Afnio
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| Generalità | |||||||||
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| Nome, Simbolo, Numero atomico | afnio, Hf, 72 | ||||||||
| Serie chimica | metalli di transizione | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 4, 6, d | ||||||||
| Densità, Durezza | 13310 kg/m3, 5,5 | ||||||||
| Aspetto | grigio metallico |
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| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 178,49 amu;g/mol | ||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 155 (208) pm | ||||||||
| Raggio covalente | 150 pm | ||||||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | ||||||||
| Configurazione elettronica | [Xe]4f145d2 6s2 | ||||||||
| elettroni (e-) per livello energetico | 2, 8, 18, 32, 10, 2 | ||||||||
| Stati di ossidazione | 4 (anfotero) | ||||||||
| Struttura cristallina | esagonale | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato a temperatura ambiente | solido | ||||||||
| Punto di fusione | 2506 K (2233°C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 4876 K (4603°C) | ||||||||
| Volume molare | 1,344 × 10-5 m3/mol | ||||||||
| Calore di evaporazione | 575 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 24,06 kJ/mol | ||||||||
| Tensione di vapore | 1,12 × 10-3 Pa a 2500 K | ||||||||
| Velocità del suono | 3010 m/s a 293,15 K | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 1,3 (scala di Pauling) | ||||||||
| Calore specifico | 140 J/(kg*K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 3,12 × 106 /m ohm | ||||||||
| Conducibilità termica | 23 W/(m*K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 658,5 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1440 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
| 172Hf | sintetico | 1,87 anni | ε | 0,350 | 172Lu | ||||
| 174Hf | 0,162% | 2 × 1015 anni | α | 2,495 | 170Yb | ||||
| 176Hf | 5,206% | Hf è stabile con 104 neutroni | |||||||
| 177Hf | 18,606% | Hf è stabile con 105 neutroni | |||||||
| 178Hf | 27.297% | Hf è stabile con 106 neutroni | |||||||
| 179Hf | 13.629% | Hf è stabile con 107 neutroni | |||||||
| 180Hf | 35,1% | Hf è stabile con 108 neutroni | |||||||
| 182Hf | sintetico | 9 × 106 anni | β | 0,373 | 182Ta | ||||
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iso = isotopo |
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L'afnio è l'elemento chimico di numero atomico 72, il suo simbolo è Hf. L'afnio è un metallo di transizione di aspetto lucido e colore argenteo, chimicamente assomiglia allo zirconio e si trova spesso nei minerali di zirconio. L'afnio si utilizza in lega con il tungsteno nei filamenti e negli elettrodi inoltre è utilizzato come assorbente di neutroni nelle barre di controllo dei reattori nucleari.
Indice |
[modifica] Caratteristiche
Questo metallo argenteo si presenta duttile e resistente alla corrosione. Le proprietà dell'afnio sono fortemente influenzate dalle impurezze di zirconio e questi due elementi sono tra i più difficili da separare. La sola differenza importante tra i due è la densità (la densità dello zirconio è circa la metà di quella dell'afnio).
Il carburo di afnio è il composto binario più refrattario che si conosca (fonde a 4150 °C) ed il nitruro di afnio è il più refrattario fra tutti i nitruri metallici con un punto di fusione di 3310 °C). Questo metallo è resistente agli alcali concentrati mentre gli alogeni reagiscono con esso formando tetraalogenuri di afnio. Ad alta temperatura l'afnio reagisce con ossigeno, azoto, carbonio, boro, zolfo e silicio.
L'isomero nucleare Hf-178-2m è usato come sorgente di raggi gamma e se ne sta studiando l'utilizzo come sorgente di energia nei laser a raggi gamma.
[modifica] Applicazioni
L'afnio è utilizzato per fabbricare barre di contenimento nei reattori nucleari per via della sua alta capacità di assorbimento dei neutroni (è in grado di assorbire neutroni energetici 600 volte più efficacemente che lo zirconio), inoltre ha ottime caratteristiche meccaniche ed un'eccezionale resistenza alla corrosione. Altri utilizzi sono:
- nelle lampade ad incandescenza,
- per catturare i residui di ossigeno ed azoto,
- come elettrodo nel taglio al plasma per la sua capacità di emissione di elettroni,
- in lega con ferro, titanio, niobio, tantalio ed altri metalli.
- L'ossido di afnio è candidato ad essere utilizzato negli isolatori di gate High-K nelle prossime generazioni di circuiti integrati.
- Il DARPA finanzia saltuariamente ricerche mirate ad utilizzare un isomero nucleare dell'afnio (l'Hf-178-2m) per costruire un'arma piccola ma potente da attivare con un semplice meccanismo a raggi X, la cosiddetta bomba all'afnio. C'è una forte opposizione sia tecnica che morale al progetto (si dice che questa arma potrebbe essere irrealizzabile ma altri paesi potrebbero giustificare l'aumento delle riserve di armi nucleari per contrastare il "divario con la bomba a isomeri").
[modifica] Storia
L'afnio (dal latino Hafnia che significa "Copenaghen") è stato scoperto da Dirk Coster e Georg von Hevesy nel 1923 a Copenaghen, Danimarca. Poco dopo, mediante la teoria di Bohr, si predisse che l'elemento fosse associato con lo zirconio ed infine fu trovato in questo elemento tramite un'analisi con lo spettroscopio a raggi X condotta in Norvegia.
Fu separato dallo zirconio attraverso ripetute ricristallizzazioni dei fluoruri di ammonio o potassio da Jantzen e von Hevesey. L'afnio metallico fu preparato per la prima volta da Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik deBoer facendo passare il vapore di tetraioduro sopra un filamento di tungsteno riscaldato.
[modifica] Dove si trova
L'afnio si trova in natura combinato con i composti di zirconio ma non esiste come elemento libero in natura. I minerali che contengono zirconio come l'alvite [(Hf, Th, Zr)SiO4 H2O], thortveitite e zircone (ZrSiO4), contengono dall'1 al 5 per cento di afnio. Circa la metà dell'afnio metallico è prodotto mediante raffinazione dello zirconio. Questo processo si effettua riducendo il tetracloruro di afnio con magnesio o sodio nel processo Kroll.
[modifica] Precauzioni
L'afnio va trattato con attenzione perché quando è in polvere è piroforico cioè si accende spontaneamente a contatto con l'aria. Composti contenenti questo metallo vengono raramente a contatto con le persone ed il metallo puro non è tossico ma tutti i suoi composti dovrebbero essere trattati come sostanze tossiche. L'esposizione all'afnio e ai suoi composti non deve eccedere il TLV-TWA pari a 0,5 mg/mc, valore limite ponderato su 8 ore giornaliere.
