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qui publie ses résultats en 1911. Il déclare l'avoir identifié à partir de la [[Cristallisation fractionnée (chimie)|cristallisation fractionnée]] du [[lutécium]] et le nomme ''celtium'' (avec pour symbole Ct) d'après la population [[Celtes|celte]]. La découverte n'est cependant pas largement reconnue, la publication de 1911 étant imprécise et Urbain ne parvenant pas à déterminer une [[masse atomique]]. L'échantillon de ''celtium'' est analysé par [[spectroscopie des rayons X]] en juin 1914 par [[Henry Moseley]], qui échoue à prouver la présence de l'élément 72. En mai 1922, Urbain annonce la découverte définitive de l'élément 72 sur la base d'une nouvelle spectroscopie des rayons X réalisée par [[Alexandre Dauvillier]] d'un mélange d'oxydes de lutécium et d'[[ytterbium]]. Cette annonce est ainsi plus largement acceptée. Néanmoins, Urbain considère le ''celtium'' comme une [[terre rare]] quand [[Niels Bohr]] pense que le dernier élément de ce groupe est l'[[lutécium|élément 71]] et que l'élément 72 serait ainsi un homologue du [[zirconium]]. [[George de Hevesy]] et [[Dirk Coster]], des collaborateurs de Bohr, cherchent ainsi l'élément 72 dans des minéraux contenant du zirconium et annonce sa découverte en janvier 1923. Il le nomme initialement ''danium'' mais le nom hafnium est reconnu dans la publication de la découverte<ref name=gb1>{{The Lost Elements|passage=231-232}}</ref>{{,}}<ref name=gb2>{{Ouvrage|langue=en|prénom1=Helge|nom1=Kragh|titre=Episodes from the History of the Rare Earth Elements|passage=67–89|éditeur=Springer Netherlands|collection=Chemists and Chemistry|date=1996-01-01|isbn=9789401066143|isbn2=9789400902879|doi=10.1007/978-94-009-0287-9_5|lire en ligne=http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-009-0287-9_5|consulté le=2017-05-06}}.</ref>. Dès lors, une controverse a lieu quant à l'attribution de la découverte de l'élément 72<ref>{{Article|langue=en|prénom1=Helge|nom1=Kragh|titre=Anatomy of a Priority Conflict: The Case of Element 72|périodique=Centaurus|volume=23|numéro=4|date=1980-06-01|issn=1600-0498|doi=10.1111/j.1600-0498.1980.tb00235.x|lire en ligne=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1600-0498.1980.tb00235.x/abstract|consulté le=2017-05-06|pages=275–301}}.</ref>. |
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<!--Le hafnium, d'après le [[toponymie|toponyme]] ''[[Hafnia]]'', nom latin de [[Copenhague]], a été découvert par [[Dirk Coster]] et [[George de Hevesy|George von Hevesy]] en [[1923]] à Copenhague, [[Danemark]]. Peu après on prévit que le nouvel élément devait être associé au [[zirconium]] en utilisant la [[théorie de Bohr]]. Il fut finalement découvert dans du [[zirconium]] par [[spectroscopie]] aux [[rayon X|rayons X]] en [[Norvège]].--> |
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== Effets sur la santé == |
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Version du 6 mai 2017 à 19:04
Le[a] hafnium est l'élément chimique de numéro atomique 72, de symbole Hf.
Le hafnium ressemble chimiquement au zirconium et on le trouve dans tous les minerais de zirconium. Le corps simple hafnium est un métal de transition tétravalent d'un aspect gris argenté. On l'utilise dans les alliages de tungstène pour la confection de filaments et d'électrodes, et comme absorbeur de neutrons dans les barres (ou croix) de contrôle de la réactivité nucléaire. L'abondance du hafnium dans la croûte terrestre est de 5,8 ppm.
Caractéristiques notables
C'est un métal ductile, brillant et argenté. Il résiste à la corrosion et est chimiquement semblable au zirconium. Les propriétés du hafnium sont affectées par la présence d'impuretés de zirconium et ces deux éléments sont parmi les plus difficiles à séparer. La seule différence notable entre eux est la densité (le zirconium est deux fois moins dense que le hafnium). Comme pour le zirconium, le hafnium est extrait du minerai comme métal pur en réduisant le tétra-halogénure par le magnésium, la réaction est faite sous atmosphère d'argon car les deux métaux pourraient se combiner avec d'autres gaz (l'azote, par exemple).
L'hafnium résiste à la corrosion dans l'air et dans l'eau du fait de la formation d'un film d'oxyde (passivation), bien que l'hafnium en poudre se consume dans l'air. Il n'est pas affecté par les alcalins ou les acides, à l'exception de l'acide fluorhydrique.
