Hafnio para niños

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72 Hf
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Información general
Nombre, símbolo, número	Hafnio, Hf, 72
Serie química	Metales de transición
Grupo, período, bloque	4, 6, d
Masa atómica	178,49 u
Configuración electrónica	[Xe] 4f14 5d2 6s2
Dureza Mohs	5,5
Electrones por nivel	2, 8, 18, 32, 10, 2 (imagen)
Apariencia	Gris acero
Propiedades atómicas
Radio medio	155 pm
Electronegatividad	1,3 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc)	208 pm (radio de Bohr)
Radio covalente	150 pm
Estado(s) de oxidación	4, 3, 2
Óxido	Anfótero
1.ª energía de ionización	658,5 kJ/mol
2.ª energía de ionización	1440 kJ/mol
3.ª energía de ionización	2250 kJ/mol
Líneas espectrales
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido (paramagnético)
Densidad	13310 kg/m3
Punto de fusión	2506 K (2233 °C)
Punto de ebullición	4876 K (4603 °C)
Entalpía de vaporización	575 kJ/mol
Entalpía de fusión	24,06 kJ/mol
Presión de vapor	0,00112 Pa a 2500 K
Varios
Estructura cristalina	Hexagonal
Calor específico	140 J/(kg·K)
Conductividad eléctrica	3,12·106 S/m
Conductividad térmica	23 W/(m·K)
Módulo elástico	78 GPa
Coeficiente de Poisson	0,37
Velocidad del sonido	3010 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del hafnio
iso AN Periodo MD Ed PD MeV 172Hf Sintético 1,87 a ε 0,350 172Lu 174Hf 0,16% 2·1015 a α 2,495 170Yb 176Hf 5,26% Estable con 104 neutrones 177Hf 18,60% Estable con 105 neutrones 178Hf 27,28% Estable con 106 neutrones 179Hf 13,62% Estable con 107 neutrones 180Hf 35,08% Estable con 108 neutrones 182Hf Sintético 9·106 β- 0,373 182Ta
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

El hafnio es un elemento químico con el número atómico 72. Lo puedes encontrar en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos y su símbolo es Hf.

Es un metal de transición de color gris-plateado y brillante. Es muy parecido al circonio en sus propiedades químicas. Por eso, se encuentran juntos en los mismos minerales y es difícil separarlos. El hafnio se usa en aleaciones con wolframio para fabricar filamentos y electrodos. También es importante en los reactores nucleares porque puede absorber neutrones. Recientemente, se ha usado para crear los transistores de los procesadores de la empresa Intel.

Hafnio: Un Metal Especial

El hafnio es un metal dúctil, lo que significa que se puede estirar en hilos. Es brillante, plateado y no se oxida fácilmente. Químicamente, es muy similar al circonio.

Propiedades Únicas del Hafnio

¿Por qué es tan parecido al Circonio?

El hafnio y el circonio son muy parecidos porque tienen el mismo número de electrones en sus capas exteriores. Además, sus radios iónicos (el tamaño de sus iones) son casi iguales. Esto se debe a un efecto llamado contracción de los lantánidos. Por estas razones, son muy difíciles de separar en la naturaleza. Los procesos geológicos no los han dividido, así que siempre se encuentran juntos.

La única vez que es realmente necesario separarlos es cuando se usan en reactores nucleares. Esto es porque el hafnio tiene una propiedad especial para absorber neutrones, que el circonio no tiene en la misma medida.

Compuestos Súper Resistentes

Algunos compuestos del hafnio son extremadamente resistentes al calor:

• El carburo de hafnio (HfC) es el compuesto binario (hecho de dos elementos) más resistente al calor que se conoce. Su punto de fusión es de 3.890 °C.
• El nitruro de hafnio (HfN) es el nitruro metálico más resistente al calor, con un punto de fusión de 3.310 °C.
• La mezcla de carburo de hafnio y tántalo (Ta4HfC5) es el compuesto con el punto de fusión más alto conocido: ¡4.215 °C!

El hafnio resiste bien las bases fuertes. Sin embargo, los halógenos (como el cloro o el flúor) pueden reaccionar con él para formar compuestos llamados tetrahaluros de hafnio (HfX₄). A temperaturas elevadas, también puede reaccionar con el oxígeno, nitrógeno, carbono, boro, azufre y silicio.

¿Para qué se Usa el Hafnio?

Usos en Reactores Nucleares

El hafnio es muy importante en los reactores nucleares, como los que se encuentran en submarinos nucleares. Se usa para fabricar las barras de control. Estas barras son cruciales porque el hafnio tiene una gran capacidad para absorber neutrones, unas 600 veces más que el circonio. Esto ayuda a controlar la reacción nuclear. Además, el hafnio tiene muy buenas propiedades mecánicas y es muy resistente a la corrosión.

