Hafnium

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Hafnium
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Zr
   
 
72		 Hf
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
↑
Hf
↓
Rf
Tableau complet • Tableau étendu
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
No CAS 7440-58-6 [2]
No EINECS 231-166-4
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 compact
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[4]
1re : 6,82507 eV 2e : 15 eV
3e : 23,3 eV 4e : 33,33 eV
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
Directive 67/548/EEC[5]
État pulvérulent :
Facilement inflammable
F
Transport[5]
-
   2545 1326   
SIMDUT[6]

Produit non contrôlé
SGH[5]
État pulvérulent :
SGH02 : Inflammable
Danger
H250, H251, P210, P222, P235, P280, P410, P420, P422,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
modifier Consultez la documentation du modèle

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 neutrons dans les barres (ou croix) de contrôle de la réactivité nucléaire.

Sommaire

Caractéristiques notables [modifier]

Lingot de hafnium cristallisé.

C'est un métal ductile, brillant et argenté. Il résiste à la corrosion et est chimiquement semblable au zirconium. Les propriétés du hafnium sont affectées par la présence d'impuretés de zirconium, et ces deux éléments sont parmi les plus difficiles à séparer. La seule 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 [modifier]

Hafnium, soudé par faisceau d'électrons (à droite). Cube d'un cm de côté au premier plan.

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

Autres utilisations :

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 encore largement débattue.

Histoire [modifier]

Le hafnium, d'après 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 sur la santé [modifier]

Ce métal est complètement insoluble dans l'eau, les solutions salines ou les produits chimiques du corps. Le hafnium sous forme de métal n'a aucune toxicité connue. Aucun signe et symptôme d'exposition chronique au hafnium n'ont été rapportés chez l'homme.

L'exposition au hafnium peut se produire par inhalation, ingestion, et par contact avec l'œil ou la peau.
Une surexposition au hafnium et à ses composés peut causer une légère irritation oculaire ou de la peau et des muqueuses.

Le hafnium sous la forme de métal ne pose normalement pas de problème mais tous les composés du hafnium devraient être considérés comme toxiques, bien que les premières études effectuées semblent suggérer que le danger est limité. Sous forme tritide, associé à du tritium, et inhalé, il peut rendre le tritium plus dangereux qu'en cas d'inhalation d'eau tritiée[9].

La poussière du métal présente un risque d'incendie et d'explosion.

Effets sur l'environnement [modifier]

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 [modifier]

  1. ↑ a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0) 
  2. ↑ Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. ↑ (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions, 2008, p. 2832 - 2838 [lien DOI] 
  4. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89e éd., p. 10-203 
  5. ↑ a, b et c Entrée de « Hafnium, Powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  6. ↑ « Hafnium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  7. ↑ Voir l'article sur les avancées technologique appliquées aux CPU : [1]
  8. ↑ http://www.intel.com/technology/45nm/
  9. ↑ W.C.T. Inkret, M.E. Schillaci, M.K. Boyce, Y.S. Cheng, D.W. Efurd, T.T. Little, G. Miller, J.A. Musgrave and J.R. Wermer, Internal Dosimetry for Inhalation of Hafnium Tritide Aerosols ; Oxford Journals Mathematics & Physical SciencesMedicine  ; Radiation Protection Dosimetry ; Volume93, Issue1 ; Pp. 55-60 (Résumé)

Annexes [modifier]

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Articles connexes [modifier]

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1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
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