el hafnio es un metal de Transición gris plateado brillante. Descubierto en 1923, fue el penúltimo elemento con núcleos estables que se añadió a la Tabla periódica (el último fue renio en 1925). Hafnio lleva el nombre de la palabra latina para Copenhague: Hafnia. El elemento tiene algunas aplicaciones comerciales muy importantes, incluido su uso en la industria de la energía nuclear, equipos electrónicos, cerámica, bombillas y en la fabricación de superaleaciones.,
el hafnio rara vez se encuentra libre en la naturaleza, y en su lugar está presente en la mayoría de los minerales de zirconio en una concentración de hasta el 5 por ciento. De hecho, el hafnio es tan químicamente similar al circonio Que separar los dos elementos es extremadamente difícil. La mayoría del hafnio comercial se produce como un subproducto de la refinación de circonio.
el hafnio es el 45º elemento más abundante en la Tierra, comprendiendo alrededor de 3,3 partes por millón (ppm) de la corteza terrestre en peso, según Chemicool. El hafnio es bastante resistente a la corrosión debido a la formación de una película de óxido en las superficies expuestas., De hecho, no se ve afectado por el agua, el aire y todos los álcalis y ácidos, excepto el fluoruro de hidrógeno.
El carburo de hafnio (HFC) tiene el punto de fusión más alto de cualquier compuesto de dos elementos conocido en casi 7,034 grados Fahrenheit (3,890 grados Celsius), según Jefferson Lab. El compuesto nitruro de hafnio (HFN) también tiene un alto punto de fusión, alrededor de 5,981 grados F (3,305 grados C). Entre los compuestos de tres elementos, el carburo mezclado de tungsteno y hafnio tiene el punto de fusión más alto de cualquier compuesto conocido a 7,457 grados F (4,125 grados C), según Chemistry World., Algunos otros compuestos de hafnio incluyen fluoruro de hafnio (HfF4) cloruro de hafnio (HfCl4) y óxido de hafnio (HfO2).
Sólo los hechos
- número Atómico (número de protones en el núcleo): 72
- símbolo Atómico (en la tabla periódica de los elementos): Hf
- peso Atómico (masa promedio del átomo): 178.49
- Densidad: 13.,3 gramos por centímetro cúbico
- Fase a temperatura ambiente: sólido
- Punto de fusión: 4,051 grados Fahrenheit (2,233 grados Celsius)
- Punto de ebullición: 8,317 grados F (4,603 grados C)
- Número de isótopos (átomos del mismo elemento con un número diferente de neutrones): 32 cuyas vidas medias se conocen con números de masa 154 a 185
- isótopos comunes: HF-174, HF-176, HF-177, HF-178, HF-179 y HF-180.,
Detección
Hafnio presencia había sido predicho décadas antes de su descubrimiento, de acuerdo a la Química Mundo. El elemento resultó ser bastante esquivo, ya que era casi imposible distinguirlo químicamente del circonio mucho más común.,
el hafnio todavía era desconocido cuando el químico e inventor ruso Dimitri Mendeleev desarrolló la ley periódica-una versión premoderna de la Tabla periódica de elementos — en 1869. En su trabajo, sin embargo, Mendeleev predijo correctamente que habría un elemento cuyas propiedades eran similares pero más pesadas que el circonio y el titanio.
en 1911, el químico francés Georges Urbain, que ya había descubierto el elemento de tierras raras lutecio, creyó que finalmente había descubierto el elemento faltante 72 — al que procedió a llamar celtium, según Chemicool., Sin embargo, unos años más tarde se demostró que su descubrimiento era una combinación de lantánidos ya descubiertos (los 15 elementos metálicos con números atómicos del 57 al 71 en la Tabla periódica).
no estaba claro todavía si falta el elemento 72 sería un metal de transición o un metal de tierra rara, ya que cayó en el límite entre estos dos tipos de elementos en la tabla. Los químicos que creían que sería un elemento de tierras raras realizaron muchas búsquedas infructuosas entre los minerales que contenían tierras raras, según Chemistry World.,
sin embargo, nuevas pruebas surgidas tanto del campo de la química como de la física apoyaron la idea de que el elemento 72 sería un elemento de Transición. Por ejemplo, los científicos sabían que el elemento 72 caía por debajo del titanio y el circonio en la Tabla periódica y ambos eran elementos de Transición conocidos. Además, el físico danés Niels Bohr, uno de los fundadores de la teoría cuántica, predijo que el elemento 72 sería un metal de Transición basado en su configuración electrónica para el elemento, según Chemistry World.,
en 1921, Bohr alentó al químico húngaro Georg von Hevesy y al físico holandés Dirk Costerto-dos jóvenes investigadores en su instituto en ese momento-a buscar el elemento 72 en el mineral de circonio. Basado en su teoría cuántica de la estructura atómica, Bohr sabía que el nuevo metal tendría una estructura química similar al circonio, por lo que había una fuerte posibilidad de que los dos elementos se encontraran en los mismos minerales, según Chemicool.
