Háfnio

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.^[1] À temperatura ambiente, o háfnio encontra-se no estado sólido.^[1]

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	4, 6, d
Densidade, dureza	13310 kg/m3, n/a
Número CAS	7440-58-6
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atómica	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)
1.º Potencial de ionização	658,5 kJ/mol
2.º Potencial de ionização	1440 kJ/mol
3.º Potencial de ionização	kJ/mol
4.º Potencial de ionização	kJ/mol
5.º Potencial de ionização	kJ/mol
6.º Potencial de ionização	kJ/mol
7.º Potencial de ionização	kJ/mol
8.º Potencial de ionização	kJ/mol
9.º Potencial de ionização	kJ/mol
10.º 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.
v d e

É um metal de transição situado no grupo 4 (anteriormente denominado IV B) da classificação periódica dos elementos.^[1] 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 Dirk Coster.^[2]

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 carboneto 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 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 incandescente.
• 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.^[2] Pouco depois foi previsto, utilizando a teoria de Bohr, que estaria associado com o zircônio.^[2] 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 vez por Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer passando tetraiodeto de háfnio (HfI₄) por um filamento aquecido de tungstênio (volfrâmio).^[2]

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.

Referências

1. Emsley 2003, p. 174
2. Emsley 2003, pp. 172-173