O háfnio é um metal de transição cujo símbolo químico é Hf e tem número atômico 72. É o terceiro elemento do grupo 4 da tabela periódica, sendo congênere do titânio e do zircônio. Com este último compartilha muitas propriedades químicas, estando localizado junto nos minerais da crosta terrestre.
Procurar háfnio é procurar onde está o zircônio, pois ele é um subproduto de sua extração. O nome deste metal vem da palavra latina 'hafnia', cujo significado passa a ser o nome de Copenhague, cidade onde foi descoberto nos minerais de zircão e acabou a polêmica sobre sua verdadeira natureza química..
O háfnio é um metal que passa despercebido ao intelecto geral; na verdade, poucas pessoas ouviram falar dele antes. Mesmo entre alguns produtos químicos é um elemento incomum, em parte devido ao seu alto custo de produção e ao fato de que na maioria de suas aplicações o zircônio pode substituí-lo sem problemas..
Este metal carrega a distinção de ser o último dos elementos mais estáveis descobertos aqui na Terra; ou seja, as outras descobertas constituíram uma série de elementos radioativos ultra-pesados e / ou isótopos artificiais.
Os compostos de háfnio são análogos aos do titânio e zircônio, com um número de oxidação de +4 predominante neles, como o HfCl4, HfOdois, HfI4 e HfBr4. Alguns deles encabeçam a lista dos materiais mais refratários já criados, assim como ligas com alta resistência térmica e que também atuam como excelentes absorvedores de nêutrons..
Por esse motivo, o háfnio tem grande participação na química nuclear, principalmente no que diz respeito a reatores de água pressurizada..
Índice do artigo
A descoberta do háfnium foi cercada de polêmica, apesar de sua existência já ter sido prevista desde 1869, graças à tabela periódica de Mendeleev..
O problema é que ele estava posicionado abaixo do zircônio, mas coincidia no mesmo período dos elementos de terras raras: os lantanóides. Os químicos da época não sabiam se era um metal de transição ou um metal de terra rara..
O químico francês Georges Urbain, descobridor do lutécio, um metal vizinho do háfnio, afirmou em 1911 ter descoberto o elemento 72, que chamou de celtium e proclamou que se tratava de um metal de terras raras. Mas três anos depois concluiu-se que seus resultados estavam errados e que ele havia isolado apenas uma mistura de lantanóides..
Não foi até os elementos serem ordenados por seus números atômicos, graças ao trabalho de Henry Moseley em 1914, que a vizinhança entre o lutécio e o elemento 72 foi posta em evidência, concordando com as previsões de Mendeleev quando o último elemento estava localizado no mesmo grupo como os metais titânio e zircônio.
Em 1921, após os estudos de Niels Bohr sobre a estrutura atômica e sua previsão do espectro de emissão de raios X para o elemento 72, a busca por esse metal em minerais de terras raras foi interrompida; Em vez disso, ele concentrou sua pesquisa nos minerais de zircônio, uma vez que ambos os elementos devem compartilhar várias propriedades químicas..
O químico dinamarquês Dirk Coster e o químico húngaro Georg von Hevesy em 1923 finalmente conseguiram reconhecer o espectro previsto por Niels Bohr em amostras de zircão da Noruega e da Groenlândia. Tendo feito a descoberta em Copenhague, eles chamaram o elemento 72 pelo nome latino desta cidade: hafnia, do qual mais tarde foi derivado de 'háfnium'.
No entanto, não foi uma tarefa fácil separar os átomos de háfnio dos do zircônio, pois seus tamanhos são semelhantes e reagem da mesma maneira. Embora em 1924 um método de recristalização fracionada tenha sido desenvolvido para obter tetracloreto de háfnio, HfCl4, foram os químicos holandeses Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer que o reduziram a háfnio metálico.
Para fazer isso, HfCl4 sofreu redução usando magnésio metálico (processo Kroll):
HfCl4 + 2 Mg (1100 ° C) → 2 MgCldois + Hf
Por outro lado, a partir de tetraiodeto de háfnio, HfI4, Este foi vaporizado para sofrer decomposição térmica em um filamento de tungstênio incandescente, no qual o háfnio metálico foi depositado para produzir uma barra de aparência policristalina (processo de barra cristalina ou processo Arkel-De Boer):
HfI4 (1700 ° C) → Hf + 2 Idois
Os átomos de háfnio, Hf, agrupam-se à pressão ambiente em um cristal com uma estrutura hexagonal compacta, hcp, assim como os metais titânio e zircônio. Este cristal hcp háfnio passa a ser sua fase α, que permanece constante até a temperatura de 2030 K, quando passa por uma transição para a fase β, com estrutura cúbica centrada no corpo, bcc.
Isso é entendido se for considerado que o calor "relaxa" o cristal e, portanto, os átomos de Hf procuram se posicionar de forma a diminuir sua compactação. Essas duas fases são suficientes para considerar o polimorfismo do háfnio.
