Háfnio

Háfnio
Lutécio ← Háfnio → Tântalo Zr     72 Hf                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Hf ↓ Rf Tabela completa • Tabela estendida
Aparência
cinza prateado
Informações gerais
Nome, símbolo, número	Háfnio, Hf, 72
Série química	Lantanídios
Grupo, período, bloco	n/a, 6, d
Densidade, dureza	13310 kg/m3, n/a
Número CAS	7440-58-6
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atômica	178,49(2) u
Raio atómico (calculado)	155 pm
Raio covalente	175 pm
Raio de Van der Waals	pm
Configuração electrónica	[Xe] 4f14 5d2 6s2
Elétrons (por nível de energia)	2, 8, 18, 32, 10, 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação	4 (anfótero)
Óxido
Estrutura cristalina	hexagonal
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	2506 K
Ponto de ebulição	4876 K
Entalpia de fusão	24,06 kJ/mol
Entalpia de vaporização	575 kJ/mol
Temperatura crítica	K
Pressão crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Pressão de vapor	100 Pa a 3277 K
Velocidade do som	3010 m/s a 20 °C
Classe magnética
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie	K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling)	1,3
Calor específico	140 J/(kg·K)
Condutividade elétrica	3,2 × 106 S/m
Condutividade térmica	23 W/(m·K)
1º Potencial de ionização	658,5 kJ/mol
2º Potencial de ionização	1440 kJ/mol
3º Potencial de ionização	kJ/mol
4º Potencial de ionização	kJ/mol
5º Potencial de ionização	kJ/mol
6º Potencial de ionização	kJ/mol
7º Potencial de ionização	kJ/mol
8º Potencial de ionização	kJ/mol
9º Potencial de ionização	kJ/mol
10º Potencial de ionização	kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD MeV 172Hf sintético 1,87 a ε 0,35 172Lu 174Hf 0,162% 2 x 1015 a α 2,495 170Y 176Hf 5,206% estável com 104 neutrões 177Hf 18,606% estável com 105 neutrões 178Hf 27,297% estável com 106 neutrões 178m2Hf sintético 31 a TI 2,446 178Hf 179Hf 13,629% estável com 107 neutrões 180Hf 35,1% estável com 108 neutrões 182Hf sintético 9 x 106 a β− 0,373 182Ta
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

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 ( IV 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 nêutrons.

Foi descoberto em 1923 por George de Hevesy e Dick Coster.

Características principais

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 nêutrons; em reatores nucleares.

O carbeto de háfnio ( HfC ) é o composto binário 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 reagir com ele para formar tetra-haletos 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 nêutrons do háfnio é aproximadamente 600 vezes maior que a do zircônio, com o qual tem uma alta capacidade de absorção de nêutrons, 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 nanômetros (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 estaria 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 reduzindo o 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.

Ligações externas

• WebElements.com - Hafnium
• EnvironmentalChemistry.com - Hafnium
• Intel mostra nova geração revolucionária de transistores - artigo do site Inovação Tecnológica