Hafnio

Símbolo: Hf
Clasificación: Metales de transición Grupo 4

Número Atómico: 72
Masa Atómica: 178,49
Número de protones/electrones: 72
Número de neutrones (Isótopo 178-Hf): 106
Estructura electrónica: [Xe] 4f¹⁴ 5d² 6d²
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 32, 10, 2
Números de oxidación: +3, +4

Electronegatividad: 1,3
Energía de ionización (kJ.mol^-1): 642
Afinidad electrónica (kJ.mol^-1): 0
Radio atómico (pm): 159
Radio iónico (pm) (carga del ion): 84(+4)

Entalpía de fusión (kJ.mol^-1): 25,5
Entalpía de vaporización (kJ.mol^-1): 661,1

Punto de Fusión (ºC): 2233
Punto de Ebullición (ºC): 4603
Densidad (kg/m³): 13310; (20 ºC)
Volumen atómico (cm³/mol): 13,41
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Plateado.

Propiedades comparadas

Isótopos: Seis isótopos naturales: 174-Hf (2x10¹⁵ años, 0,162%), 176-Hf (5,206%), 177-Hf (18,606%), 178-Hf (27,297%), 179-Hf (13,629%), 180-Hf (35,100%). Veintisiete inestables cuyo período de semidesintegración oscila entre 25 milisegundos (156-Hf) y 9x10⁶ años (182-Hf).

Descubierto en: 1932, Copenhague
Descubierto por: Coster y Hevesey
Fuentes: Como subproducto en la obtención del circonio, pues los minerales del mismo contienen de 1-5% de hafnio.
Usos: En filamentos de wolframio para impedir la cristalización. Reactores nucleares (revestimiento de barras de control de submarinos).

Curiosidades sobre el elemento: El circonio y el hafnio son muy difíciles de separar; su radio atómico y otras propiedades son casi idénticas: se diferencian prácticamente en su densidad. Muchos años antes de su descubrimiento en 1932 (D. Coster y G. von Hevesey), se pensaba que estaba presente en varios minerales y con distinta concentración. Es tan abundante como el estaño: representa el 3x10^-4% en peso de la corteza. De acuerdo con las indicaciones de Bohr, se esperaba que el nuevo elemento debía estar asociado con el circonio. Mediante espectroscopía de rayos X se identificó en el circonio en Hafnia (nombre antiguo de Copenhague). Los minerales de circonio contienen entre 1 y 5% de hafnio.
Originalmente von Hevesey y Jantzen lo separaron del circonio por recristalizaciones repetidas de los fluoruros dobles de amonio o potasio. El hafnio metálico se preparó por el método de van Arkel y de Boer pasando vapor de tetrayoduro a través de un filamento de wolframio caliente.
Actualmente, después de separar el HfCl₄ del ZrCl₄ por destilación de sus complejos con OPCl₃ (tienen distinta temperatura de vaporización, distinta solubilidad en disolventes orgánicos) o por intercambio iónico, se obtiene por el proceso Kroll: por reducción el tetracloruro con magnesio o con sodio. Es un elemento bastante caro.
Es un metal plateado, brillante, dúctil. Sus propiedades dependen de la presencia de impurezas de circonio; de todos los elementos, el circonio y el hafnio son dos de los más difíciles de separar: sus propiedades químicas y físicas son casi idénticas. La densidad del hafnio es más del doble que la del circonio. Se puede producir hafnio muy puro, aunque con circonio como impureza principal.
Forma en el aire una fina capa de óxido (dióxido) que lo hace estable a la corrosión.
A 700ºC, el hafnio absorbe rápidamente hidrógeno para formar el compuesto HfH_1,86.
El metal es resistente a ácidos (excepto fluorhídrico) y álcalis concentrados, pero a elevadas temperaturas reacciona con el oxígeno, nitrógeno, carbono, boro, azufre, y silicio. Reacciona directamente con los halógenos formando tetrahaluros.
Se conocen dos modificaciones: a-Hf (hexagonal) que se transforma a 1760ºC en b-Hf (cúbica).
Se ha aleado con hierro, titanio, niobio, tántalo, y otros metales.
El carburo de hafnio es el compuesto binario más refractario que se conoce. El nitruro es el más refractario de todos los nitruros metálicos (P.F. 3310ºC).
Tiene una buena sección de captura de neutrones térmicos (casi 600 veces mayor que la del circonio), unas excelentes propiedades mecánicas y es muy resistente a la corrosión, por lo que se utiliza en las barras de control de reactores de submarinos nucleares.
Se ha utilizado en lámparas de gas e incandescentes y es un getter eficiente para eliminar oxígeno y nitrógeno de tubos de vacío. Se inflama espontáneamente en el aire si está finamente dividido o en esponja, por lo que debe trabajarse con cuidado.
Ni él ni sus combinaciones parecen venenosas.