Hafnio ¿Cuál es la composición, características, usos, riesgos?
Que es el hafnio
Es un metal de transición con el símbolo químico Hf y número atómico 72. Es el tercer elemento del Grupo 4 de la tabla periódica y es un elemento innato de titanio y circonio. Comparte muchas características químicas con este último y se encuentra en minerales de la corteza terrestre.
En el momento en que se busca hafnio, se busca la localización del circonio, en tanto que es un subproducto de la minería. El nombre de este metal procede del latín "hafnia" que significa "Copenhague". Copenhague es la localidad donde se halló en minerales de circonio, y sus verdaderas características químicas son controvertidas.
Es característico de este metal ser el último y más estable elemento que se puede conseguir en la tierra. En otras palabras, otros descubrimientos formaron una serie de elementos isotópicos obesos, radiactivos y / o artificiales.
El compuesto de hafnio es similar al compuesto de titanio y circonio, en el que el número de oxidación primordial es +4, como el HfCl.Cuarto, Ácido fluorhídrico2, Alta frecuenciaCuarto Y HfBrCuartoCiertos de ellos están entre los materiales mucho más refractarios de la historia y aleaciones de alta resistencia térmica que también tienen la posibilidad de ser útil como geniales absorbentes de neutrones.
Por esta razón, el hafnio juega un papel esencial en la química nuclear, singularmente en los reactores de agua a presión.
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Metales de transición o tierras raras
Aunque el hallazgo del hafnio se ha predicho en la tabla periódica de Mendeleev desde 1869, el hallazgo del hafnio todavía es controvertido.
El inconveniente es que está bajo el circonio, pero coincide con exactamente el mismo período de las tierras extrañas: los lantánidos. Los químicos de la época no sabían si era un metal de transición o una tierra extraña.
El químico francés Georges Urbain descubrió un metal relacionado con el hafnio y aseveró haber descubierto el elemento 72 en 1911. Lo llamó Celtium y lo declaró un metal de tierras extrañas. Pero tres años después, concluyó que sus desenlaces eran incorrectos y solo aisló una mezcla de lantánidos.
Ce n'est qu'en 1914, lorsque les travaux d'Henry Moseley ont trié les éléments par numéro atomique, que la proximité entre le lutétium et l'élément 72 a été confirmée, ce qui était en accord avec la prédiction de Mendeleev, es decir.
Prueba de Copenhague
Después de que Niels Bohr examinó la composición atómica en 1921 y pronosticó el fantasma de emisión de rayos X del elemento 72, dejó de buscar este metal en minerales de tierras extrañas; en cambio, centró su investigación en los minerales de circonio nombrados anteriormente, ya que estos 2 elementos tienen que tener propiedades químicas diferentes.
El químico danés Dirk Kost y el químico húngaro Georg von Hevisi por último lograron detectar los espectros predichos por Niels Bohr en muestras de circonio de Noruega y Groenlandia en 1923. Tras su hallazgo en Copenhague, nombraron el elemento 72: Hafnia por el nombre latino del localidad y después derivó de ella "Hafnium".
Aislamiento y fabricación
No obstante, separar los átomos de hafnio de los átomos de circonio no es una labor fácil, en tanto que son de tamaño afín y reaccionan del mismo modo. Aunque en 1924 se desarrolló un desarrollo de recristalización escalonada para obtener tetracloruro de hafnio, se utilizó HfClCuartoFue reducido a hafnio metálico por los químicos holandeses Anton Eduard van Arkel y Jan Hendrik de Boer.
Esta es la razón por la cual el HfClCuarto Reducción con magnesio metálico (desarrollo Kroll):
Cloruro de hidrogenoCuarto + 2 mg (1100 ° C) ???? 2 cloruro de magnesio2 + Alta frecuencia
Por otra parte, del tetrayoduro de hafnio, HfICuarto, que se evapora en el alambre de tungsteno incandescente para la descomposición térmica y el hafnio metálico se deposita allí para generar una varilla de apariencia policristalina (proceso de varilla de cristal o proceso Arkel-De-Boer):
Corriente de alta frecuenciaCuarto (1700 ° C) Hf + 2 I.2
La estructura del hafnio
Los átomos de hafnio Hf se acumulan en cristales de estructura exagonal compacta hcp bajo presión ambiental, de la misma los metales titanio y circonio. Este cristal de hcp-hafnio se convierte en su etapa, que permanece inalterada a una temperatura de 2030 K. Cuando está en fase, la composición cúbica se centra en el cuerpo primordial bcc.
En el momento en que se supone que el calor relaja el vidrio, los átomos de Hf procuran posicionarse para reducir su compresión. Estas 2 fases alcanzan para argumentar el polimorfismo del hafnio.
Asimismo tiene polimorfismo dependiente de alta presión. Las fases α y β hay bajo una presión de 1 atmósfera; cuando la presión sobrepasa los 40 GPa, se muestran fases, hexagonales pero siempre y en todo momento más fuertes que el hcp ordinario. Raramente, si la presión prosigue incrementando, reaparece la período de prueba con menor consistencia.
