contrôle des réacteurs
La forte absorption des neutrons de certains isotopes de l’hafnium est utilisée dans des matériaux de contrôle des réacteurs.
Mendeleev
Tableau periodique
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Élément chimique · fiche de référence
72Hf
Hafnium
L’hafnium est l’élément 72 (Hf), situé en période 6, groupe 4 et dans le bloc d. À température ambiante, son état de référence est solide. Sa configuration électronique est [Xe] 4f14 5d2 6s2.
Numéro atomique72
Poids atomique standard178,486(6)
Groupe4
Période6
Blocd
Configuration électronique[Xe] 4f14 5d2 6s2
Structure électronique
Ce qui gouverne sa chimie
La sous-couche d intervient directement dans la chimie du hafnium. Les électrons d et s ont souvent des énergies proches, ce qui favorise plusieurs états d’oxydation, la formation de complexes et, pour de nombreux métaux de transition, des propriétés catalytiques.
La configuration [Xe] 4f14 5d2 6s2 doit être lue avec l’état d’oxydation du composé : retirer des électrons modifie l’occupation des orbitales d et peut changer couleur, magnétisme, géométrie de liaison et réactivité.
Formes chimiques
Composés, ions et matériaux
Pour l’hafnium, les formes chimiques importantes comprennent le métal et ses alliages, ainsi que des oxydes, des halogénures et des complexes de coordination. Plusieurs états d’oxydation sont souvent possibles car les électrons s et d ont des énergies proches ; les ligands autour de l’ion métallique peuvent modifier fortement couleur, magnétisme et réactivité.
Comportement physique
État et changements de phase
À température ambiante, l’état de référence est solide. La masse volumique indiquée est 13,31 g/cm³. Le point de fusion est 2 504 K (2 231 °C). Le point d’ébullition est 4 876 K (4 603 °C). La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.
Présence et applications
Présence, formes et usages
Le hafnium est un métal très résistant à la corrosion et possède une forte capacité d’absorption des neutrons. Il est utilisé notamment dans certaines barres de contrôle de réacteurs nucléaires, dans des superalliages et dans des matériaux diélectriques avancés pour la microélectronique.
Dans la pratique
Exemples d’utilisations concrètes
microélectronique
L’hafnium est utilisé dans des couches minces, grilles, interconnexions ou procédés de fabrication à l’échelle microélectronique.
alliages
L’hafnium est ajouté à des métaux pour modifier leur résistance, leur tenue à la corrosion, leur fusion ou leurs performances à haute température.
Position périodique
Ce que montrent les éléments voisins
L’hafnium est en période 6 et dans le groupe 4. Dans le voisinage affiché, le tantale est immédiatement à sa droite sur la même période ; le zirconium est au-dessus et le rutherfordium au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.
Données de référence
Propriétés physiques et atomiques
Classificationmétal de transition
État à température ambiantesolide
Électrons par couche2 · 8 · 18 · 32 · 10 · 2
Masse volumique13,31 g/cm³
Point de fusion2 504 K (2 231 °C)
Point d’ébullition4 876 K (4 603 °C)
Électronégativité de Pauling1,3
Première énergie d’ionisation658,5 kJ/mol
Affinité électronique17,18 kJ/mol
Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.
Histoire
Découverte et identification
La découverte de l’hafnium est associée à Dirk Coster. L’identification de l’élément, son isolement sous forme pure et l’attribution ultérieure de son numéro atomique ne correspondent pas nécessairement au même moment historique.
Isotopes et poids atomique
Ce que signifie la valeur du tableau
Le poids atomique standard est 178.486(6). Cette valeur décrit la composition isotopique de la matière terrestre naturelle ; ce n’est pas la masse d’un atome particulier.
L’hafnium possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.
Précautions
Manipulation et exposition
Les risques associés à l’hafnium dépendent de la forme chimique, de la dose et de la voie d’exposition. Le hafnium élémentaire, ses ions et ses composés peuvent avoir des effets biologiques très différents : il faut consulter les données de sécurité de la substance réellement manipulée.