Háfnio – Propriedades – Preço – Aplicações – Produção

Sobre o Háfnio

O háfnio é um metal de transição tetravalente brilhante, cinza prateado, o háfnio se assemelha quimicamente ao zircônio e é encontrado em muitos minerais de zircônio. A grande seção transversal de captura de nêutrons do háfnio o torna um bom material para absorção de nêutrons em hastes de controle em usinas nucleares, mas ao mesmo tempo exige que ele seja removido das ligas de zircônio resistentes à corrosão transparentes a nêutrons usadas em reatores nucleares.

Resumo

Elemento	Háfnio
Número atômico	72
Categoria do elemento	Metal de transição
Fase em STP	Sólido
Densidade	13,31 g/cm3
Resistência à tração	480 MPa
Força de rendimento	125 MPa
Módulo de elasticidade de Young	78 GPa
Escala de Mohs	5,5
Dureza Brinell	1700 MPa
Dureza Vickers	1700 MPa
Ponto de fusão	2227 °C
Ponto de ebulição	4600 °C
Condutividade térmica	23 W/mK
Coeficiente de Expansão Térmica	5,9 µm/mK
Calor específico	0,14 J/gK
Calor de fusão	24,06 kJ/mol
Calor da vaporização	575 kJ/mol
Resistividade elétrica [nanoOhm meter]	331
Suscetibilidade Magnética	+75e-6 cm3/mol

Aplicações do Háfnio

O háfnio tem boas propriedades de absorção de nêutrons e, portanto, é usado em hastes de controle em reatores nucleares, mas ao mesmo tempo exige que seja removido das ligas de zircônio resistentes à corrosão transparentes a nêutrons usadas em reatores nucleares. Enquanto o nitreto de háfnio é o mais refratário de todos os nitretos metálicos, o carboneto de háfnio é o mais refratário de todos os materiais binários. Com um ponto de fusão de cerca de 3900 °C, é um dos compostos binários mais refratários conhecidos. Háfnio foi ligado com sucesso com vários metais, incluindo ferro, titânio e nióbio.

 

 

Produção e preço do Háfnio

Os preços das matérias-primas mudam diariamente. Eles são impulsionados principalmente pela oferta, demanda e preços de energia. Em 2019, os preços do háfnio puro estavam em torno de 1200 $/kg.

Os depósitos de minério de areias minerais pesadas dos minérios de titânio ilmenita e rutilo produzem a maior parte do zircônio extraído e, portanto, também a maior parte do háfnio. O zircônio é um bom metal de revestimento de hastes de combustível nuclear, com as propriedades desejáveis ​​de uma seção transversal de captura de nêutrons muito baixa e boa estabilidade química em altas temperaturas. No entanto, devido às propriedades de absorção de nêutrons do háfnio, as impurezas de háfnio no zircônio fariam com que ele fosse muito menos útil para aplicações em reatores nucleares. Assim, uma separação quase completa de zircônio e háfnio é necessária para seu uso em energia nuclear. A produção de zircônio livre de háfnio é a principal fonte de háfnio.

Fonte: www.luciteria.com

Propriedades Mecânicas do Háfnio

Força do Háfnio

Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original. A resistência de um material é a sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica.

Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa.

Veja também: Resistência dos Materiais

Resistência à tração final do Háfnio

A resistência à tração final do Háfnio é de 480 MPa.

Força de Cedência do Háfnio

O limite de escoamento do Háfnio é de 125 MPa.

Módulo de Elasticidade do Háfnio

O módulo de elasticidade de Young do Háfnio é de 125 MPa.

Dureza do Háfnio

Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.

A dureza Brinell do háfnio é de aproximadamente 1700 MPa.

O método de teste de dureza Vickers foi desenvolvido por Robert L. Smith e George E. Sandland na Vickers Ltd como uma alternativa ao método Brinell para medir a dureza dos materiais. O  método de teste de dureza Vickers também pode ser usado como um método de teste de microdureza, que é usado principalmente para peças pequenas, seções finas ou trabalhos de profundidade de caixa.

A dureza Vickers do háfnio é de aproximadamente 1700 MPa.

