hafniu este un metal de tranziție al cărui simbol chimic este Hf și are un număr atomic de 72. Este al treilea element din grupa 4 a tabelului periodic, fiind congener de titan și zirconiu. Cu acesta din urmă are multe proprietăți chimice, fiind situat împreună în minerale ale scoarței terestre.
Căutarea hafniului este căutarea unde este zirconiul, deoarece este un produs secundar al extracției sale. Numele acestui metal provine de la cuvântul latin „hafnia”, a cărui semnificație ajunge să fie numele de Copenhaga, un oraș în care a fost descoperit în minerale de zircon și s-a încheiat controversa cu privire la adevărata sa natură chimică..
Hafnium este un metal care trece neobservat în intelectul general, de fapt puțini oameni au auzit chiar de el înainte. Chiar și printre unele substanțe chimice este un element neobișnuit, datorat în parte costului său ridicat de producție și faptului că în majoritatea aplicațiilor sale zirconiul îl poate substitui fără nicio problemă..
Acest metal poartă distincția de a fi ultimul dintre cele mai stabile elemente descoperite aici pe Pământ; adică celelalte descoperiri au constituit o serie de elemente ultra-grele, radioactive și / sau izotopi artificiali.
Compușii hafniu sunt analogi cu cei ai titanului și zirconiului, cu un număr de oxidare de +4 predominant în aceștia, cum ar fi HfCl4, HfODouă, HfI4 și HfBr4. Unele dintre ele se află pe lista celor mai refractare materiale create vreodată, precum și aliaje cu rezistență termică ridicată și care acționează și ca excelenți absorbanți ai neutronilor..
Din acest motiv, hafniul are o mare participare la chimia nucleară, în special în ceea ce privește reactoarele cu apă sub presiune..
Indice articol
Descoperirea hafniumului a fost înconjurată de controverse, în ciuda faptului că existența sa fusese deja prezisă din 1869 grație tabelului periodic al lui Mendeleev..
Problema a fost că a fost poziționat sub zirconiu, dar a coincis în aceeași perioadă a elementelor din pământul rar: lantanoidii. Chimiștii de la acea vreme nu știau dacă este vorba despre un metal de tranziție sau un metal de pământuri rare..
Chimistul francez Georges Urbain, descoperitor al luteciului, un metal vecin al hafniului, a susținut în 1911 că a descoperit elementul 72, pe care l-a numit celtium și a proclamat că este un metal din pământul rar. Dar, trei ani mai târziu, s-a ajuns la concluzia că rezultatele sale erau greșite și că el izolase doar un amestec de lantanoizi.
Abia după ce elementele au fost ordonate în funcție de numărul lor atomic, grație muncii lui Henry Moseley din 1914, vecinătatea dintre lutetium și elementul 72 a fost pusă în evidență, de acord cu predicțiile lui Mendeleev atunci când ultimul element a fost situat în același grup ca metalele titan și zirconiu.
În 1921, după studiile realizate de Niels Bohr asupra structurii atomice și predicția sa asupra spectrului de emisie a razelor X pentru elementul 72, căutarea acestui metal în mineralele din pământurile rare a fost oprită; În schimb, el și-a concentrat căutarea asupra mineralelor de zirconiu, deoarece ambele elemente trebuie să aibă mai multe proprietăți chimice..
Chimistul danez Dirk Coster și chimistul maghiar Georg von Hevesy în 1923 au reușit în cele din urmă să recunoască spectrul prezis de Niels Bohr în probe de zircon din Norvegia și Groenlanda. După ce au făcut descoperirea la Copenhaga, ei au numit elementul 72 sub numele latin al acestui oraș: hafnia, din care mai târziu a fost derivat „hafnium”.
Cu toate acestea, nu a fost o sarcină ușoară separarea atomilor de hafniu de cei ai zirconiului, deoarece dimensiunile lor sunt similare și reacționează în același mod. Deși în 1924 a fost concepută o metodă de recristalizare fracționată pentru a obține tetraclorură de hafniu, HfCl4, chimistii olandezi Anton Eduard van Arkel si Jan Hendrik de Boer au fost cei care l-au redus la hafniu metalic.
Pentru a face acest lucru, HfCl4 a suferit o reducere utilizând magneziu metalic (proces Kroll):
HfCl4 + 2 Mg (1100 ° C) → 2 MgClDouă + Hf
Pe de altă parte, începând de la tetraiodura de hafniu, HfI4, Acesta a fost vaporizat pentru a fi supus descompunerii termice pe un filament de tungsten incandescent, pe care a fost depus hafniu metalic pentru a produce o bară cu aspect policristalin (procedeul cu bare cristaline sau procesul Arkel-De Boer):
HfI4 (1700 ° C) → Hf + 2 IDouă
Atomii de hafniu, Hf, se grupează la presiunea ambiantă într-un cristal cu o structură hexagonală compactă, hcp, la fel ca și metalele titan și zirconiu. Acest cristal de hafniu hcp devine faza sa α, care rămâne constantă până la o temperatură de 2030 K, când suferă o tranziție la faza β, cu o structură cubică centrată în corp, bcc.
Acest lucru se înțelege dacă se consideră că căldura „relaxează” cristalul și, prin urmare, atomii Hf încearcă să se poziționeze în așa fel încât să scadă compactarea lor. Aceste două faze sunt suficiente pentru a lua în considerare polimorfismul hafniu.
