Geral
Háfnio é um elemento químico com símbolo de Hf e o número atômico 72. É nomeado em homenagem ao nome latino da cidade de Copenhague, Hafniain que o elemento foi descoberto. É um metal de transição cinzento-prateado, brilhante e resistente à corrosão que está no 4º subgrupo (grupo 4) ou grupo de titânio na tabela periódica.,
hafnio tem propriedades muito semelhantes ao zircônio diretamente acima dele na tabela periódica. As funções biológicas não são conhecidas, não ocorrem normalmente no organismo humano e não são tóxicas.
hafnio foi um dos últimos elementos estáveis na tabela periódica a ser descoberta. A primeira indicação da existência de outro elemento entre lutécio e tântalo surgiu da lei de Moseley encontrada em 1912., Em 1914, Henry Moseley tentou encontrar o elemento desconhecido, mas esperado, com o número atômico 72, de acordo com esta lei, em amostras de minerais de terras raras (atualmente lantanídeos). Mas não teve sucesso.
Em seu trabalho sobre a teoria atômica publicado em 1922, Niels Bohr, previu que a lantanídeos série com lutetium teria chegado ao fim, e que o elemento 72, portanto, deve ser semelhante ao de zircônio. Háfnio poderia ser detectado apenas um ano depois: em 1923, Dirk Coster e George de Hevesy descobriram em Copenhague usando espectroscopia de raios X em zircônio Norueguês., Uma investigação mais aprofundada de outros minerais mostrou que o háfnio está sempre contido em minerais contendo zircónio. Jantzen e Hevesy conseguiram separá-los do zircônio, cristalizando repetidamente o diamônio e fluoretos dipotássicos dos dois elementos. Háfnio elementar poderia então ser obtido por redução com sódio.
número
Háfnio, com um conteúdo de 4,9 ppm na crosta continental, é um elemento que não é muito comum na terra., Em termos de frequência, é comparável aos elementos bromo e césio e mais comum do que o ouro e mercúrio há muito conhecidos. Háfnio não ocorre naturalmente ou em seus próprios minerais. Os minerais de zircónio, como o zircão e a baddeleyita, por outro lado, contêm sempre háfnio; a quantidade de háfnio é geralmente de 2% do teor de zircónio (1-5% em peso de háfnio). Um dos poucos minerais que contêm mais háfnio do que zircônio é a variedade Zircon Alvit .,
análogo ao zircónio, os depósitos de háfnio mais importantes são os depósitos de zircónio na Austrália e na África do Sul. As reservas são estimadas em 1,1 milhões de toneladas (calculadas como óxido de háfnio).
Extraction and presentation
a fim de obter háfnio, tem de ser separado do zircónio. Isso não é possível durante o processo de fabricação, mas ocorre em um processo separado. Os processos de extração são utilizados para a separação., Utiliza-se a diferente solubilidade de certos sais de zircónio e háfnio em solventes especiais. Exemplos disto são as diferentes solubilidades de nitratos no fosfato de tri-n-butilo e a dos tiocianatos na metilisobutilcetona. Outras opções possíveis de separação são trocadores de íons e a destilação fracionada de compostos adequados.
após o processo de Kroll, o háfnio separado pode primeiro ser convertido em cloreto de háfnio (IV) e depois reduzido a háfnio elementar com sódio ou magnésio.,
Se ainda mais puro, háfnio é necessária, a Van Arkel de Boer processo pode ser usado. Durante o aquecimento sob vácuo, o háfnio inicialmente reage com iodo para formar iodeto de háfnio (IV). Isto está novamente dividido em háfnio e iodo num fio quente.
Háfnio só é produzido em pequenas quantidades em uma escala de 100 toneladas., Não é produzido internamente, mas é um subproduto da extracção de zircónio isento de háfnio para varetas de combustível.
