Háfnio (Hf)

Principais propriedades

O háfnio é um metal cinza-prateado, brilhante, dúctil e muito resistente à corrosão, protegido por uma película de óxido que se forma espontaneamente. Funde acima de 2200 graus Celsius, o que o classifica entre os metais refratários, e mantém boas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas.

Sua química é quase indistinguível da do zircônio: os dois íons têm praticamente o mesmo tamanho, consequência da contração dos lantanídeos, e ocorrem sempre juntos na natureza. A diferença decisiva está no comportamento nuclear, pois o háfnio captura nêutrons com grande eficiência, enquanto o zircônio é praticamente transparente a eles. O dióxido de háfnio tem constante dielétrica alta e é um dos óxidos mais refratários conhecidos.

Ocorrência na natureza

Não existe minério exclusivo de háfnio. O elemento acompanha o zircônio em todos os seus depósitos, sobretudo no zircão e na badeleíta, em proporção que costuma ficar entre um e poucos por cento do teor de zircônio. Na crosta terrestre, a abundância é da ordem de três miligramas por quilograma, o que o torna mais comum que o estanho, apesar de pouco conhecido do público.

Processo de obtenção

Praticamente todo o háfnio disponível vem da purificação do zircônio destinado à indústria nuclear, que exige a remoção completa do háfnio para não absorver nêutrons. A separação é feita por extração com solventes ou por destilação de cloretos, aproveitando diferenças mínimas de comportamento entre os dois elementos, e o metal é obtido em seguida pela redução do haleto com magnésio ou sódio, seguida de refino a vácuo. O háfnio é assim um subproduto valioso de um processo concebido para eliminá-lo.

Aplicações

Barras de controle de reatores nucleares aproveitam a capacidade do háfnio de absorver nêutrons sem se degradar em água quente e sob radiação, especialmente em reatores de propulsão naval. Filmes ultrafinos de dióxido de háfnio substituíram o óxido de silício como isolante das portas dos transistores e viabilizaram a miniaturização dos processadores a partir do final da década de 2000. O metal ainda reforça superligas de turbinas a gás, compõe eletrodos de tochas de corte por plasma e entra em carbetos e nitretos usados como revestimentos de altíssima temperatura.

Riscos e precauções

O háfnio maciço é inerte e não apresenta toxicidade relevante, mas o metal em pó ou em aparas finas é pirofórico, capaz de inflamar em contato com o ar, e por isso é armazenado e transportado sob condições controladas. A inalação de poeira metálica deve ser evitada, com ventilação e proteção respiratória adequadas nos ambientes industriais. Toda a manipulação segue a ficha de informações de segurança do produto e a orientação de profissionais habilitados.

História da descoberta

A existência de um elemento de número atômico 72 fora do grupo das terras raras era prevista pela teoria atômica de Niels Bohr. Em 1923, no instituto de Bohr em Copenhague, Dirk Coster e George de Hevesy examinaram minerais de zircônio por espectroscopia de raios X e encontraram as linhas características esperadas, confirmando a previsão e encerrando uma controvérsia com pesquisadores franceses que atribuíam a posição a uma terra rara.

Origem do nome

De Hafnia, nome latino de Copenhague, cidade onde o elemento foi identificado no instituto dirigido por Niels Bohr.

Isótopos relevantes

¹⁸⁰Hf (cerca de 35%), ¹⁷⁸Hf, ¹⁷⁷Hf, ¹⁷⁹Hf e ¹⁷⁶Hf em proporções menores.

Isótopos são átomos do mesmo elemento com quantidades diferentes de nêutrons. Eles compartilham o comportamento químico, mas diferem em massa e em estabilidade nuclear. Veja a definição no glossário.

Curiosidades

• Separar háfnio de zircônio é considerado um dos problemas mais difíceis da química de separação industrial.
• Sua descoberta é citada como uma confirmação prática do modelo atômico e da ordenação dos elementos por número atômico.
• Carbetos mistos de háfnio e tântalo estão entre os materiais com as temperaturas de fusão mais altas já medidas.