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Hafnio – Protones – Neutrones – Electrones – Configuración electrónica

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El hafnio es un metal de transición tetravalente de color gris plateado brillante, el hafnio se parece químicamente al circonio y se encuentra en muchos minerales de circonio. La gran sección transversal de captura de neutrones del hafnio lo convierte en un buen material para la absorción de neutrones en las barras de control de las centrales nucleares, pero al mismo tiempo requiere que se elimine de las aleaciones de circonio resistentes a la corrosión transparentes a los neutrones que se utilizan en los reactores nucleares.

Protones y neutrones en el Hafnio

Número de protón - Número atómicoEl hafnio  es un elemento químico con número atómico  72, lo que significa que hay 72 protones en su núcleo. Número total de protones en el núcleo se llama el  número atómico  del átomo y se le da el  símbolo Z . La carga eléctrica total del núcleo es, por tanto, + Ze, donde e (carga elemental) es igual a  1,602 x 10-19  culombios .

El número total de  neutrones  en el núcleo de un átomo se llama el  número de neutrones  del átomo y se le da el  símbolo N . Número de neutrones más el número atómico es igual al número de masa atómica:  N + Z = A . La diferencia entre el número de neutrones y el número atómico se conoce como  exceso de neutrones : D = N – Z = A – 2Z.

Para los elementos estables, suele haber una variedad de isótopos estables. Los isótopos son nucleidos que tienen el mismo número atómico y, por lo tanto, son el mismo elemento, pero difieren en el número de neutrones. Los números de masa de isótopos típicos de hafnio  son  176-178, 179, 180. 

Isótopos principales del Hafnio

El hafnio se encuentra en 6 isótopos naturales: 174Hf, 176Hf, 177Hf, 178Hf, 179Hf y 180Hf. 174Hf es muy ligeramente radiactivo, descomposición por la alfa decaimiento con una vida media de 2×1015oídos . 180Hf es el isótopo más común, con una abundancia natural de aproximadamente el 35%.

El hafnio-174 está compuesto por 72 protones, 102 neutrones y 72 electrones.

El hafnio-176 está compuesto por 72 protones, 104 neutrones y 72 electrones.

El hafnio-177 está compuesto por 72 protones, 105 neutrones y 72 electrones.

El hafnio-178 está compuesto por 72 protones, 106 neutrones y 72 electrones.

El hafnio-179 está compuesto por 72 protones, 107 neutrones y 72 electrones.

El hafnio-180 está compuesto por 72 protones, 108 neutrones y 72 electrones.

Isótopos que ocurren naturalmente

Isótopo Abundancia Número de neutrones
174Hf (inestable) 0,16% 102
176Hf 5,26% 104
177Hf 18,60% 105
178Hf 27,28% 106
179Hf 13,62% 107
180Hf 35,08% 108

Isótopos inestables típicos

Isótopo Media vida Modo de decaimiento Producto
172Hf 1,87 a captura de electrones 172Lu
174Hf 2×1015 a decaimiento alfa 170Yb
178m2Hf 31 a rayo gamma 178Hf
182Hf 8,9×106 a desintegración beta 182Ta

Electrones y configuración electrónica

El número de electrones en un átomo eléctricamente neutro es el mismo que el número de protones en el núcleo. Por lo tanto, el número de electrones en el átomo neutro de hafnio es 72. Cada electrón está influenciado por los campos eléctricos producidos por la carga nuclear positiva y los otros electrones negativos (Z – 1) en el átomo.

Dado que el número de electrones y su disposición son responsables del comportamiento químico de los átomos, el  número atómico  identifica los diversos elementos químicos. La configuración de estos electrones se deriva de los principios de la mecánica cuántica. El número de electrones en las capas de electrones de cada elemento, particularmente la capa de valencia más externa, es el factor principal para determinar su comportamiento de enlace químico. En la tabla periódica, los elementos se enumeran en orden de número atómico creciente Z.

La configuración electrónica del  hafnio  es  [Xe] 4f14 5d2 6s2 .

Los posibles estados de oxidación son  +4 .

Compuesto más común de Hafnio

Mientras que el nitruro de hafnio es el más refractario de todos los nitruros metálicos, el carburo de hafnio es el más refractario de todos los materiales binarios. Con un punto de fusión de aproximadamente 3900 ° C, es uno de los compuestos binarios más refractarios conocidos. Debido a la complejidad técnica y al alto costo de la síntesis, el HfC tiene un uso muy limitado, a pesar de sus propiedades favorables como alta dureza (> 9 Mohs) y punto de fusión.

Acerca de los protones

protónUn protón  es una de  las partículas subatómicas  que forman la materia. En el universo, los protones son abundantes y constituyen  aproximadamente la mitad  de toda la materia visible. Tiene  una carga eléctrica positiva (+ 1e)  y una masa en reposo igual a 1,67262 × 10 −27  kg ( 938,272 MeV / c 2 ), marginalmente más ligera que la del neutrón pero casi 1836 veces mayor que la del electrón. El protón tiene un radio cuadrático medio de aproximadamente 0,87 × 10 −15  m, o 0,87 fm, y es un espín – ½ fermión.

Los protones  existen en los núcleos de los átomos típicos, junto con sus contrapartes neutrales, los neutrones. Los neutrones y protones, comúnmente llamados  nucleones , están unidos en el núcleo atómico, donde representan el 99,9 por ciento de la masa del átomo. La investigación en física de partículas de alta energía en el siglo XX reveló que ni el neutrón ni el protón  no son  los bloques de construcción más pequeños de la materia.