Propriedades
Propriedades Físicas
estrutura cristalina do α-Hf, a = 320 horas,c = 505 pm
Háfnio é prateada, brilhante de heavy metal de alta densidade (13,31 g / cm3). Cristaliza em duas modificações diferentes dependendo da temperatura., Sob condições normais cristaliza em um empacotamento hexagonal próximo de esferas (α-Hf) e é portanto isotípico Para α-Zr, acima de 1775 ° c ele se transforma em uma estrutura cúbica centrada no corpo (β-Hf).
se a pureza do háfnio for elevada, é relativamente macia e flexível. É fácil trabalhar rolando, forjando e martelando. Se, por outro lado, houver vestígios de oxigênio, nitrogênio ou carbono no material, ele se torna frágil e difícil de processar., Os pontos de fusão e de ebulição do háfnio são os mais altos do grupo a 2227 ° C e 4450 ° C (ponto de fusão: titânio: 1667 ° c, zircônio: 1857 ° c).
em quase todas as outras propriedades, o metal assemelha-se ao seu homólogo mais leve zircónio. Isto é causado pela contração do lantaneto, que causa raios atômicos e iônicos similares (radii atômico Zr: 159 pm, Hf: 156 pm). Uma exceção é a densidade do zircônio com 6,5 g / cm3 tem um valor significativamente menor. Uma diferença tecnicamente importante é que o háfnio pode absorver nêutrons 600 vezes melhor., Esta é a razão pela qual o háfnio tem de ser separado para a utilização de zircónio em centrais nucleares.
Háfnio é supercondutor abaixo da temperatura de transição de 0,08 K.
propriedades Químicas
Háfnio é uma base de metal que reage com o oxigênio para formar dióxido de háfnio quando aquecido. Outros elementos não metálicos, como o azoto, o carbono, o boro e o silício, também formam compostos nestas condições., Uma densa camada de óxido rapidamente forma-se à temperatura ambiente, que passiva o metal e o protege de uma maior oxidação.
hafnio é estável na maioria dos ácidos por causa de sua passivação em condições normais. Corrói rapidamente em ácido fluorídrico; corrosão notável ocorre em ácido sulfúrico e ácido fosfórico concentrado e quente. As misturas ácido clorídrico-ácido nítrico, incluindo aqua regia, só devem ser expostas ao háfnio por um curto período de tempo, mesmo à temperatura ambiente; a 35 ° C, devem ser esperadas taxas de remoção superiores a 3 mm / ano., Em bases aquosas é resistente até uma temperatura de aprox. 100 ° C, a remoção do material é geralmente inferior a 0,1 mm / ano.
isótopo
Há um total de 35 isótopos e 18 nuclear isómeros de háfnio 153Hf para 188Hf conhecido. Háfnio Natural é um elemento misto que consiste de um total de seis isótopos diferentes. O isótopo mais comum é com uma frequência de 35,08% 180 HF. Segue 178Hf com 27,28%, 177Hf com 18,61%, 179Hf com 13,62%, 176Hf com 5,27% e 174Hf em 0,16%., O único isótopo natural é 174Hf fracamente radioativo, é um emissor alfa com uma semi-vida de 2 x 1015 anos. Os isótopos 177Hf e 179Hf podem ser detectados com a ajuda da espectroscopia NMR.
the core isomer 178 2m with a half-life of 31 years, Hf is long-lived and at the same time emits strong gamma radiation of 2,45 MeV when it decays. Esta é a energia mais alta que um isótopo que é estável durante um longo período de tempo emite. Uma possível aplicação é usar este isômero central como uma fonte em lasers poderosos., Em 1999, Carl Collins descobriu que o isômero poderia liberar sua energia de uma só vez quando exposto a raios-X. No entanto, possíveis aplicações, como explosivos, são improváveis.
