Ce trebuie ştiut despre hafniu, elementul care a fost timp de decenii un mister pentru oamenii de ştiinţă

Acesta are numărul atomic de 72, simbolul Hf şi o masă atomică de 178,49. Densitatea este de 13,3 grame pe centimetru cub şi faza solidă la temperatura camerei. Punctul de topire este relativ mare, la 2.233 grade Celsius, iar cel de fierbere la 4.603 grade Celsius.

Hafniul este numit după numele latin al oraşului Copenhaga: Hafnia. Elementul are aplicaţii comerciale importante, inclusiv în energie nucleară, echipament electronic, ceramică, becuri de lumină şi în realizarea super-aliajelor, scrie Live Science.

Hafniul nativ se întâlneşte extrem de rar şi se întâlneşte des în mineralele de zirconiu cu o concentraţie de până la 5%. De fapt, hafniul este atât de similar cu zirconiul încât separarea celor două elemente este extrem de dificilă. O mare parte din hafniu este produsul secundar al rafinării zirconiului.

Este cel de al 45-lea cel mai abundent element de pe Pământ, având 3,3 părţi per milion (ppm) din masa crustei Terrei.

Elementul este foarte rezistent la coroziune pentru că la suprafaţă se formează un strat de oxigen. Rămâne neafectat de apă, aer şi toate substanţele alcaline şi acide cu excepţia fluorurii de hidrogen.

Carbidul de hafniu (HfC) are cel mai înalt punct de topire decât orice alt compus cunoscut format din două elemente (3.890 grade Celsius). De asemenea, printre compuşii cu trei elemente, carbidul de wolfram şi hafniu are cel mai înalt punct de topire (4.125 grade Celsius).

Descoperirea

Existenţa hafniului a fost prezisă cu decenii înaintea descoperirii sale. Elementul s-a dovedit destul de evaziv, întrucât era aproape imposibil de distins chimic de elementul mult mai des întâlnit, zirconiu.

Hafniul era încă necunoscut atunci când chimistul şi inventatorul rus Dmitri Mendeleev a elaborat legea periodică – o versiune iniţială a tabelului periodic al elementelor. În lucrarea sa, Mendeleev a prezis corect că mai este un element care are proprietăţi similare cu zirconiu şi titan, dar care este mai greu ca acestea.

În 1911, chimistul francez Georges Urbain, care descoperise deja elementul luteţiu, credea că a descoperit şi elementul 72, pe care l-a numit celţiu. Totuşi, la câţiva ani după aceasta, descoperirea reprezenta o combinaţie de alte elemente metalice.

De asemenea, nu se ştia clar dacă elementul 72 era un metal de tranziţie sau un pământ rar. Chimiştii care credeau că ar fi un pământ rar au condus mai multe cercetări fără rezultat printre mineralele care conţineau pământuri rare (un grup de 17 elemente din tabelul periodic).

Noile dovezi au arătat însă că elementul 72 era un element de tranziţie. Spre exemplu, acesta era sub titan şi zirconiu în tabelul periodic, ambele fiind elemente de tranziţie. Mai mult decât atât, fizicianul danez Niels Bohr, unul dintre fondatorii teoriei cuantice, a prezis că elementul 72 este un metal de tranziţie, bazându-se pe configuraţia electronică a elementului.

În 1921, Bohr i-a încurajat pe chimiştii Georg von Hevesy şi Dirk Costerto – doi tineri cercetători de la institutul lui – să caute elementul 72 în minereurile de zirconiu. Bazându-se pe mecanica cuantică a structurii atomice, Bohr ştia că noul metal are o structură chimică similară cu zirconiul, astfel exista o mare posibilitate ca cele două elemente să se găsească în acelaşi minereu.

Cei doi chimişti au studiat mostre cu ajutorul spectroscopiei cu raze X. Au folosit teoria lui Bohr cu privire la modul în care electronii sunt dispuşi în atom pentru a observa diferenţele dintre cele două elemente. Această metodă a dus la descoperirea hafniului în 1923, fiind numit după oraşul de originie a lui Bohr, Hafnia sau Copenhaga.

Utilizările

Hafniul este rezistent la efectele coroziunii şi un foarte bun absorbant de neutroni, permiţând utilizarea în submarinii nucleari şi în sistemele de control ale reactoarelor nucleare, o tehnologie critică utilizată pentru a menţine reacţia de fisiune.

Este folosit în echipament electronic precum catozii şi condensatorii electrici, dar şi în filamentele becurilor şi în ceramică.

Hafniul intră în aliaje cu alte metale precum titanul, fierul, niobiul şi tantalul. Aliajul hafniu-nobiu este utilizat în aplicaţiile industriei aerospaţiale, precum motoarele rachetelor spaţiale.

Carbidul de hafniu are cel mai înalt punct de topire al compuşilor cu două elemente, permiţându-i să fie folosit în cuptoare şi furnale de temperatură mare.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Cinci moduri care arată că cel mai greu element din tabelul periodic este extrem de bizar

Ununseptium, noul element chimic supergreu descoperit de rusi

În nucleul Pământului a fost descoperit un nou element

Cercetătorii au descoperit un nou element chimic. Ununseptium a fost obţinut în laborator