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O háfnio ( em homenagem à cidade de
Hafnia, Copenhague em latim ) é um elemento químico de
símbolo Hf, de número atômico 72 ( 72 prótons e 72
elétrons ) e de massa atómica igual a 178,5 u. À
temperatura ambiente, o háfnio encontra-se no estado
sólido.
É um metal de transição situado no grupo 4 ( 4 B ) da
classificação periódica dos elementos. É de coloração
cinza prateado, brilhante, quimicamente muito parecido
com o zircônio, ambos encontrados nos mesmos minerais e
compostos, sendo difícil separá-los. Forma ligas com o
tungstênio usadas em filamentos de lâmpadas e em
eletrodos. Também se usa como material de barras de
controle de reatores nucleares devido a sua alta
capacidade de absorção de neutrons.
Foi descoberto em 1923 por George von Hevesy e Dick
Coster.
Háfnio (Processo Van Arkel-de Boer)É um metal dúctil,
brilhante, prateado e resistente a corrosão,
quimicamente muito similar ao zircônio. Estes dois
elementos apresentam o mesmo número de elétrons na
camada de valência e seus raios iônicos são muito
similares devido a contração dos lantanídeos. Por isso é
muito difícil separá-los, sendo encontrados na natureza
juntos. As únicas aplicações para os quais é necessário
separá-los são aquelas nas quais se utilizam as suas
propriedades de absorção de neutrons; em reatores
nucleares.
O carbeto de háfnio ( HfC ) é o composto binario mais
refratário conhecido, e o nitreto de háfnio ( HfN ) é o
mais refratário de todos os nitretos metálicos
conhecidos, com um ponto de fusão de 3310°C. Este metal
é resistente as bases concentradas, porém os halogênios
podem regir com ele para formar tetrahaletos de háfnio (
HfX4 ). A temperaturas altas pode reagir com oxigênio,
nitrogênio, boro, enxofre e silício.
Aplicações
O háfnio é utilizado para fabricar barras de controle
empregadas em reatores nucleares. Esta aplicação é
deve-se ao facto de que a secção de captura de neutrons
do háfnio é aproximadamente 600 vezes maior que a do
zircônio, com o qual tem uma alta capacidade de absorção
de neutrons, além do mais, tem propriedades mecânicas
muito boas, assim como uma alta resistência a corrosão.
Em meados de 2006 a Intel anunciou uma nova tecnologia
que utiliza o háfnio como componente básico para a
construção das paredes dielétricas dos transistores em
sua nova geração de microprocessadores de 45 nanometros
(apelidado de Penryn).
Outras aplicações:
Em lâmpadas de gás incandescentes.
Em Processadores Intel com tecnologia 45 nm
Para eliminar oxigênio e nitrogênio em tubos de vácuo.
Em ligas de ferro, titânio, nióbio, tântalo (elemento
químico) e em outra ligas metálicas.
Em eletrodos para corte a plasma
História
Chamou-se este elemento de háfnio em homenagem a cidade
de Copenhague ( Hafnia em latim ), na Dinamarca, onde
foi descoberto por Dirk Coster e Georg von Hevesy em
1923. Pouco depois foi previsto, utilizando a teoria de
Bohr, que estaría associado com o zircônio. Finalmente
foi encontrado no zircão mediante análises com
espectroscopia de raios X, na Noruega.
Foi separado mediante recristalizações sucessivas por
Jantzen e von Hevesey. O háfnio metálico foi preparado
pela primeira por Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik
de Boer passando tetraiodeto de háfnio ( HfI4 ) por um
filamento aquecido de tungstênio (volfrâmio).
Obtenção
É encontrado sempre junto ao zircônio em seus mesmos
compostos, porém não é encontrado como elemento livre na
natureza. Está presente, como mistura, nos minerais de
zircônio, como no zircão ( ZrSiO4 ) e em outras
variedades deste (como na alvita), em concentrações de 1
a 5% de háfnio.
Devido à semelhança química entre o zircônio e o háfnio,
é muito difícil separá-los. Aproximadamente a metade de
todo o háfnio metálico produzido é obtido como
subproduto da purificação do zircônio. Isto faz-se
reduzindoo tetracloreto de háfnio ( HfCl4 ) com magnésio
ou sódio pelo processo de Kroll.
Precauções
Há a necessidade de cuidados especiais ao trabalhar com
o háfnio pois quando se divide em partículas é
pirofórico e pode arder espontaneamente em contato com o
ar. Os compostos que contém este metal raramente estão
em contato com a maioria das pessoas e o metal puro não
é tóxico. Porém, todos os seus compostos deveriam ser
manuseados como se fossem tóxicos, ainda que as
primeiras evidências parecem não indicar um risco muito
alto.
Lutécio - Hafnio - Tântalo
Zr
Hf
Rf
Tabela periódica
Geral
Nome, símbolo, número Háfnio, Hf, 72
Classe, série química Metal, metal de transição
Grupo, periodo, bloco 4 ( 4 B ), 6, d
Densidade, dureza 13310 kg/m3, 5,5
Cor e aparência Cinza prateado
Propriedades atômicas
Massa atómica 178,49(2) u
Raio médio† 155 pm
Radio atómico calculado 208 pm
Raio covalente 150 pm
Raio de van der Waals Sem dados
Configuração electrónica [Xe]4f14 5d2 6s2
Estado de oxidação (óxido) 4 (anfótero)
Estrutura cristalina Hexagonal
Propriedades físicas
Estado da matéria Sólido
Ponto de fusão 2506 K (2233 °C)
Ponto de ebulição 4876 K (4603 °C)
Entalpía de vaporização 575 kJ/mol
Entalpía de fusão 24,06 kJ/mol
Pressão de vapor 0,00112Pa a 2500 K
Velocidade do som 3010 m/s a 293,15 K
Informações diversas
Eletronegatividade 1,3 (Pauling)
Calor específico 140 J/(kg·K)
Condutividade elétrica 3,12 x 106 m-1·Ω-1
Condutividade térmica 23 W/(m·K)
1º Potencial de ionização 658,5 kJ/mol
2º Potencial de ionização 1440 kJ/mol
Isós mais estáveis
iso. AN Meia-vida MD ED MeV PD
172Hf Sintético 1,87 ano ε 0,350 172Lu
174Hf 0,162% 2 x 1015 a α 2,495 170Yb
176Hf 5,206% Hf é Isó estável com 104 neutrons
177Hf 18,606% Hf é estável com 105 neutrons
178Hf 27,297% Hf é estável com 106 neutrons
179Hf 13,629% Hf é estável com 107 neutrons
180Hf 35,1% Hf é estável com 108 neutrons
182Hf {sin} 9 x 106 a β 0,373 182Ta
Unidades SI e CNTP exceto onde indicado o contrário.
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