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Hafnium – Protons – Neutrons – Électrons – Configuration électronique

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Le hafnium est un métal de transition tétravalent gris argenté brillant, le hafnium ressemble chimiquement au zirconium et se trouve dans de nombreux minéraux de zirconium. La grande section efficace de capture des neutrons du hafnium en fait un bon matériau pour l’absorption des neutrons dans les barres de commande des centrales nucléaires, mais nécessite en même temps qu’il soit retiré des alliages de zirconium transparents aux neutrons et résistants à la corrosion utilisés dans les réacteurs nucléaires.

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Protons et neutrons dans l’Hafnium

Nombre de protons - Numéro atomiqueL’hafnium est un élément chimique de numéro atomique 72, ce qui signifie qu’il y a 72 protons dans son noyau. Le nombre total de protons dans le noyau est appelé le numéro atomique de l’atome et reçoit le symbole Z. La charge électrique totale du noyau est donc +Ze, où e (charge élémentaire) vaut 1 602 x 10-19 coulombs.

Le nombre total de neutrons dans le noyau d’un atome est appelé le nombre de neutrons de l’atome et reçoit le symbole N. Le nombre de neutrons plus le numéro atomique est égal au nombre de masse atomique: N+Z=A . La différence entre le nombre de neutrons et le numéro atomique est appelée excès de neutrons: D = N – Z = A – 2Z.

Pour les éléments stables, il existe généralement une variété d’isotopes stables. Les isotopes sont des nucléides qui ont le même numéro atomique et sont donc le même élément, mais diffèrent par le nombre de neutrons. Les nombres de masse des isotopes typiques de Hafnium sont 176-178, 179, 180. 

Principaux isotopes de l’Hafnium

L’hafnium est présent dans 6 isotopes naturels: 174Hf, 176Hf, 177Hf, 178Hf, 179Hf et 180Hf. Le 174Hf est très légèrement radioactif, se désintégrant par désintégration alpha avec une demi-vie de 2×1015 ans . Le 180Hf est l’isotope le plus courant, avec une abondance naturelle d’environ 35 %.

L’hafnium-174 est composé de 72 protons, 102 neutrons et 72 électrons.

L’hafnium-176 est composé de 72 protons, 104 neutrons et 72 électrons.

L’hafnium-177 est composé de 72 protons, 105 neutrons et 72 électrons.

L’hafnium-178 est composé de 72 protons, 106 neutrons et 72 électrons.

L’hafnium-179 est composé de 72 protons, 107 neutrons et 72 électrons.

L’hafnium-180 est composé de 72 protons, 108 neutrons et 72 électrons.


Isotopes naturels

Isotope Abondance Nombre de neutrons
174 Hf (instable) 0,16 % 102
176Hf 5,26 % 104
177Hf 18,60% 105
178Hf 27,28 % 106
179Hf 13,62 % 107
180Hf 35,08 % 108

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Isotopes instables typiques

Isotope Demi-vie Mode de décomposition Produit
172Hf 1,87 a capture d’électrons 172Lu
174Hf 2×1015 a désintégration alpha 170Yb
178m2Hf 31 a rayon gamma 178Hf
182Hf 8,9×106 a désintégration bêta 182Ta

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Électrons et configuration électronique

Le nombre d’électrons dans un atome électriquement neutre est le même que le nombre de protons dans le noyau. Par conséquent, le nombre d’électrons dans l’atome neutre de Hafnium est de 72. Chaque électron est influencé par les champs électriques produits par la charge nucléaire positive et les autres (Z – 1) électrons négatifs de l’atome.

Puisque le nombre d’électrons et leur disposition sont responsables du comportement chimique des atomes, le numéro atomique identifie les différents éléments chimiques. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.

La configuration électronique de Hafnium est [Xe] 4f14 5d2 6s2.

Les états d’oxydation possibles sont +4.

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Composé le plus courant d’Hafnium

Alors que le nitrure d’hafnium est le plus réfractaire de tous les nitrures métalliques, le carbure d’hafnium est le plus réfractaire de tous les matériaux binaires. Avec un point de fusion d’environ 3900°C, c’est l’un des composés binaires les plus réfractaires connus. En raison de la complexité technique et du coût élevé de la synthèse, HfC a une utilisation très limitée, malgré ses propriétés favorables telles qu’une dureté élevée (> 9 Mohs) et un point de fusion.

À propos des protons

protonUn proton est l’une des particules subatomiques qui composent la matière. Dans l’univers, les protons sont abondants, constituant environ la moitié de toute la matière visible. Il a une charge électrique positive (+1e) et une masse au repos égale à 1,67262 × 10−27 kg (938,272 MeV/c2) — légèrement plus léger que celui du neutron mais près de 1836 fois supérieur à celui de l’électron. Le proton a un rayon carré moyen d’environ 0,87 × 10−15 m, ou 0,87 fm, et c’est un spin – ½ fermion.

Les protons existent dans les noyaux des atomes typiques, avec leurs homologues neutres, les neutrons. Les neutrons et les protons, communément appelés nucléons, sont liés ensemble dans le noyau atomique, où ils représentent 99,9 % de la masse de l’atome. Les recherches en physique des particules de haute énergie au XXe siècle ont révélé que ni le neutron ni le proton ne sont  le plus petit élément constitutif de la matière.

