EL hafnio, Hf, es un metal de transición de número atómico 72, ubicado en el grupo 4 de la Tabla periodica. Se da de forma natural con el elemento que está justo encima, el circonio, pero son difíciles de separar dada la gran similitud química entre ambos. La contracción del lantán hace que el hafnio tenga un radio atómico casi igual al del circonio, facilitando el intercambio entre ambos en la composición de los minerales.
El hafnio apenas está presente en la corteza terrestre, pero tiene importantes aplicaciones. Uno de ellos está en la fabricación de barras de control de neutrones en reactores nucleares, que controlan las reacciones de fisión. También se puede utilizar en la producción de superaleaciones metálicas y cerámicas de alta temperatura.
Lea también: Itrio: metal ampliamente utilizado en electrónica.
resumen de hafnio
Ocurre naturalmente con el circonio.
No está muy presente en la corteza terrestre.
La contracción del lantano dificulta la separación del hafnio y el zirconio.
Se encuentra básicamente en zirconita.
Se utiliza en la fabricación de barras de control de neutrones en reactores nucleares.
Fue descubierto por Georg von Hevesey y Dirk Coster.
Propiedades del hafnio
Símbolo: Hf
número atómico: 72
masa atomica: 178,49 c.u.s.
Configuración electrónica: [X] 6s2 4f14 5d2
Punto de fusión: 2233 ºC
Punto de ebullición: 4600°C
Densidad: 13,3 g.cm-3
serie química: metal de transición, grupo 4
No pares ahora... Hay más después del anuncio ;)
caracteristicas del hafnio
El hafnio es un metal grisáceo que ocurre naturalmente en la corteza terrestre, con alrededor de 5,3 mg por cada kilogramo de corteza. Cuando está finamente dividido, es un material pirofórico, es decir, es propenso a combustión espontáneo en contacto con el aire, sin embargo, en su forma cruda, no lo es.
El hafnio es uno de los primeros elementos de la tabla periódica en tener el efecto de la llamada contracción de los lantánidos, en la que una contracción del radio atómico durante la serie de los lantánidos. Como consecuencia, el rayo de hafnio es similar al elemento justo arriba él en la tabla periódica, el circonio, cuya diferencia es de solo 1 pm (picómetro, 10-12 metro). Como consecuencia, algunas propiedades son muy similares entre sí, lo que hace que se presenten juntas en la naturaleza y sean difíciles de separar.
Es un metal que puede sufrir ataque ácido a altas temperaturas, pero no sufre ninguna acción de soluciones alcalinas, incluso a temperaturas más altas. La química del hafnio es poco conocida en comparación con el zirconio. Sin embargo, gran parte de la el comportamiento químico del hafnio se asemeja al del circonio, como el predominio del estado de oxidación +4 en solución y la reacción con la mayoría de los no metales a alta temperatura
Hf + O2 → HfO2
Hf + 2Cl2 → HfCl4
Míralo en nuestro podcast: Duro como un diamante, ¿qué significa?
Ocurrencia de hafnio
el hafnio es poco presente en la corteza terrestre, que se presenta principalmente asociado con el zirconio en minerales como la zirconita, un silicato mixto de zirconio y hafnio, que también puede contener otros elementos. La fórmula química se puede representar por (Zr, Hf) SiO4 y el contenido de hafnio suele variar del 1% al 4% en masa. La proporción de zirconio a hafnio es de 50:1 en zirconita y, como se dijo, son bastante difíciles de separar.
EL extracción de una mezcla de circonio y hafnio a partir de circón puede ocurrir con la conversión del óxido de estos metales en su tetracloruro, a alta temperatura. En un segundo paso, el tetracloruro de los metales será reducido por magnesio en atmosfera de argón, a muy alta temperatura. Las siguientes reacciones demuestran el proceso, donde M puede ser Hf o Zr.
mes2 → MCI4 (usando CCl4 a 770 K de temperatura)
MCI4 → M (utilizando Mg en una atmósfera de aire a 1420 K de temperatura)
EL la separación entre los dos puede implicar algunas técnicas, como la cristalización fraccionada de sales de K2ZrF6 y k2HfF6, que tienen diferentes solubilidades en agua. También es posible realizar una extracción con solventes, en la que los compuestos de Zr y Hf se disuelven en agua y luego se extraen selectivamente con solventes orgánicos. Vale la pena señalar que estas no son las únicas técnicas para separar hafnio y zirconio. La industria ya ha desarrollado rutas hidrometalúrgicas (es decir, que ocurren en solución acuosa) y pirometalúrgicas (sin presencia de agua).
aplicaciones de hafnio
Cuando se mezcla con circonio, el hafnio puede ser un importante mejorador de las propiedades físicas del acero. Cuando el hafnio metálico puro puede incorporarse a aleaciones de planchar, titanio y niobio. Las similitudes con el circonio hacen posible que el hafnio sea un buen sustituto de este metal, aunque es un poco improbable dada la mayor cantidad de circonio natural.
