Hafni

Hafni
72Hf
Luteci ← Hafni → Tàntal Zr ↑ Hf ↓ Rf Taula periòdica
Aparença
Gris metàl·lic
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Hafni, Hf, 72
Categoria d'elements	Metalls de transició
Grup, període, bloc	4, 6, d
Pes atòmic estàndard	178,49
Configuració electrònica	[Xe] 4f14 5d2 6s2 2, 8, 18, 32, 10, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	13,31 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	12 g·cm−3
Punt de fusió	2.506 K, 2.233 °C
Punt d'ebullició	4.876 K, 4.603 °C
Entalpia de fusió	27,2 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	571 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	25,73 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 2.689 2.954 3.277 3.679 4.194 4.876
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	4, 3, 2 (òxid amfòter)
Electronegativitat	1,3 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 658,5 kJ·mol−1
	2a: 1.440 kJ·mol−1
	3a: 2.250 kJ·mol−1
Radi atòmic	159 pm
Radi covalent	175±10 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(20 °C) 331 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	23,0 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(25 °C) 5,9 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 3.010 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	78 GPa
Mòdul de cisallament	30 GPa
Mòdul de compressibilitat	110 GPa
Coeficient de Poisson	0,37
Duresa de Mohs	5,5
Duresa de Vickers	1.760 MPa
Duresa de Brinell	1.700 MPa
Nombre CAS	7440-58-6
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops de l'hafni
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 172Hf sin 1,87 a ε 0,350 172Lu 174Hf 0,162% 2×1015 a α 2,495 170Yb 176Hf 5,206% 176Hf és estable amb 104 neutrons 177Hf 18,606% 177Hf és estable amb 105 neutrons 178Hf 27,297% 178Hf és estable amb 106 neutrons 178m3Hf sin 31 a IT 2,446 178Hf 179Hf 13,629% 179Hf és estable amb 107 neutrons 180Hf 35,1% 180Hf és estable amb 108 neutrons 182Hf traça 8,9×106 a β− 0,373 182Ta

El hafni és un element químic de nombre atòmic 72 que es troba en el grup 4 de la taula periòdica dels elements) i se simbolitza com Hf.

És un metall de transició, brillant, gris-platejat, químicament molt semblant al zirconi, trobant-se en els mateixos minerals i compostos, i sent difícil separar-los. S'usa en aliatges amb wolframi en filaments i en elèctrodes. També s'utilitza com a material de barres de control de reactors nuclears a causa de la seva capacitat d'absorció de neutrons.

El carbur d'hafni (HfC) és el compost binari més refractari conegut i el nitrur d'hafni (HfN) és el més refractari de tots els nitrurs metàl·lics coneguts, amb un punt de fusió de 3310 ºC. Aquest metall és resistent a les bases concentrades, però els halògens poden reaccionar amb ell per a formar tetrahalurs d'hafni (HfX₄). A temperatures altes pot reaccionar amb oxigen, nitrogen, carboni, bor, sofre i silici.

Aplicacions

L'hafni s'utilitza per a fabricar barres de control emprades en reactors nuclears, com les que es poden trobar en submarins nuclears, pel fet que la secció de captura de neutrons de l'hafni és unes 600 vegades la del zirconi, amb la qual cosa té una alta capacitat d'absorció de neutrons, i a més té unes propietats mecàniques molt bones, així com una alta resistència a la corrosió. Altres aplicacions:

• En làmpares de gas i incandescents.
• Per a eliminar oxigen i nitrogen de tubs de buit.
• En aliatges de ferro, titani, niobi, tàntal i altres aliatges metàl·lics.

Història

Es va anomenar hafni pel nom de la ciutat de Copenhaguen en llatí, Hafnia, la ciutat danesa on va ser descobert per Dirk Coster i Georg von Hevesy el 1923. Poc després es va predir, usant la teoria de Bohr, que estaria associat amb el zirconi, i finalment es va trobar en el zircó per mitjà d'unes anàlisis amb espectroscòpia de rajos X a Noruega.

Es va separar del zirconi per mitjà de recristal·litzacions successives per Jantzen i von Hevesey. L'hafni metàl·lic es va preparar per primera vegada per Anton Eduard van Arkel i Jan Hendrik de Boer passant tetraiodur d'hafni (HfI₄) per un filament calent de tungstè.

Obtenció

Es troba sempre junt amb el zirconi en els seus mateixos compostos, però no es troba com a element lliure en la naturalesa. Està present, com a mescles, en els minerals de zirconi, com el zircó (ZrSiO₄) i altres varietats d'aquest (com l'alvita), contenint entre un 1 i un 5% d'hafni.

A causa de la química quasi idèntica que presenten el zirconi i l'hafni, és molt difícil separar-los. Aproximadament la mitat de tot l'hafni metàl·lic produït s'obté com a subproducte de la purificació del zirconi. Això es fa reduint el tetraclorur d'hafni (HfCl₄) amb magnesi o sodi en el procés de Kroll.

Precaucions

És necessari tenir cura al treballar l'hafni perquè quan es divideix en petites partícules és pirofòric i pot cremar espontàniament en contacte amb l'aire. Els compostos que contenen aquest metall rarament estan en contacte amb la major part de les persones i el metall pur no és especialment tòxic, però tots els seus compostos haurien de manejar-se com si fossin tòxics (encara que les primeres evidències no semblen indicar un risc molt alt).

Enllaços externs

• webelements.com - Hafni (anglès)
• environmentalchemistry.com - Hafni (anglès)

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Hafni