Acerca de los neutrones

Un neutrón  es una de  las partículas subatómicas  que forman la materia. En el universo, los neutrones son abundantes y constituyen  más de la mitad  de toda la materia visible. No tiene  carga eléctrica  y una masa en reposo igual a 1,67493 × 10-27 kg, marginalmente mayor que la del protón pero casi 1839 veces mayor que la del electrón. El neutrón tiene un radio cuadrático medio de aproximadamente 0,8 × 10-15 m, o 0,8 fm, y es un fermión de espín ½.

Los núcleos atómicos están formados por protones y neutrones, que se atraen entre sí a través de  la fuerza nuclear , mientras que los protones se repelen entre sí a través de  la fuerza eléctrica  debido a su carga positiva. Estas dos fuerzas compiten, lo que conduce a diversas estabilidades de los núcleos. Solo hay ciertas combinaciones de neutrones y protones, que forman  núcleos estables .

Los neutrones estabilizan el núcleo , porque se atraen entre sí y a los protones, lo que ayuda a compensar la repulsión eléctrica entre los protones. Como resultado, a medida que aumenta el número de protones,  se necesita una proporción cada vez mayor de neutrones a protones  para formar un núcleo estable. Si hay demasiados o muy pocos neutrones para un número determinado de protones, el núcleo resultante no es estable y sufre  una desintegración radiactiva . Los isótopos inestables se  desintegran a través de varias vías de desintegración radiactiva, más comúnmente desintegración alfa, desintegración beta o captura de electrones. Se conocen muchos otros tipos raros de desintegración, como la fisión espontánea o la emisión de neutrones. Cabe señalar que todas estas vías de desintegración pueden ir acompañadas de  la posterior emisión de Radiación gamma . Las desintegraciones alfa o beta puras son muy raras.

Acerca de los electrones y la configuración de electrones

La tabla periódica es una representación tabular de los elementos químicos organizados sobre la base de sus números atómicos, configuraciones electrónicas y propiedades químicas. La configuración electrónica es la distribución de electrones de un átomo o molécula (u otra estructura física) en orbitales atómicos o moleculares. El conocimiento de la  configuración electrónica  de diferentes átomos es útil para comprender la estructura de la tabla periódica de elementos.

Todo sólido, líquido, gas y plasma está compuesto por átomos neutros o ionizados. Las  propiedades químicas del átomo  están determinadas por el número de protones, de hecho, por el número y la  disposición de los electrones . La  configuración de estos electrones se  deriva de los principios de la mecánica cuántica. El número de electrones en las capas de electrones de cada elemento, particularmente la capa de valencia más externa, es el factor principal para determinar su comportamiento de enlace químico. En la tabla periódica, los elementos se enumeran en orden de número atómico creciente Z.

Es el  principio de exclusión de Pauli  que requiere que los electrones de un átomo ocupen diferentes niveles de energía en lugar de que todos se condensen en el estado fundamental. El orden de los electrones en el estado fundamental de los átomos multielectrones comienza con el estado de energía más bajo (estado fundamental) y se mueve progresivamente desde allí hacia arriba en la escala de energía hasta que a cada uno de los electrones del átomo se le ha asignado un conjunto único de números cuánticos. Este hecho tiene implicaciones clave para la construcción de la tabla periódica de elementos.

configuración electrónica - bloques - elementosLas dos primeras columnas en el lado izquierdo de la tabla periódica son donde los  s  están siendo ocupados subniveles. Debido a esto, las dos primeras filas de la tabla periódica se denominan  bloque s . De manera similar, el  bloque p  son las seis columnas más a la derecha de la tabla periódica, el  bloque d  son las 10 columnas centrales de la tabla periódica, mientras que el  bloque f  es la sección de 14 columnas que normalmente se representa separada del cuerpo principal. de la tabla periódica. Podría ser parte del cuerpo principal, pero la tabla periódica sería bastante larga y engorrosa.

Para átomos con muchos electrones, esta notación puede volverse larga y, por lo tanto, se usa una notación abreviada. La configuración electrónica se puede visualizar como los electrones del núcleo, equivalentes al  gas noble  del período anterior, y los electrones de valencia (por ejemplo, [Xe] 6s2 para el bario).

Estados de oxidación

Los estados de oxidación se representan típicamente por números enteros que pueden ser positivos, cero o negativos. La mayoría de los elementos tienen más de un posible estado de oxidación. Por ejemplo, el carbono tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4.

La definición actual del estado de oxidación del Libro de Oro de la IUPAC es:

“El estado de oxidación de un átomo es la carga de este átomo después de la aproximación iónica de sus enlaces heteronucleares …”

y el término número de oxidación es casi sinónimo. Un elemento que no se combina con ningún otro elemento diferente tiene un estado de oxidación de 0. El estado de oxidación 0 ocurre para todos los elementos – es simplemente el elemento en su forma elemental. Un átomo de un elemento en un compuesto tendrá un estado de oxidación positivo si se le han eliminado electrones. De manera similar, la adición de electrones da como resultado un estado de oxidación negativo. También hemos distinguido entre los estados de oxidación posibles y comunes de cada elemento. Por ejemplo, el silicio tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4, pero solo -4, 0 y +4 son estados de oxidación comunes.

Resumen

Elemento Hafnio
Numero de protones 72
Número de neutrones (isótopos típicos) 176-178, 179, 180
Numero de electrones 72
Configuración electronica [Xe] 4f14 5d2 6s2
Estados de oxidación +4

Tabla-periódica-de-hafnio

Fuente: www.luciteria.com

Propiedades de otros elementos

Hafnio - Comparación de protones - Neutrones y electrones

Tabla periódica en resolución 8K

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