¿Qué es el hafnio, cuáles son sus propiedades y cómo se relaciona con el circonio?

El hafnio es un elemento químico de número atómico 72 que se encuentra en el grupo 4 de la tabla periódica y se simboliza como Hf. Este metal de transición presenta un aspecto brillante de color gris plateado y destaca por su notable resistencia a la corrosión, compartiendo un comportamiento químico muy cercano al del circonio debido a la contracción de los lantánidos.

¿Qué es el hafnio y cuáles son sus propiedades físico-químicas?

El hafnio es un metal dúctil, brillante y resistente a la corrosión, con una densidad elevada y un punto de fusión superior a los 2200 grados Celsius. Sus propiedades atómicas lo sitúan estrechamente vinculado al circonio en la naturaleza, ya que ambos poseen el mismo número de electrones en sus capas exteriores y radios iónicos casi idénticos. Esta similitud estructural provoca que se encuentren siempre juntos en los mismos minerales, lo que dificulta enormemente su separación analítica e industrial.

¿Cómo fue descubierto el elemento 72 y qué papel jugaron Niels Bohr y otros investigadores?

La existencia de este elemento fue anticipada de forma implícita por Dmitri Mendeléyev en su formulación de la tabla periódica y posteriormente sustentada por la teoría atómica de Niels Bohr y la espectroscopia de rayos X de Henry Moseley. En 1923, los científicos Dirk Coster y Georg von Hevesy descubrieron el hafnio mediante análisis espectroscópicos en minerales de circón procedentes de Noruega, validando las predicciones científicas y bautizándolo con el nombre latino de Copenhague (Hafnia).

¿Por qué es tan difícil separar el hafnio del circonio?

La dificultad para separar el hafnio del circonio radica en su similitud de radios atómicos e iónicos producida por la contracción de los lantánidos. Debido a este fenómeno, los procesos geológicos no los han apartado en la corteza terrestre y se presentan combinados en minerales como el circón. Las técnicas de separación iniciales requerían la cristalización fraccionada de sales complejas o destilaciones fraccionadas de cloruros, métodos perfeccionados posteriormente mediante procesos de extracción líquido-líquido.

¿En qué consisten los métodos de producción y purificación del hafnio?

Aproximadamente la mitad de la producción mundial de hafnio se obtiene como subproducto del refinamiento de circonio sin hafnio destinado a la industria nuclear. El tetracloruro de hafnio se reduce mediante magnesio o sodio a través del proceso Kroll. Posteriormente, se puede aplicar una reacción de transporte químico con yodo para lograr una mayor pureza depositando el metal sobre un filamento calentado.

¿Cuáles son las principales aplicaciones industriales y nucleares del hafnio?

Gracias a su alta capacidad de absorción de neutrones combinada con excelentes propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, el hafnio se emplea fundamentalmente en la fabricación de barras de control para reactores nucleares. Asimismo, se utiliza en aleaciones con wolframio para filamentos y electrodos, en catalizadores para polimerización, en la industria electrónica para compuertas de transistores avanzados y en revestimientos ópticos especializados.

¿Qué precauciones deben tomarse al manipular compuestos y metal de hafnio?

El metal de hafnio en forma de partículas finamente divididas presenta un carácter pirofórico, lo que significa que puede arder de manera espontánea al entrar en contacto con el aire. Aunque el metal masivo no exhibe una toxicidad aguda particular para las personas, las normativas de seguridad recomiendan manejar todos sus compuestos químicos con las precauciones habituales aplicables a metales pesados y reactivos industriales.

Sources & Further Reading

• Coster, Dirk; Hevesy, George (2019). «Z = 72, hafnio, Hf, El elemento químico gemelo y esquivo acompañante del circonio». An. Quím., 115 (2), 134.
• Hedrick, James B. «Hafnium». United States Geological Survey (USGS).
• van Arkel, A. E.; de Boer, J. H. (1924). «Die Trennung von Zirkonium und Hafnium durch Kristallisation ihrer Ammoniumdoppelfluoride». Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, 141, 284-288.
• Gambogi, Joseph (2010). «2008 Minerals Yearbook: El circonio y el hafnio». United States Geological Survey.