Hafnium (Hf)

Le Hafnium est le premier métal qui ait été découvert par analyse aux rayons X. En 1923, les chimistes D. Coster (de Hollande) et G. de Hevesy (de Hongrie) l’ont découvert en analysant un minerai de zirconium appelé zircon, extrait de mines de Norvège. Comme ils travaillaient dans le laboratoire danois de Niels Bohr, ils lui ont donné le nom de Hafnium en l’honneur de la ville de Copenhague, en danois København, qu’ils ont choisi de « latiniser » en formant le mot Hafnium.

Hafnium oxydé

Hafnium oxydé. (Image: Wikimedia Commons/Alchemist-hp)

Un métal difficile à trouver

Il n’existe pas de minerai de hafnium. Il se trouve toujours présent à titre d’impuretés dans les minerais de zirconium, ce qui s’explique puisqu’il se trouve dans la même colonne du tableau périodique que le zirconium Zr, donc Zr et Hf ont les mêmes propriétés chimiques. Aujourd’hui, le 80% du hafnium mondial provient des mines de zircon en Australie.

Quand on extrait le zirconium Zr du zircon, on obtient un métal qui contient de 1 à 5% de hafnium. Or le zirconium est surtout utilisé dans les réacteurs nucléaires, parce qu’il résiste à la corrosion des acides et des bases et ne capte pas les neutrons. Mais hélas le hafnium a une grande capacité à capter les neutrons. Il faut donc l’éliminer du zirconium, ce qui est très difficile, à cause des grandes ressemblances entre ces deux métaux. On l’effectue par recristallisation fractionnée des fluorures.

On utilise aussi le hafnium sous forme d’alliage avec le tungstène, pour fabriquer les filaments des lampes à incandescence.

Hafnium

Une feuille d'hafnium placée sous vide. Si celle-ci était en contact avec de l'oxygène, elle pourrait s'enflammer. (Image: Wikimedia commons/W. Oelen)

Un indicateur d'oxygène

Le métal possède tout de même quelques propriétés chimiques intéressantes. Finement divisé, il s’enflamme spontanément au contact de l’air. On le dépose donc sous vide dans les ampoules qu’on remplira de gaz plus tard, mais dans lesquelles on veut éviter à tout prix la présence d’oxygène. Mais, conservé en bloc à l’air, il se recouvre d’une fine couche d’oxyde HfO2 qui le protège de l’action corrosive de l’oxygène, des acides et des bases.

Des records de température pour ses composés

A part cela, certains de ses composés partagent un certain nombre de propriétés peu banales dans le petit monde de la chimie. Ainsi son carbure, HfC, fond à 4200°C. C’est le composé binaire qui résiste sans fondre à la plus haute température connue. Il en est de même de son nitrure Hf3N4, qui est le composé azoté qui résiste sans fondre à la plus haute température connue (3310°C). Mais par contraste, son chlorure, HfCl4 sublime à basse température (317°C).

Pour découvrir les propriétés et les utilisations d'autres éléments chimiques, regarde notre dossier «Eléments chimiques au quotidien».


Texte: Maurice Cosandey et Rédaction SimplyScience.ch

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