À propos des neutrons

Un neutron est l’une des particules subatomiques qui composent la matière. Dans l’univers, les neutrons sont abondants, constituant plus de la moitié de toute la matière visible. Il n’a pas de charge électrique et une masse au repos égale à 1,67493 × 10−27 kg – légèrement supérieure à celle du proton mais près de 1839 fois supérieure à celle de l’électron. Le neutron a un rayon carré moyen d’environ 0,8 × 10−15 m, ou 0,8 fm, et c’est un fermion de spin ½.

Les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons, qui s’attirent par la force nucléaire, tandis que les protons se repoussent par la force électrique en raison de leur charge positive. Ces deux forces entrent en compétition, conduisant à diverses stabilités des noyaux. Il n’y a que certaines combinaisons de neutrons et de protons, qui forment des noyaux stables.

Les neutrons stabilisent le noyau, car ils s’attirent ainsi que les protons, ce qui permet de compenser la répulsion électrique entre les protons. En conséquence, à mesure que le nombre de protons augmente, un rapport croissant de neutrons sur protons est nécessaire pour former un noyau stable. S’il y a trop ou trop peu de neutrons pour un nombre donné de protons, le noyau résultant n’est pas stable et il subit une désintégration radioactiveLes isotopes instables se désintègrent par diverses voies de désintégration radioactive, le plus souvent la désintégration alpha, la désintégration bêta ou la capture d’électrons. De nombreux autres types de désintégration rares, tels que la fission spontanée ou l’émission de neutrons, sont connus. Il convient de noter que toutes ces voies de désintégration peuvent s’accompagner de l’émission subséquente de rayonnement gamma. Les désintégrations alpha ou bêta pures sont très rares.

À propos des électrons et de la configuration des électrons

Le tableau périodique est un affichage tabulaire des éléments chimiques organisés en fonction de leurs numéros atomiques, de leurs configurations électroniques et de leurs propriétés chimiques. La configuration électronique est la distribution des électrons d’un atome ou d’une molécule (ou d’une autre structure physique) dans des orbitales atomiques ou moléculaires. La connaissance de la configuration électronique des différents atomes est utile pour comprendre la structure du tableau périodique des éléments.

Chaque solide, liquide, gaz et plasma est composé d’atomes neutres ou ionisés. Les propriétés chimiques de l’atome sont déterminées par le nombre de protons, en fait, par le nombre et  la disposition des électrons. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.

C’est le principe d’exclusion de Pauli qui exige que les électrons d’un atome occupent différents niveaux d’énergie au lieu qu’ils se condensent tous dans l’état fondamental. L’ordre des électrons dans l’état fondamental des atomes multiélectrons commence par l’état d’énergie le plus bas (état fondamental) et se déplace progressivement de là vers le haut de l’échelle d’énergie jusqu’à ce que chacun des électrons de l’atome se soit vu attribuer un ensemble unique de nombres quantiques. Ce fait a des implications essentielles pour la construction du tableau périodique des éléments.

configuration électronique - blocs - élémentsLes deux premières colonnes sur le côté gauche du tableau périodique sont celles où les  sous-couches s  sont occupées. Pour cette raison, les deux premières lignes du tableau périodique sont étiquetées le bloc s. De même, le bloc p sont les six colonnes les plus à droite du tableau périodique, le bloc d est les 10 colonnes du milieu du tableau périodique, tandis que le bloc f est la section de 14 colonnes qui est normalement représentée comme détachée du corps principal. du tableau périodique. Il pourrait faire partie du corps principal, mais alors le tableau périodique serait plutôt long et encombrant.

Pour les atomes avec de nombreux électrons, cette notation peut devenir longue et donc une notation abrégée est utilisée. La configuration électronique peut être visualisée comme les électrons de cœur, équivalents au gaz noble de la période précédente, et les électrons de valence (par exemple [Xe] 6s2 pour le baryum).

États d’oxydation

Les états d’oxydation sont généralement représentés par des nombres entiers qui peuvent être positifs, nuls ou négatifs. La plupart des éléments ont plus d’un état d’oxydation possible. Par exemple, le carbone a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4.

La définition actuelle de l’état d’oxydation du livre d’or IUPAC est:

“L’état d’oxydation d’un atome est la charge de cet atome après approximation ionique de ses liaisons hétéronucléaires…”

et le terme nombre d’oxydation est presque synonyme. Un élément qui n’est combiné à aucun autre élément différent a un état d’oxydation de 0. L’état d’oxydation 0 se produit pour tous les éléments – c’est simplement l’élément sous sa forme élémentaire. Un atome d’un élément dans un composé aura un état d’oxydation positif s’il a eu des électrons retirés. De même, l’ajout d’électrons entraîne un état d’oxydation négatif. Nous avons également distingué les états d’oxydation possibles et communs de chaque élément. Par exemple, le silicium a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4, mais seuls -4, 0 et +4 sont des états d’oxydation communs.

Résumé

Élément Hafnium
Nombre de protons 72
Nombre de neutrons (isotopes typiques) 176-178, 179, 180
Nombre d’électrons 72
Configuration électronique [Véhicule] 4f14 5d2 6s2
États d’oxydation +4

Hafnium-tableau périodique

Source : www.luciteria.com


Propriétés des autres éléments

Hafnium - Comparaison des protons - des neutrons et des électrons

Tableau périodique en résolution 8K

Autres propriétés de Hafnium