Da mesma forma, apresenta um polimorfismo que depende de altas pressões. As fases α e β existem a uma pressão de 1 atm; enquanto a fase ω, hexagonal mas ainda mais compactada do que o hcp comum, aparece quando as pressões excedem 40 GPa. Curiosamente, quando as pressões continuam a aumentar, a fase β menos densa reaparece.
Sólido branco prateado, que mostra tons escuros se tiver uma camada de óxido e nitreto.
178,49 g / mol
2233 ºC
4603 ºC
À temperatura ambiente: 13,31 g / cm3, sendo duas vezes mais denso que o zircônio
Bem no ponto de fusão: 12 g / cm3
27,2 kJ / mol
648 kJ / mol
1,3 na escala de Pauling
Primeiro: 658,5 kJ / mol (Hf+ gasoso)
Segundo: 1440 kJ / mol (Hfdois+ gasoso)
Terceiro: 2250 kJ / mol (Hf3+ gasoso)
23,0 W / (mK)
331 nΩ m
5,5
A menos que o metal seja polido e queime, liberando faíscas a uma temperatura de 2.000 ° C, ele não tem suscetibilidade à ferrugem ou corrosão, pois uma fina camada de seu óxido o protege. Nesse sentido, é um dos metais mais estáveis. Na verdade, nem os ácidos fortes nem as bases fortes podem dissolvê-lo; exceto para ácido fluorídrico e halogênios capazes de oxidá-lo.
O átomo de háfnio tem a seguinte configuração eletrônica:
[Xe] 4f14 5 ddois 6sdois
Isso coincide com o fato de pertencer ao grupo 4 da tabela periódica, junto com o titânio e o zircônio, por possuir quatro elétrons de valência nos orbitais 5d e 6s. Observe também que o háfnio não pode ser um lantanóide, uma vez que tem seus orbitais 4f completamente preenchidos.
A mesma configuração de elétrons revela quantos elétrons um átomo de háfnio é teoricamente capaz de perder como parte de um composto. Supondo que ele perca seus quatro elétrons de valência, seria um cátion tetravalente Hf4+ (em analogia com Ti4+ e Zr4+) e, portanto, teria um número de oxidação de +4.
Este é de fato o mais estável e comum de seus números de oxidação. Outros menos relevantes são: -2 (Hfdois-), +1 (Hf+), +2 (Hfdois+) e +3 (Hf3+).
O háfnio ocorre na Terra como cinco isótopos estáveis e um radioativo com uma vida útil muito longa:
-174Hf (0,16%, com meia-vida de 2 10quinze anos, por isso é considerado praticamente estável)
-176Hf (5,26%)
-177Hf (18,60%)
-178Hf (27,28%)
-179Hf (13,62%)
-180Hf (35,08%)
Observe que, como tal, nenhum isótopo se destaca em abundância, e isso se reflete na massa atômica média do háfnio, 178,49 amu.
De todos os isótopos radioativos de háfnio, que junto com os naturais somam um total de 34, o 178m2Hf é o mais polêmico porque em seu decaimento radioativo libera radiação gama, então esses átomos poderiam ser usados como uma arma de guerra.
O háfnio é um metal resistente à umidade e altas temperaturas, além de ser um excelente absorvedor de nêutrons. Por isso, é utilizado em reatores de água pressurizada, bem como na fabricação de hastes de controle para reatores nucleares, cujos revestimentos são feitos de zircônio ultra-puro, pois este deve ser capaz de transmitir nêutrons através dele..
Os átomos de háfnio podem integrar outros cristais metálicos para dar origem a diferentes ligas. Estes se caracterizam por serem robustos e termicamente resistentes, por isso se destinam a aplicações espaciais, como na construção de bicos de motores para foguetes..
Por outro lado, algumas ligas e compostos sólidos de háfnio têm propriedades especiais; como seus carbonetos e nitretos, HfC e HfN, respectivamente, que são materiais altamente refratários. Carboneto de tântalo e háfnio, Ta4HfC5, Com ponto de fusão de 4215 ° C, é um dos materiais mais refratários já conhecidos..
Metalocenos de háfnio são usados como catalisadores orgânicos para a síntese de polímeros como polietileno e poliestireno.
Não se sabe até o momento que impacto os íons Hf podem ter em nosso corpo4+. Por outro lado, por serem encontrados na natureza em minerais de zircônio, não se acredita que alterem o ecossistema liberando seus sais no meio ambiente..
No entanto, é recomendável manusear os compostos de háfnio com cuidado, como se fossem tóxicos, mesmo quando não há estudos médicos que comprovem que são prejudiciais à saúde..
O perigo real do háfnio está nas partículas finamente moídas de seu sólido, que mal podem queimar quando entram em contato com o oxigênio do ar..
Isso explica porque quando é polido, ação que raspa sua superfície e libera partículas de metal puro, fagulhas de queima são liberadas a uma temperatura de 2.000 ºC; ou seja, háfnio tem piroforicidade, a única propriedade que traz riscos de incêndio ou queimaduras graves.
Ainda sem comentários