El hafnio es un elemento químico que se clasifica como un metal de transición. Fue descubierto en 1923 por Georg von Hevesy y Dirk Coster.
Descubrimiento de hafnio
La existencia del hafnio fue predicha originalmente por el químico ruso Dmitri Mendeleev. En su libro de 1869 “La Ley Periódica de los Elementos Químicos” predijo la existencia de un elemento con propiedades similares, pero más pesado que el titanio y el zirconio.
En 1911, Georges Urbain, el descubridor de la tierra rara lutecio, pensó que había descubierto el elemento 72 durante su análisis espectral de tierras raras. Llamó a este nuevo elemento celtium, pero tres años más tarde se demostró que era una mezcla de lantánidos ya descubiertos.
En 1921, Neils Bohr le sugirió al químico húngaro Georg von Hevesy que buscara el elemento faltante en los minerales de circonio. De acuerdo con la teoría cuántica de la estructura atómica de Bohr, estos metales tendrían propiedades químicas similares, por lo que había una buena posibilidad de que se encontraran en los mismos minerales.
Siguiendo el consejo de Bohr, Hevesy y el físico holandés Dirk Coster descubrieron el hafnio en 1923 utilizando espectroscopia de rayos X para analizar minerales de circonio.
Anton Eduard van Arkel y Jan Hendrik de Boer descubrieron un método para producir hafnio de alta pureza en 1925. El tetrayoduro de hafnio (HfI4) se descompone en un filamento de tungsteno al rojo vivo creando una barra de cristal de hafnio puro. Esto se conoce como el proceso de barra de cristal.
El elemento se llamó Hafnio por el nombre latino ‘Hafnia’, que significa Copenhague, la ciudad donde se descubrió el elemento.
Apariencia y Características
Efectos nocivos:
El hafnio se considera no tóxico. En forma de polvo es pirofórico (puede encenderse espontáneamente).
Características:
- El hafnio es un metal dúctil, plateado y lustroso.
- Químicamente es similar al circonio.
- Cuando está presente en compuestos, el hafnio existe principalmente en el estado de oxidación IV.
- El hafnio resiste la corrosión debido a la formación de una película de óxido en las superficies expuestas.
- No se ve afectado por todos los ácidos (aparte del fluoruro de hidrógeno) y todos los álcalis.
- El hafnio reacciona con los halógenos para formar tetrahaluros y, a altas temperaturas, reacciona con el carbono, el boro, el nitrógeno, el oxígeno, el silicio y el azufre.
Usos del hafnio
- El hafnio se utiliza para las barras de control de los reactores nucleares debido a su capacidad para absorber neutrones y sus buenas cualidades mecánicas y de resistencia a la corrosión. Esto está en completo contraste con el zirconio, que aunque químicamente es muy similar al hafnio, es muy pobre para absorber neutrones. Por lo tanto, el circonio se usa en el revestimiento (capa exterior) de las barras de combustible a través de las cuales es importante que los neutrones puedan viajar fácilmente.
- El hafnio también se utiliza en bombillas de flash fotográfico, filamentos de bombillas y en equipos electrónicos como cátodos y condensadores.
- Aleaciones de hafnio con varios otros metales, como hierro, niobio, tantalio y titanio.
- Las aleaciones de hafnio-niobio, por ejemplo, son resistentes al calor y se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, como motores de cohetes espaciales.
- El carburo de hafnio se utiliza para revestir hornos/hornos de alta temperatura debido a sus propiedades refractarias (no se funde a altas temperaturas).
- Los compuestos a base de hafnio se utilizan en aisladores de puertas en la generación de 45 nm de circuitos integrados para computadoras.
- Los compuestos a base de óxido de hafnio se están introduciendo en chips a base de silicio para producir procesadores más pequeños, más eficientes energéticamente y con mayor rendimiento.
Abundancia e isótopos
- Abundancia en la corteza terrestre: 3,3 partes por millón en peso, 0,4 partes por millón en moles
- Abundancia en el sistema solar : 1 parte por billón en peso, 0,01 partes por billón en moles
- Coste de producción puro: 120€ por 100g
- Fuente: No se encuentra libre en la naturaleza, pero se encuentra en la mayoría de los minerales de circonio en una concentración de entre uno y cinco por ciento. Comercialmente, se produce como subproducto del refinado de circonio. Esto se hace mediante el Proceso de Kroll, reduciendo el tetracloruro con magnesio o con sodio.
- Isótopos: Tiene 32 isótopos cuyas vidas medias se conocen, con números de masa de 154 a 185. El hafnio natural es una mezcla de seis isótopos y se encuentran en los porcentajes que se muestran: 174 Hf (0,2 %), 176 Hf (5,3 %).), 177 Hf (18,6%), 178 Hf (27,3%), 179 Hf (13,6%) y 180 Hf (35,1%). El más abundante es 180 Hf al 35,1%.
| Símbolo | Hf |
| Número atómico | 72 |
| Valencia | +4, +3 y +2 |
| Peso atómico | 178,49 |
| Punto de ebullición (ºC) | 4603 |
| Punto de fusión (ºC) | 2233 |
| Densidad (Kg/m3) | 13310 |
| Estructura atómica | [Xe] 4f14 5d2 6s2 |
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