Comme le titane et le zirconium, les deux autres éléments stables du groupe IVB de la classification périodique, il présente deux formes cristallines allotropiques : hexagonale compacte à température ambiante (phase α), et cubique centrée à haute température (phase β) ; leur température de transition se situe aux alentours de 1 750 °C.
Comme la plupart des métaux rares, le hafnium est une ressource non renouvelable, la quasi-totalité de la ressource vient de l'épuration du zirconium.
Caractéristiques physiques (complémentaires de celles données ci-contre)
- Rayon atomique = 0,167 nm
- Rayon ionique = 0,081 nm
- Coefficient de dilatation thermique entre 0 et 100 °C = 6,0 x10-6 / K
Caractéristiques mécaniques
- A 20 °C
- Dureté Brinell = 1 400 à 1 600 MPa
- Résistance à la traction = 350 à 500 MPa
- Limite élastique à 0,2% = 150 à 250 MPa
- Allongement = 30% à 40%
- Module d'élasticité = 140 000 MPa
- Résilience = 6 à 7 kgm/cm2
- A 320 °C
- Résistance à la traction = 280 MPa
- Limite élastique à 0,2% = 150 MPa
- Allongement = 45%
- Module d'élasticité = 100 000 MPa
- Résilience = 11 kgm/cm2
Isotopes
L'hafnium possède 36 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 133 et 188, ainsi que 27 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, cinq sont stables, 176Hf, 177Hf, 178Hf, 179Hf et 180Hf et avec 174Hf, un radioisotope à vie longue (demi-vie de 2×1015 années — plus de 100 000 fois l'âge de l'univers), représentent la totalité du hafnium naturel, dans des proportions variant de 0,16% (174Hf) à 35% (180Hf). Comme tous les éléments plus lourds que le zirconium, l'hafnium est théoriquement instabl et tous ses isotopes actuellement reconnus comme stables sont soupçonnés d'être faiblement radioactifs, se désintégrant par émission α en isotopes de l'ytterbium correspondants. On attribue au hafnium une masse atomique standard de 178,49(2) u.
Applications
L'utilisation du hafnium est faite, principalement, dans les systèmes de contrôle neutronique de réacteur nucléaire, par exemple, ceux des sous-marins, notamment grâce à sa grande capacité à absorber les neutrons. Sa section efficace de capture des neutrons thermiques pondérée sur l'ensemble des isotopes stables est de 103 barn, ce qui n'est pas très élevé en comparaison des autres matériaux utilisables (cadmium 2 450 b, bore 759 b, gadolinium 49 000b, indium 194 b, erbium 160 b, dysprosium 930 b, europium 4 100 b, etc..) mais représente presque 600 fois celle du zirconium . Il capture également dans le domaine épi-thermique. Tous les isotopes naturels sont capturants à des degrés variables ce qui fait que son efficacité ne varie que modérément dans le cours du fonctionnement du réacteur. En outre, il présente de très bonnes propriétés mécaniques et une excellente résistance à la corrosion. La densité élevée facilite à géométrie donnée la chute gravitaire dans le cœur. Le réacteur expérimental allemand FRM II utilise le hafnium comme barre de contrôle[7].
Vis-à-vis du zirconium utilisé dans l'industrie nucléaire le hafnium absorbeur de neutron est une impureté gênante.
Autres utilisations :
- Utilisation pour contrôler la recristallisation des filaments de tungstène des lampe à incandescence classique.
- Dans les alliages de fer, tantale, titane.
- En microélectronique, le dioxyde de hafnium est utilisé comme diélectrique high-k en remplacement du dioxyde de silicium, notamment pour les grilles des transistors MOSFET. Il est par exemple usilté chez Intel depuis sa microarchitecture Core[8],[9].
- Anode dans les torches de découpage des métaux au plasma
- Métal utilisé par des métallocènes destinés à la polymérisation des oléfines
L'isomère 178m2Hf serait susceptible de libérer son énergie d'excitation sous l'effet d'une stimulation extérieure aux rayons X, phénomène connu comme « émission gamma induite » dont la réalité physique demeure à ce jour encore largement débattue.