A dureza ao risco é a medida de quão resistente uma amostra é à deformação plástica permanente devido ao atrito de um objeto pontiagudo. A escala mais comum para este teste qualitativo é a escala de Mohs, que é usada em mineralogia. A escala Mohs de dureza mineral é baseada na capacidade de uma amostra natural de mineral riscar visivelmente outro mineral.

O háfnio tem uma dureza de aproximadamente 5,5.

Veja também: Dureza dos Materiais

Háfnio – Estrutura Cristalina

Uma possível estrutura cristalina do háfnio é a estrutura hexagonal compacta.

Nos metais e em muitos outros sólidos, os átomos estão dispostos em arranjos regulares chamados cristais. Uma rede cristalina é um padrão repetitivo de pontos matemáticos que se estende por todo o espaço. As forças de ligação química causam essa repetição. É esse padrão repetido que controla propriedades como força, ductilidade, densidade, condutividade (propriedade de conduzir ou transmitir calor, eletricidade, etc.) e forma. Existem 14 tipos gerais de tais padrões conhecidos como reticulados de Bravais.

Veja também: Estrutura Cristalina de Materiais

Estrutura Cristalina de Háfnio

Propriedades Térmicas do Háfnio

Háfnio – Ponto de fusão e ponto de ebulição

O ponto de fusão do Háfnio é 2227 °C.

O ponto de ebulição do Háfnio é 4600 °C.

Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão.

Háfnio – Condutividade Térmica

A condutividade térmica do Háfnio é 23 W/(m·K).

As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.

Coeficiente de Expansão Térmica do Háfnio

O coeficiente de expansão térmica linear do Háfnio é  de 5,9 µm/(m·K).

A expansão térmica é geralmente a tendência da matéria de mudar suas dimensões em resposta a uma mudança na temperatura. Geralmente é expresso como uma mudança fracionária no comprimento ou volume por unidade de mudança de temperatura.

Háfnio – Calor Específico, Calor Latente de Fusão, Calor Latente de Vaporização

O calor específico do Háfnio é 0,14 J/gK.

A capacidade calorífica é uma propriedade extensiva da matéria, o que significa que é proporcional ao tamanho do sistema. A capacidade calorífica C tem a unidade de energia por grau ou energia por kelvin. Ao expressar o mesmo fenômeno como uma propriedade intensiva, a capacidade calorífica é dividida pela quantidade de substância, massa ou volume, portanto a quantidade é independente do tamanho ou extensão da amostra.

O calor latente de fusão do Háfnio é 24,06 kJ/mol.

O calor latente de vaporização do Háfnio é 575 kJ/mol.

Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia quebra as forças atrativas intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o pΔV trabalho). Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia de vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.

Háfnio – Resistividade Elétrica – Suscetibilidade Magnética

A propriedade elétrica refere-se à resposta de um material a um campo elétrico aplicado. Uma das principais características dos materiais é sua capacidade (ou falta de capacidade) de conduzir corrente elétrica. De fato, os materiais são classificados por essa propriedade, ou seja, são divididos em condutores, semicondutores e não condutores.

Veja também:  Propriedades Elétricas

A propriedade magnética refere-se à resposta de um material a um campo magnético aplicado. As propriedades magnéticas macroscópicas de um material são consequência das interações entre um campo magnético externo e os momentos de dipolo magnético dos átomos constituintes. Diferentes  materiais reagem à aplicação do campo magnético de forma diferente.

Veja também:  Propriedades Magnéticas

Resistividade Elétrica do Háfnio

A resistividade elétrica do háfnio é 331 nΩ⋅m.

A condutividade elétrica e seu inverso, a resistividade elétrica, é uma propriedade fundamental de um material que quantifica como o háfnio conduz o fluxo de corrente elétrica. A condutividade elétrica ou condutância específica é o recíproco da resistividade elétrica.

Suscetibilidade Magnética do Háfnio

A suscetibilidade magnética do Háfnio é +75e-6 cm³/mol.

No eletromagnetismo, a suscetibilidade magnética é a medida da magnetização de uma substância. A suscetibilidade magnética é um fator de proporcionalidade adimensional que indica o grau de magnetização do háfnio em resposta a um campo magnético aplicado.