De asemenea, prezintă un polimorfism care depinde de presiuni ridicate. Fazele α și β există la o presiune de 1 atm; în timp ce faza ω, hexagonală, dar chiar mai compactă decât hcp obișnuită, apare când presiunile depășesc 40 GPa. Interesant, când presiunile continuă să crească, reapare faza β mai puțin densă.
Solid alb-argintiu, care prezintă tonuri întunecate dacă are un strat de oxid și nitrid.
178,49 g / mol
2233 ºC
4603 ºC
La temperatura camerei: 13,31 g / cm3, fiind de două ori mai dens decât zirconiul
Chiar la punctul de topire: 12 g / cm3
27,2 kJ / mol
648 kJ / mol
1.3 pe scara Pauling
Mai întâi: 658,5 kJ / mol (Hf+ gazos)
În al doilea rând: 1440 kJ / mol (HfDouă+ gazos)
În al treilea rând: 2250 kJ / mol (Hf3+ gazos)
23,0 W / (mK)
331 nΩ m
5.5
Cu excepția cazului în care metalul este lustruit și ars, emanând scântei la o temperatură de 2000 ° C, nu are sensibilitate la rugină sau la coroziune, deoarece un strat subțire de oxid îl protejează. În acest sens, este unul dintre cele mai stabile metale. De fapt, nici acizii puternici, nici bazele puternice nu îl pot dizolva; cu excepția acidului fluorhidric și a halogenilor capabili să-l oxideze.
Atomul de hafniu are următoarea configurație electronică:
[Xe] 4f14 5 zileDouă 6sDouă
Acest lucru coincide cu faptul că aparține grupului 4 din tabelul periodic, împreună cu titan și zirconiu, deoarece are patru electroni de valență în orbitalii 5d și 6s. De asemenea, rețineți că hafniu nu ar putea fi un lantanoid, deoarece are orbitalii săi 4f complet umpluți.
Aceeași configurație electronică relevă câți electroni un atom de hafniu este teoretic capabil să piardă ca parte a unui compus. Presupunând că își pierde cei patru electroni de valență, ar fi un cation tetravalent Hf4+ (în analogie cu Ti4+ și Zr4+) și, prin urmare, ar avea un număr de oxidare de +4.
Acesta este de fapt cel mai stabil și comun număr de oxidare. Alte mai puțin relevante sunt: -2 (HfDouă-), +1 (Hf+), +2 (HfDouă+) și +3 (Hf3+).
Hafnium apare pe Pământ ca cinci izotopi stabili și unul radioactiv cu o viață foarte lungă:
-174Hf (0,16%, cu un timp de înjumătățire de 2 10cincisprezece ani, deci este considerat practic stabil)
-176Hf (5,26%)
-177Hf (18,60%)
-178Hf (27,28%)
-179Hf (13,62%)
-180Hf (35,08%)
Rețineți că nu există ca atare nici un izotop care să iasă în evidență din abundență, iar acest lucru se reflectă în masa atomică medie a hafniului, 178,49 amu.
Dintre toți izotopii radioactivi ai hafniului, care împreună cu cei naturali adună în total 34, 178m2Hf este cel mai controversat, deoarece în degradarea sa radioactivă eliberează radiații gamma, astfel încât acești atomi ar putea fi folosiți ca armă de război.
Hafnium este un metal rezistent la umiditate și la temperaturi ridicate, precum și un excelent absorbant de neutroni. Din acest motiv, este utilizat în reactoare cu apă sub presiune, precum și la fabricarea tijelor de control pentru reactoarele nucleare, ale căror acoperiri sunt realizate din zirconiu ultra-pur, deoarece acesta trebuie să fie capabil să transmită neutroni prin el..
Atomii de hafniu pot integra alte cristale metalice pentru a da naștere la diferite aliaje. Acestea se caracterizează prin faptul că sunt dure și rezistente termic, motiv pentru care sunt destinate aplicațiilor spațiale, cum ar fi construcția duzelor motorului pentru rachete..
Pe de altă parte, unele aliaje și compuși solizi ai hafniului au proprietăți speciale; precum carburile și nitrurile sale, respectiv HfC și HfN, care sunt materiale foarte refractare. Carbura de tantal și hafniu, Ta4HfC5, Cu un punct de topire de 4215 ° C, este unul dintre cele mai refractare materiale cunoscute vreodată..
Metalocenii hafnici sunt folosiți ca catalizatori organici pentru sinteza polimerilor precum polietilena și polistirenul.
Nu se știe până acum ce impact ar putea avea ionii Hf asupra corpului nostru4+. Pe de altă parte, deoarece se găsesc în natură în mineralele de zirconiu, nu se crede că modifică ecosistemul prin eliberarea sărurilor lor în mediu..
Cu toate acestea, se recomandă manipularea compușilor de hafniu cu grijă, ca și cum ar fi toxici, chiar și atunci când nu există studii medicale care să dovedească că sunt dăunători sănătății.
Pericolul real al hafniului rezidă în particulele solide fin măcinate, care abia pot arde atunci când intră în contact cu oxigenul din aer..
Acest lucru explică de ce atunci când este lustruit, o acțiune care își răzuiește suprafața și eliberează particule de metal pur, scânteile arzătoare sunt eliberate cu o temperatură de 2000 ° C; adică hafniul are piroforicitate, singura proprietate care prezintă riscuri de incendiu sau arsuri grave.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.