Hafnio en la Tecnología Moderna

El hafnio tiene otras aplicaciones interesantes:

• Se usa en lámparas de gas y en bombillas incandescentes.
• Funciona como catalizador en la fabricación de ciertos plásticos.
• Ayuda a eliminar el oxígeno y el nitrógeno de los tubos de vacío.
• Se añade a aleaciones de hierro, titanio, niobio, tántalo y otros metales.
• Desde 2007, el hafnio es un material clave en la fabricación de microprocesadores modernos. Empresas como IBM e Intel lo utilizan en una parte del transistor llamada dieléctrico de compuerta, mejorando su rendimiento.
• Un derivado del hafnio, el óxido de hafnio, se usa en dispositivos de fotónica de silicio. Ayuda a reducir la pérdida de luz entre el silicio y el aire.

La Historia del Descubrimiento del Hafnio

¿Cómo se Predijo su Existencia?

La existencia del hafnio fue predicha por primera vez en 1869 por Dmitri Mendeléyev, el creador de la tabla periódica de los elementos. Él pensó que debía haber un elemento similar al titanio y al circonio, pero más pesado. En 1914, Henry Moseley usó una técnica llamada espectroscopia de rayos X para confirmar que faltaban elementos en la tabla periódica, incluyendo el número 72.

El Descubrimiento Oficial

En 1921, Charles R. Bury sugirió que el elemento 72 debía ser parecido al circonio. Esta idea fue apoyada por Niels Bohr y otros científicos en 1923, basándose en las teorías del átomo y los estudios de rayos X.

Animados por estas ideas, Dirk Coster y Georg von Hevesy buscaron el nuevo elemento en minerales de circonio. Finalmente, descubrieron el hafnio en 1923 en Copenhague, Dinamarca. Este descubrimiento confirmó la predicción de Mendeléyev. El elemento fue nombrado "Hafnio" por Hafnia, el nombre latino de Copenhague, la ciudad natal de Niels Bohr.

La separación del hafnio y el circonio fue un desafío. En 1924, Anton Eduard van Arkel y Jan Hendrik de Boer lograron obtener hafnio metálico puro. Su método para purificar el hafnio y el circonio todavía se usa hoy en día.

¿Dónde se Encuentra y Cómo se Obtiene el Hafnio?

Punta fundida de un electrodo de hafnio, un cubo de 1 cm y un lingote de hafnio (de izquierda a derecha).

El hafnio no se encuentra solo en la naturaleza. Siempre está mezclado con el circonio en sus minerales, como el circón (ZrSiO₄). Estos minerales suelen contener entre un 1% y un 5% de hafnio.

La mayor parte del hafnio se obtiene como un subproducto cuando se purifica el circonio. Esto ocurre porque el circonio se usa mucho en reactores nucleares y necesita ser muy puro, sin hafnio, ya que el hafnio absorbe muchos neutrones.

Separación de Circonio y Hafnio

Las propiedades químicas del hafnio y el circonio son tan parecidas que separarlos es muy difícil. Los primeros métodos no eran eficientes para producir grandes cantidades. Sin embargo, cuando el circonio se eligió para los programas de reactores nucleares en la década de 1940, se hizo necesario encontrar una forma de separarlos.

Hoy en día, se usan procesos de extracción líquido-líquido. Una vez que se obtiene el cloruro de hafnio(IV) purificado, se convierte en metal reduciéndolo con magnesio o sodio, en un proceso similar al proceso de Kroll: <chem>HfCl4 + 2Mg ->[1100^oC] Hf + 2MgCl2</chem>

Para obtener hafnio aún más puro, se utiliza un método llamado proceso de Van Arkel-de Boer. En este proceso, el hafnio reacciona con yodo a unos 500 °C para formar yoduro de hafnio(IV). Luego, este compuesto se calienta a 1700 °C sobre un filamento de tungsteno, lo que hace que el hafnio puro se deposite en el filamento y el yodo se libere para reaccionar de nuevo. <chem>Hf + 2I2 ->[500^oC] HfI4</chem> <chem>HfI4 ->[1700^oC] Hf + 2I2</chem>

Precauciones al Usar Hafnio

Es importante tener cuidado al manipular hafnio. Cuando se divide en partículas muy pequeñas, puede ser pirofórico. Esto significa que puede encenderse espontáneamente al contacto con el aire. Los compuestos de hafnio no suelen estar en contacto con la mayoría de las personas. Aunque el metal puro no es muy tóxico, todos sus compuestos deben manejarse con precaución, como si fueran tóxicos.

Galería de imágenes

• 

  Registro fotográfico de las líneas de emisión de rayos X características de algunos elementos.

• 

  Lingotes oxidados de hafnio.

Véase también

En inglés: Hafnium Facts for Kids