49(2)[1] u
Raio medio	155 pm
Raio atómico (calc)	208 pm
Raio covalente	150 pm
Raio de van der Waals	{{{radio_van_der_waals}}} pm
Configuración electrónica	[Xe]4f14 5d2 6s2
Electróns por nivel de enerxía	2, 8, 18, 32, 10, 2
Estado(s) de oxidación	4, 3, 2
Óxido	Anfótero
Estrutura cristalina	hexagonal
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Punto de fusión	2506 K
Punto de ebulición	4876 K
Punto de inflamabilidade	{{{P_inflamabilidade}}} K
Entalpía de vaporización	575 kJ/mol
Entalpía de fusión	24,06 kJ/mol
Presión de vapor	0,00112 Pa a 2500 K
Temperatura crítica	K
Presión crítica	Pa
Volume molar	{{{volume_molar}}} m3/mol
Velocidade do son	3010 m/s a 293.15 K (20 °C)
Varios
Electronegatividade (Pauling)	1,3
Calor específica	140 J/(K·kg)
Condutividade eléctrica	3,12·106 S/m
Condutividade térmica	23 W/(K·m)
1.ª Enerxía de ionización	658,5 kJ/mol
2.ª Enerxía de ionización	1440 kJ/mol
3.ª Enerxía de ionización	2250 kJ/mol
4.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización4}}} kJ/mol
5.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización5}}} kJ/mol
6.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización6}}} kJ/mol
7.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización7}}} kJ/mol
8.ª enerxía de ionización	{{{E_ionización8}}} kJ/mol
9.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización9}}} kJ/mol
10.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización10}}} kJ/mol
Isótopos máis estables
iso AN Período MD Ed PD MeV 172Hf Sintético 1,87 a ε 0,350 172Lu 174Hf 0,16% 2·1015 a α 2,495 170Yb 176Hf 5,26% estable con 104 neutróns 177Hf 18,60% estable con 105 neutróns 178Hf 27,28% estable con 106 neutróns 179Hf 13,62% estable con 107 neutróns 180Hf 35,08% estable con 108 neutróns 182Hf Sintético 9·106 β- 0,373 182Ta
Unidades segundo o SI e en condicións normais de presión e temperatura, salvo indicación contraria.

É un metal de transición, brillante, gris-prateado, quimicamente moi parecido ao circonio, atopándose nos mesmos minerais e compostos, e sendo difícil separalos. Úsase en aliaxes con volframio en filamentos e en eléctrodos. Tamén se utiliza como material de barras de control de reactores nucleares debido á súa capacidade de absorción de neutróns.

Propiedades

É un metal dúctil, brillante, prateado e resistente á corrosión; quimicamente moi similar ao circonio. Estes dous elementos teñen o mesmo número de electróns nas súas capas exteriores e os seus raios iónicos son moi similares debido á contracción dos lantánidos. Por isto son moi difíciles de separar (os procesos xeolóxicos non os deron separado e na natureza encóntranse xuntos) e non hai outros elementos químicos que se parezan tanto entre si. As únicas aplicacións para as que é necesario separalos é para o seu uso polas súas propiedades de absorción de neutróns, en reactores nucleares.

O carburo de hafnio (HfC) é o composto binario máis refractario coñecido, cun punto de fusión de 3.890 °C, e o nitruro de hafnio (HfN) é o máis refractario de todos os nitruros metálicos coñecidos, cun punto de fusión de 3.310 °C. O carburo mixto de hafnio e tántalo (Ta4HfC5) é o composto múltiple co punto de fusión máis alto coñecido, 4.215 °C.

O hafnio é resistente ás bases concentradas, mais os halóxenos poden reaccionar con este para formar tetrahaluros de hafnio (HfX₄). A temperaturas altas pode reaccionar co osíxeno, nitróxeno, carbono, boro, xofre e silicio.

Aplicacións

Utilízase para fabricar barras de control instaladas en reactores nucleares, como as que se poden encontrar en submarinos nucleares, debido a que a sección de captura de neutróns do hafnio é unhas 600 veces a do circonio, polo que ten unha alta capacidade de absorción de neutróns, e ademais ten unhas propiedades mecánicas óptimas, así como unha alta resistencia á corrosión. Outras aplicacións son:

• En lámpadas de gas e incandescentes.
• En catalizadores para polimerización metalocénica.
• Para eliminar osíxeno e nitróxeno de tubos de baleiro.
• En aliaxes de ferro, titanio, niobio, tántalo e outras.
• En xaneiro de 2007, anunciouse como parte fundamental dunha nova tecnoloxía de microprocesadores, creados separadamente por IBM e Intel, en substitución do silicio, que é o material tradicional.

Historia

Denominouse hafnio polo nome de Copenhague en latín, Hafnia, pois foi nesta cidade danesa onde foi descuberto este elemento por Dirk Coster e Georg von Hevesy en 1923. Pouco despois predíxose, usando a teoría de Bohr, que estaría asociado co circonio, e pouco despois encontrouse no circón mediante unhas análise con espectroscopia de raios X en Noruega.

Foi separado do circonio mediante recristalizacións sucesivas por Jantzen e von Hevesey. O hafnio metálico preparárono por primeira vez Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer, pasando tetraioduro de hafnio (HfI₄) por un filamento aquecido de volframio.

Obtención

Atópase sempre co circonio nos seus mesmos compostos, non existindo como elemento libre na natureza. Está presente, como mestura, en minerais como o circón (ZrSiO₄) e variedades deste, en porcentaxes de entre un 1 e un 5%.

Debido á química case idéntica que presentan o circonio e o hafnio, é moi complexo separalos. Aproximadamente a metade de todo o hafnio metálico producido obtense como subproduto da purificación do circonio. Isto faise reducindo o tetracloruro de hafnio (HfCl₄) con magnesio ou sodio co proceso de Kroll.

Perigos

Hai que ter tino en traballos co hafnio cando se divide en partículas pequenas, pois é pirofórico e pode arder espontaneamente en contacto co aire.

Notas

1. CIAAW

Véxase tamén

Wikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría:  Hafnio

Bibliografía

• "Táboa periódica dos elementos" (PDF). Consello da Cultura Galega, Xunta de Galicia, Real Academia Galega de Ciencias, Real Academia Galega e Ciencia Nosa. 2019.
• Bermejo, M. R.; González, A.; Vázquez, M. (2006). O nome e o símbolo dos elementos químicos (PDF). Xunta, Secretaría Xeral de Política Lingüística e CRPIH. ISBN 978-84-453-4325-8.
• Bermejo, M. R.; González, A.; Maneiro, M. (2018). Guía dos elementos químicos. Historia, propiedades e aplicacións. Xunta de Galicia e CRPIH. ISBN 978-84-453-5297-7.

Ligazóns externas

• WebElements.com - Hafnium
• EnvironmentalChemistry.com - Hafnium