Sin embargo, un uso importante del hafnio es en producción de palos(también conocidoEls como palos o varillas) de control en plantas de energía nuclear. Al ser un metal con buena capacidad de absorción de neutrones, el hafnio puede utilizarse para evitar que se produzcan reacciones en cadena en la planta, permitiendo controlar la energía generada y minimizando la probabilidad de accidentes. Vale la pena recordar que la fisión del uranio, por ejemplo, siempre genera neutrones, que podrían chocar con nuevos núcleos de uranio, en un efecto que generaría energía en progresión geométrica.
Finalmente, el hafnio también puede ser utilizado en cerámica de alta temperatura, ya que es capaz de producir materiales altamente refractarios como boruros y carburos que superan los 3000 °C de punto de fusión.
historia del hafnio
El hafnio siguió la tendencia de los elementos descubiertos a lo largo del siglo XX. Eran descubierto en pequeñas cantidades y también se le señaló erróneamente su descubrimiento. Esto ocurrió con Georges Urbain, quien creía que el elemento 72 era una tierra rara y no un metal de transición. Por eso, Urbain comenzó a buscarlo en mezclas del mineral iterbio, en el que co-descubrió el elemento lutecio, número atómico 71. Así, en 1911, publicó un artículo en el que presentaba lo que serían datos espectroscópicos de un nuevo elemento, al que denominó celtium.
Para determinar su número atómico y confirmar su descubrimiento, Urbain viajó a Inglaterra en 1914 para realizar experimentos de emisión de rayos X desarrollados por Henry Moseley. Sin embargo, los experimentos no pudieron probar que el supuesto elemento Celtium fuera, de hecho, el elemento 72. Tan convencido de sus esfuerzos, Georges Urbain llegó a decirle a Rutherford, más tarde, que la falta de verificación de su descubrimiento se debió a fallas en los métodos de Moseley.
En sentido contrario y ante las nuevas ideas sobre la estructura atómica, Georg von Hevesy asumió que el elemento 72 debe ser un metal de transición y así comenzó más estudios con su colega Dirk Coster. El análisis de rayos X de pequeñas muestras de silicato de circonio reveló la existencia de una sustancia desconocido, con características espectroscópicas similares a las predichas por Moseley para tal elemento.
Así, después de la purificación de la muestra,Vsobre Hevesy y Coster publicaron sus hallazgos, sugiriendo el nombre hafnio para el nuevo elemento, en alusión al nombre en latín de la ciudad de Copenhague, Hafnia, el sitio del descubrimiento. Aun así, Urbain siguió defendiendo el descubrimiento del celtio durante muchos años, hasta que las técnicas experimentales demostraron que el hafnio y el celtio producían respuestas diferentes. En respuesta a esto, se confirmó lo que Moseley ya sospechaba: Celtium era, de hecho, lutecio altamente purificado.
Lee también: Descubrimiento del oxígeno: la hazaña que cambió el curso de los estudios de combustión
Ejercicios resueltos sobre hafnio
Pregunta 1
El hafnio es un elemento muy similar al zirconio, que se encuentra justo encima de él en la tabla periódica. Podemos explicar esta gran similitud porque:
(A) El hafnio y el circonio tienen la misma masa.
(B) El hafnio y el circonio tienen el mismo número de protones.
(C) El hafnio y el circonio están en el mismo grupo en la tabla periódica.
(D) El hafnio y el circonio tienen el mismo número de electrones.
(E) El hafnio y el circonio son elementos metálicos.
Respuesta: letra C
La similitud entre Hf y Zr radica en su pertenencia al mismo grupo en la Tabla Periódica. La mesa coloca en los grupos los elementos que tienen propiedades químicas similares. Así, la plantilla es la letra C.
Pregunta 2
Al igual que el circonio, el hafnio aparece en su forma más estable con un número de oxidación de +4. Comúnmente, el hafnio puede unir halógenos.
La fórmula más adecuada para el fluoruro de hafnio IV sería:
(A) HfF
(B) HfF2
(C) HfF3
(D) HfF4
(E) Hf2F3
Respuesta: letra D
EL flúor Tiene un número de oxidación fijo, siempre igual a -1. Como el Hf es un elemento con NOx igual a +4, se necesitan cuatro átomos de flúor para neutralizar la carga del Hf. Así, el compuesto fluoruro de hafnio IV es HfF4, descrito en la letra D.
Por Stefano Araújo Novais
Profesor de química
