Hafnium

Hafnium
Lutécium ← Hafnium → Tantale Zr   72 Hf                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ Hf ↓ Rf Table complète • Table étendue
Informations générales
Nom, Symbole, Numéro	Hafnium, Hf, 72
Série chimique	métaux de transition
Groupe, Période, Bloc	4 (IVB) , 6, d
Masse volumique	13, 31 g·cm-3 (20 °C) [1]
Dureté	5, 5
Couleur	Gris acier
N° CAS	7440-58-6 [2]
Propriétés atomiques
Masse atomique	178, 49 ± 0, 02 u [1]
Rayon atomique (calc)	155 pm (208 pm)
Rayon de covalence	1, 75 ± 0, 10 Å [3]
Rayon de Van der Waals	161 pm
Configuration électronique	[Xe]4f14 5d2 6s2
Électrons par niveau d'énergie	2, 8, 18, 32, 10, 2
État (s) d'oxydation	4
Oxyde	amphotère
Structure cristalline	Hexagonal
Propriétés physiques
État ordinaire	solide
Point de fusion	2 233 °C [1]
Point d'ébullition	4 603 °C [1]
Énergie de fusion	24, 06 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	575 kJ·mol-1
Volume molaire	13, 44×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	1, 12 mPa à 2 500 K
Vitesse du son	3 010 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	1, 3
Chaleur massique	140 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	3, 12×106 S·m-1
Conductivité thermique	18, 4 W·m-1·K-1
Énergies d'ionisation
1re : 6, 82507 eV [4]	2e : 15 eV [4]
3e : 23, 3 eV [4]	4e : 33, 33 eV [4]
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD MeV 172Hf {syn. } 1, 87 a ε 0, 350 172Lu 174Hf 0, 162 % 2×1015 a α 2, 495 170Yb 176Hf 5, 206 % stable avec 104 neutrons 177Hf 18, 606 % stable avec 105 neutrons 178Hf 27, 297 % stable avec 106 neutrons 178m2Hf {syn. } 31 a TI 2, 446 178Hf 179Hf 13, 629 % stable avec 107 neutrons 180Hf 35, 1 % stable avec 108 neutrons 182Hf {syn. } 9×106 a β 0, 373 182Ta
Précautions
SIMDUT[5]
Produit non contrôlé
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le hafnium est un élément chimique du tableau périodique de symbole Hf et de numéro atomique 72. C'est un métal de transition tétravalent d'un aspect gris argenté. Le hafnium ressemble chimiquement au zirconium et est trouvé dans le minerai de zirconium. Le hafnium est utilisé dans les alliages de tungstène pour la confection de filament et d'électrode, il est aussi utilisé comme absorbeur de neutron dans les barres (ou croix) de contrôle de la réactivité nucléaire.

Caractéristiques notables

C'est un métal ductile, brillant et argenté. Il résiste à la corrosion et est chimiquement identique au zirconium. Les propriétés du hafnium sont affectées par la présence d'impuretés de zirconium, et ces deux éléments sont parmi les plus complexes à séparer. L'unique différence notable entre eux est la densité (le zirconium est deux fois moins dense que le hafnium).

Comme le titane et le zirconium, les deux autres éléments stables du groupe IVB de la classification périodique, il présente deux formes cristallines allotropiques : hexagonale compacte à température ambiante (phase α), et cubique centrée à haute température (phase β)  ; leur température de transition se situe aux alentours de 1 750 °C.

Le hafnium est une ressource non renouvelable.

Applications

L'utilisation du hafnium est faite, essentiellement, dans les dispositifs de contrôle neutronique de réacteur nucléaire, par exemple, ceux des sous-marins, surtout grâce à sa particulièrement grande capacité à absorber les neutrons (sa capacité d'absorption étant d'environ 600 fois celle du zirconium). Qui plus est , il présente de très bonnes propriétés mécaniques et une excellente résistance à la corrosion.

Autres utilisations :

• Utilisation pour les filaments de lampe à incandescence classique.
• Dans les alliages de fer, tantale, titane.
• Dans les processeurs, remplaçant le silicium^{[6], [7]}.
• Anode dans les torches de découpage des métaux au plasma
• Métal utilisé par des métallocènes conçus pour la polymérisation des oléfines

L'isomère ^178m2Hf serait susceptible de libérer son énergie d'excitation sous l'effet d'une stimulation extérieure aux rayons X, phénomène connu comme «émission gamma induite» dont la réalité physique demeure à ce jour toujours beaucoup débattue.

Histoire

Le hafnium, selon le toponyme Hafnia, nom latin de Copenhague, a été découvert par Dirk Coster et George von Hevesy en 1923 à Copenhague, Danemark. Peu après on prévit que le nouvel élément devait être associé au zirconium en utilisant la théorie de Bohr. Il fut finalement découvert dans du zirconium par spectroscopie aux rayons X en Norvège.

Effets du hafnium sur la santé

Le hafnium sous la forme de métal ne pose pas normalement de problèmes mais l'ensemble des composés du hafnium devraient être reconnus comme toxiques, quoique les premières études effectuées semblent suggérer que le danger soit limité. La poussière du métal présente un risque d'incendie et d'explosion.

Le hafnium sous forme de métal n'a aucune toxicité connue. Le métal est totalement insoluble dans l'eau, les solutions salines ou les produits chimiques du corps.

L'exposition au hafnium peut se produire par inhalation, ingestion, et par contact avec l'œil ou la peau. La surexposition au hafnium ainsi qu'à ses composés peut causer une légère irritation aux yeux, à la peau, ainsi qu'aux muqueuses des membranes.

Aucun signe et symptôme d'exposition chronique au hafnium n'ont été rapportés chez l'homme.

Effets du hafnium sur l'environnement

Effets sur les animaux : les données sur la toxicité du métal de hafnium ou de sa poussière sont limitées. Les études sur des animaux indiquent que les composés de hafnium causent des dommages à l'œil, à la peau, au foie et irritent les muqueuses des membranes. La DL₅₀ orale pour le tétrachlorure de hafnium chez les rats est de 2, 362 mg·kg^-1, et la DL₅₀ intrapéritonéale chez les souris pour l'oxychlorure de hafnium est de 112 mg·kg^-1.

Aucun effet négatif sur l'environnement n'a été rapporté.

Notes et références

Articles liés

• Hafnium 178m2, un isomère nucléaire énergétique à longue durée de vie aux envisageables applications militaires et spatiales

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Métalloïdes	Non-métaux	Halogènes	Gaz rares
Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Métaux de transition	Métaux pauvres
Lanthanides	Actinides	Superactinides	Éléments non classés

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