Datos sobre el hafnio

El hafnio es un metal de transición gris plateado brillante. Descubierto en 1923, fue el penúltimo elemento con núcleos estables que se agregó a la tabla periódica (el último fue el renio en 1925). Hafnium 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 cambio, está presente en la mayoría de los minerales de circonio en una concentración de hasta el 5 por ciento. De hecho, el hafnio es químicamente tan similar al circonio que separar los dos elementos es extremadamente difícil. La mayor parte del hafnio comercial se produce como subproducto del refinado de circonio..

El hafnio es el 45º elemento más abundante en la Tierra, y comprende aproximadamente 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 conocido de dos elementos a 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 mixto 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).

Solo los hechos

• Número atómico (número de protones en el núcleo): 72
• Símbolo atómico (en la tabla periódica de los elementos): Hf
• Peso atómico (masa media 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 más comunes: Hf-174, Hf-176, Hf-177, Hf-178, Hf-179 y Hf-180.

Descubrimiento

La presencia de hafnio se había predicho décadas antes de su descubrimiento, según Chemistry World. El elemento resultó ser bastante esquivo, ya que era casi imposible distinguirlo químicamente del circonio mucho más común..

El hafnio aún 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. a pero más pesado que el circonio y el titanio.

En 1911, el químico francés Georges Urbain, que ya había descubierto el elemento de tierras raras lutecio, creía que finalmente había descubierto el elemento 72 faltante, 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)..

Todavía no estaba claro si el elemento 72 faltante sería un metal de transición o un metal de tierras raras, ya que se encontraba 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 minerales que contienen tierras raras, según Chemistry World..

Sin embargo, la nueva evidencia que surgió tanto del campo de la química como de la física apoyó la idea de que el elemento 72 sería un elemento de transición. Por ejemplo, los científicos sabían que el elemento 72 estaba 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 de 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 existía una gran posibilidad de que los dos elementos se encontraran en los mismos minerales, según Chemicool..

Von Hevesy y Coster siguieron el consejo de Bohr y procedieron a estudiar el mineral de circonio mediante espectroscopía 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 huecos que quedaban en la tabla periódica. Llamaron al nuevo elemento en honor a la ciudad natal de Bohr, Copenhague (Hafniaen 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 sin 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 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-nobio 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 permite su uso para revestir hornos y hornos de alta temperatura, según Chemicool..

Quien sabe?

• 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 se alistó obedientemente 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 los científicos prominentes participar en el 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 tetrayoduro de hafnio en un alambre de tungsteno caliente que resultó en una barra de cristal de hafnio puro, según Chemicool. Este método se llama proceso de barra de cristal..
• El isómero nuclear del hafnio se ha 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, se diferencia del hafnio en que es muy pobre para 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..

Datar las capas de la Tierra con hafnio

En un estudio reciente, un equipo internacional de investigadores pudo confirmar que la primera corteza terrestre se formó hace unos 4.500 millones de años, gracias a su análisis químico del hafnio en un meteorito raro. Los investigadores creen que el meteorito se originó en el asteroide Vesta, luego 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 proporción 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, lo que esencialmente confirmó que ya se había formado una corteza en la superficie de la Tierra hace unos 4.500 millones de años. Sus hallazgos se publican en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS)..