de Uso
Háfnio folha de resíduos industriais
Porque é difícil de extrair, háfnio é usado apenas em pequenas quantidades. A principal área de aplicação é a tecnologia nuclear, na qual háfnio é usado como uma haste de controle para regular a reação em cadeia em reatores nucleares., O uso de háfnio tem várias vantagens sobre outras possíveis substâncias absorventes de nêutrons. O elemento é muito resistente à corrosão e a reação nuclear com os nêutrons cria isótopos de háfnio, que também têm seções cruzadas de alta absorção. Devido ao alto preço, muitas vezes é apenas adequado para aplicações militares, por exemplo, para reatores em submarinos atômicos.
existem alguns outros usos., Háfnio reage rapidamente com pequenas quantidades de oxigênio e nitrogênio e pode, portanto, ser usado como uma substância getter para remover as menores quantidades destas substâncias de sistemas de vácuo ultra-elevados. Quando queimado, o metal emite uma luz muito brilhante. Por conseguinte, é possível utilizar háfnio em lâmpadas de luz com uma eficiência luminosa particularmente elevada. Vários compostos muito estáveis e de alto fusão, especialmente nitreto de háfnio e carboneto de háfnio, podem ser feitos a partir dos elementos.,
em ligas com metais como nióbio, tântalo, molibdénio e tungsténio, uma adição de 2% de hafnio aumenta a resistência. São criados materiais particularmente estáveis, de alto derretimento e resistentes ao calor.
instruções de segurança
Como muitos outros metais, háfnio é altamente inflamável e pirofórico em sua finamente divididos estado. Em contraste, não é inflamável quando compacto. O metal não é tóxico. Por estas razões, não é necessário observar regras especiais de segurança ao manusear háfnio.,
Conexões
Háfnio forma um número de compostos. Estes são principalmente sais ou cristais misturados e muitas vezes têm altos pontos de fusão. O estado de oxidação mais importante do háfnio é + IV, mas compostos em estados de oxidação mais baixos, de 0 a + III, e em complexos também estados de oxidação negativos são conhecidos.o óxido de háfnio (IV) é um sólido muito estável e de alta fusão. Tem uma alta permissividade relativa de 25 (para comparação: dióxido de silício: 3,9)., Pode, portanto, ser usado como um dielétrico de alto k para isolar a conexão de controle (porta) para microprocessadores. Ao reduzir ainda mais as larguras de estrutura, as correntes de vazamento estão se tornando um problema cada vez maior, porque a miniaturização de estruturas CMOS também requer isolamento de portas mais finas. A corrente de fuga indesejada aumenta acentuadamente abaixo de 2 nm devido ao efeito do túnel. Usando um dielétrico de alto k, A espessura do dielétrico pode ser aumentada novamente, a fim de reduzir a corrente de vazamento sem que o transistor tenha uma perda de desempenho (redução na velocidade de comutação)., Assim, dielétricos mais grossos permitem mais miniaturização.
outros compostos de háfnio
div id=”e18bfa31dc”>carboneto de háfnio é uma das substâncias com os pontos de fusão mais elevados. Juntamente com nitreto de háfnio e boreto de háfnio, pertence aos materiais duros.
existem alguns compostos halogenados conhecidos de háfnio. No estado de oxidação + IV existe tanto o fluoreto quanto o cloreto, brometo e iodeto. Cloreto de háfnio (IV) e iodeto de háfnio (IV) desempenham um papel na produção de háfnio., Nos estados de oxidação mais baixos, apenas compostos de cloro e bromo, e iodeto de háfnio (III) são conhecidos.
o hexafluoridohafnato de potássio (IV) K2, bem como o hexafluoridohafnato de amónio (IV) (NH4)2 podem ser utilizados para separar o háfnio do zircónio, uma vez que ambos os sais são mais solúveis do que os complexos de zircónio correspondentes.,
→ Hf + 2 H2O)
| isotope | NH | t1/2 | ZA | ZE (MeV) | ZP |
|---|---|---|---|---|---|
| 174Hf | 0,162% | 2 · 1015 a | α | 2,495 | 170Yb |
| 175Hf | {Syn.,r
Light- (F)
|
||||
| R and S phrases | R: 17 | ||||
| S: no phrases |