Características del hafnio
la apariencia
El sólido blanco plateado, cuando se cubre con óxido y nitruro, exhibe un color oscuro.
masa molar
178,49 g / mol
Punto de fusión
2233 ° C
punto de ebullición
4603 ° C
consistencia
A temperatura ámbito: 13,31 g / cm²3, La consistencia es el doble que la del circón
Singularmente en el punto de fusión: 12 g / cm3
Temperatura de fusión
27,2 kJ / mol
Calor de vaporización
648 kJ / mol
Electronegatividad
1.3 Escala de Pauling
Energía de ionización
Primero: 658,5 kJ / mol (Hf+ gaseoso)
Segundo: 1440 kJ / mol (Hf2+ gaseoso)
Agilidad: 2250 kJ / mol (Hf3+ gaseoso)
Conductividad térmica
23,0 W / (mK)
la resistencia
Capitulo 331
Dureza de Moh
5.5
Reactividad
Si el metal no se pule y se quema y genera chispas a una temperatura de 2000 ° C, no se oxidará ni se corroerá ya que tiene una fina cubierta de óxido para su protección. En este sentido, pertence a los metales más estables. Esto se debe a que no puede disolver un ácido fuerte o una base fuerte, excepto el ácido fluorhídrico y el halógeno, que el ácido fluorhídrico puede oxidar.
Configuración electrónica
El átomo de hafnio tiene la próxima configuración electrónica:
[Xe] 4to piso14 5 dias2 6 s2
Esto coincide con visto que, junto con el titanio y el circonio, pertenece al grupo 4 de la tabla periódica, en tanto que tiene 4 electrones de valencia en orbitales 5d y 6s. Tenga presente también que el hafnio no puede ser un factor lantanoide por el hecho de que su orbital 4f está absolutamente lleno.
Índice de oxidación
La misma configuración electrónica revela cuántos electrones puede perder teóricamente el átomo de hafnio como una parte del compuesto. Suponiendo que pierde cuatro electrones de valencia, semeja un catión tetravalente Hf4+ (Afín a Ti4+ itrio4+), por lo que el número de oxidación es +4.
De hecho, es el mucho más estable y el más común entre todos. Oxidación. Otros menos importantes son: -2 (Hf2-), +1 (Hf+), +2 (Hf2+) y +3 (Hf3+).
isótopo
El hafnio existe en la tierra como cinco isótopos equilibrados y un radioisótopo de extendida duración:
¿Una suerte de? ? ? ?174Hf (0,16%, la vida media es 2Ω ?? 10quince años, con lo que de todos modos se considera permanente)
¿Una especie de? ? ? ?176Alta frecuencia (5,26%)
¿Una especie de? ? ? ?177Alta continuidad (18.60%)
¿Una suerte de? ? ? ?178Alta continuidad (27,28%)
¿Una especie de? ? ? ?179Alta continuidad (13,62%)
¿Una especie de? ? ? ?180Alta frecuencia (35,08%)
Tenga en cuenta que ningún isótopo se enriquece relevantemente, lo que se refleja en la masa atómica promedio del hafnio de 178,49 uma.
De todos y cada uno de los isótopos radiactivos del hafnio más los isótopos naturales, hay un total de 34, 178 metros cuadradosEl Hf es el mucho más discutido porque cuando la radiactividad se desintegra libera rayos gamma para que estos átomos logren usarse como armas de guerra.
Objeto / app
Reacción nuclear
El hafnio no solo es un increíble absorbedor de neutrones, sino más bien asimismo un metal resistente a la humedad y las elevadas temperaturas. Por este motivo, se emplea en reactores de agua a presión y en la fabricación de barras de control para reactores nucleares, su recubrimiento es de circonio de alta pureza gracias a que debe ser con la capacidad de pasar neutrones.
aleación
Los átomos de hafnio pueden combinarse con otros cristales metálicos para formar múltiples aleaciones. Se identifican por su tenacidad y resistencia al calor, por lo que se utilizan en apps exclusivas como la construcción de boquillas de motores cohete.
Por otro lado, ciertas aleaciones y compuestos sólidos de hafnio tienen características particulares, por poner un ejemplo sus carburos y nitruros son respectivamente HfC y HfN, materiales altamente refractarios. Tántalo y carburo de hafnio, TaCuartoFluorocarbonos5Con un punto de fusión de 4215ºC, pertence a los materiales mucho más refractarios disponibles.
catálisis
El metaloceno de hafnio se emplea como catalizador orgánico para la síntesis de polímeros como el polietileno y el poliestireno.
peligro
No sabemos qué efecto tienen los iones Hf en nuestro cuerpo.4+Sin embargo, ya que están naturalmente en los minerales de circonio, se cree que no alteran el ecosistema liberando sal al medioambiente.
No obstante, se recomienda que los compuestos de hafnio se manipulen de forma cuidadosa, tal y como si fueran tóxicos, aun en ausencia de pruebas médicas que demuestren que son dañinos para la salud.
El riesgo real del hafnio reside en sus partículas sólidas finamente molidas, que apenas se queman al contacto con el oxígeno del aire.
Esto enseña por qué durante el pulimentado, una acción que raspa su superficie y libera partículas de metal puro libera una chispa candente a una temperatura de 2000 ℃, esto es, el hafnio tiene combustión espontánea, que es la única caracterizada por el peligro de incendio o quemaduras graves. .
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