Histoire
La découverte de l'élément 72 a été annoncée en 1907 par Georges Urbain, qui publie ses résultats en 1911. Il déclare l'avoir identifié à partir de la cristallisation fractionnée du lutécium et le nomme celtium (avec pour symbole Ct) d'après la population celte. La découverte n'est cependant pas largement reconnue, la publication de 1911 étant imprécise et Urbain ne parvenant pas à déterminer une masse atomique. L'échantillon de celtium est analysé par spectroscopie des rayons X en juin 1914 par Henry Moseley, qui échoue à prouver la présence de l'élément 72. En mai 1922, Urbain annonce la découverte définitive de l'élément 72 sur la base d'une nouvelle spectroscopie des rayons X réalisée par Alexandre Dauvillier d'un mélange d'oxydes de lutécium et d'ytterbium. Cette annonce est ainsi plus largement acceptée. Néanmoins, Urbain considère le celtium comme une terre rare quand Niels Bohr pense que le dernier élément de ce groupe est l'élément 71 et que l'élément 72 serait ainsi un homologue du zirconium. George de Hevesy et Dirk Coster, des collaborateurs de Bohr, cherchent ainsi l'élément 72 dans des minéraux contenant du zirconium et annonce sa découverte en janvier 1923. Il le nomme initialement danium mais le nom hafnium est reconnu dans la publication de la découverte[10],[11]. Dès lors, une controverse a lieu quant à l'attribution de la découverte de l'élément 72[12].
Effets sur la santé
Ce métal est complètement insoluble dans l'eau, les solutions salines ou les produits chimiques du corps. Le hafnium sous forme de métal n'a aucune toxicité connue. Aucun signe et symptôme d'exposition chronique au hafnium n'ont été rapportés chez l'homme.
L'exposition au hafnium peut se produire par inhalation, ingestion et par contact avec l'œil ou la peau.
Une surexposition au hafnium et à ses composés peut causer une légère irritation oculaire ou de la peau et des muqueuses.
Le hafnium sous la forme de métal ne pose normalement pas de problème mais tous les composés du hafnium devraient être considérés comme toxiques, bien que les premières études effectuées semblent suggérer que le danger est limité. Sous forme tritide, associé à du tritium, et inhalé, il peut rendre le tritium plus dangereux qu'en cas d'inhalation d'eau tritiée[13].
La poussière du métal présente un risque d'incendie et d'explosion.
Effets sur l'environnement
Effets sur les animaux : les données sur la toxicité du métal de hafnium ou de sa poussière sont limitées. Les études sur des animaux indiquent que les composés de hafnium causent des dommages à l'œil, à la peau, au foie et irritent les muqueuses des membranes. La DL50 orale pour le tétrachlorure de hafnium chez les rats est de 2,362 mg·kg-1, et la DL50 intrapéritonéale chez les souris pour l'oxychlorure de hafnium est de 112 mg·kg-1.
Aucun effet négatif sur l'environnement n'a été rapporté.
Notes et références
Notes
- Le h initial peut être aspiré ou pas ; on peut ainsi dire « l'hafnium ».
Références
- (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
- (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions, , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
- (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
- Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
- Entrée « Hafnium, Powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 6 juillet 2018 (JavaScript nécessaire)
- « Hafnium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
- "Forschungsreaktor München II (FRM-II): Standort und Sicherheitskonzept" [PDF]. Strahlenschutzkommission. 1996-02-07. Archived from the original on October 20, 2007. Retrieved 2008-09-22.
- Voir l'article sur les avancées technologique appliquées aux CPU : [1]
- http://www.intel.com/technology/45nm/
- (en) Marco Fontani, Mariagrazia Costa et Mary Virginia Orna, The Lost Elements : The Periodic Table's Shadow Side, New York, Oxford University Press, (1re éd. 2014), 531 p. (ISBN 9780199383344), p. 231-232.
- (en) Helge Kragh, Episodes from the History of the Rare Earth Elements, Springer Netherlands, coll. « Chemists and Chemistry », (ISBN 9789401066143 et 9789400902879, DOI 10.1007/978-94-009-0287-9_5, lire en ligne), p. 67–89.
- (en) Helge Kragh, « Anatomy of a Priority Conflict: The Case of Element 72 », Centaurus, vol. 23, no 4, , p. 275–301 (ISSN 1600-0498, DOI 10.1111/j.1600-0498.1980.tb00235.x, lire en ligne, consulté le ).
- W.C.T. Inkret, M.E. Schillaci, M.K. Boyce, Y.S. Cheng, D.W. Efurd, T.T. Little, G. Miller, J.A. Musgrave and J.R. Wermer, Internal Dosimetry for Inhalation of Hafnium Tritide Aerosols ; Oxford Journals Mathematics & Physical SciencesMedicine ; Radiation Protection Dosimetry ; Volume93, Issue1 ; p. 55-60 (Résumé)
Voir aussi
Articles connexes
- Hafnium 178m2, un isomère nucléaire énergétique à longue durée de vie aux possibles applications militaires et spatiales
Liens externes
- (en) « Technical data for Hafnium » (consulté le ), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope
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4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
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