Von Hevesy y Coster tomaron el Consejo de Bohr y procedieron a estudiar el mineral de zirconio usando espectroscopia de rayos X., Utilizaron la teoría de Bohr de cómo los electrones llenan las capas y subcapas dentro de los átomos para predecir las diferencias entre los espectros de rayos X de los dos elementos, según Chemical and Engineering News. Este método condujo finalmente al descubrimiento del hafnio en 1923. El descubrimiento fue uno de los únicos seis vacíos restantes en la Tabla periódica. Nombraron el nuevo elemento en honor a la ciudad natal de Bohr, Copenhague (Hafniain en latín).,
usos
el hafnio es notablemente resistente a la corrosión y un excelente absorbedor de neutrones, lo que permite su uso en submarinos nucleares y barras de control de reactores nucleares, una tecnología crítica utilizada para mantener las reacciones de fisión. Las barras de Control mantienen activa la reacción en cadena de fisión, pero también Evitan que se acelere más allá del control.
el hafnio se utiliza en equipos electrónicos como cátodos y condensadores, así como en cerámica, bombillas de flash de fotografía y filamentos de bombillas., Se utiliza en tubos de vacío como captador, una sustancia que se combina con y elimina los gases traza de los tubos, según Jefferson Lab. El hafnio se alea comúnmente con otros metales como titanio, hierro, niobio y tantalio. Por ejemplo, las aleaciones de hafnio-nobium resistentes al calor se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, como los motores de cohetes espaciales.
El carburo de hafnio compuesto tiene el punto de fusión más alto de cualquier compuesto que consta de solo dos elementos, lo que le permite ser utilizado para alinear hornos y hornos de alta temperatura, según Chemicool.
¿Quién sabía?,
- El hafnio es pirofórico (se enciende espontáneamente) en forma de polvo.
- El químico Inglés Henry Moseley fue el científico que se dio cuenta de que el elemento «celtium» de Georges Urbain no era el verdadero elemento ubicado debajo del circonio. Desafortunadamente, la Primera Guerra Mundial interrumpió la importante investigación de este joven científico. Moseley obedientemente se alistó en los Ingenieros Reales Del Ejército Británico y fue asesinado por un francotirador en 1915. Su muerte llevó a Inglaterra a establecer una nueva política que prohibía a científicos prominentes participar en combate.,
- En 1925, los químicos holandeses Anton Eduard van Arkel y Jan Hendrik De Boer idearon un método para producir hafnio de alta pureza. Para hacer esto, los científicos descompusieron tetraioduro de hafnio en un alambre de tungsteno caliente que resulta en una barra de cristal de hafnio puro, de acuerdo con Chemicool. Este método se llama el proceso de la barra de cristal.
- el isómero nuclear del hafnio ha sido debatido durante mucho tiempo como un arma potencial. En la controversia del hafnio, los científicos debaten si el elemento es capaz de desencadenar una rápida liberación de energía.,
- Aunque el circonio es químicamente muy similar al hafnio, es diferente al hafnio en que es muy pobre en absorber neutrones. Por lo tanto, el circonio se utiliza en la capa exterior de las barras de combustible, donde es importante que los neutrones puedan viajar fácilmente.
datación de las capas de la tierra con hafnio
en un estudio reciente, un equipo internacional de investigadores pudo confirmar que la primera corteza de la Tierra se formó hace unos 4,5 mil millones de años, gracias a su análisis químico de hafnio en un meteorito raro., Los investigadores creen que el meteorito se originó en el asteroide Vesta, después de un gran impacto que envió fragmentos de roca a la tierra, según el comunicado de prensa del estudio en Science Daily. Según los investigadores, los meteoritos son piezas de los materiales originales que formaron todos los planetas. Para el estudio, midieron la relación de los isótopos hafnio – 176 y hafnio-177 en el meteorito. Esto les dio un punto de partida para la composición de la Tierra. Compararon los resultados con las rocas más antiguas de la Tierra, esencialmente confirmando que una corteza ya se había formado en la superficie de la Tierra alrededor de 4.,5 mil millones de años. Sus conclusiones se publican en las actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).