Le Hafnium est un élément chimique symbolisé par Hf et ayant le numéro atomique 72. Il tire son nom du mot latin de la ville de Copenhague, Hafnia, où l’élément a été découvert. C’est un métal de transition argenté, brillant et résistant à la corrosion, appartenant au groupe 4 du tableau périodique, également connu sous le nom de groupe du titane.
Le Hafnium possède des propriétés très similaires à celles du Zirconium, qui se trouve directement au-dessus de lui dans le tableau périodique. Il n’a aucune fonction biologique connue, il n’est généralement pas présent dans le corps humain et n’est pas toxique.
Histoire
Le Hafnium a été l’un des derniers éléments stables du tableau périodique à être découvert. La première indication de l’existence d’un élément supplémentaire entre le lutécium et le tantale est apparue grâce à la loi de Moseley découverte en 1912. Henry Moseley a tenté en 1914 de trouver cet élément inconnu, dont le numéro atomique était prévu par cette loi, dans des échantillons de minéraux de terres rares (aujourd’hui appelées lanthanides). Il n’a cependant pas réussi.
Niels Bohr a prédit dans son travail publié en 1922 sur la théorie atomique que la série des lanthanides se terminait avec le lutécium et que cet élément devait avoir des similitudes avec le Zirconium. Un an plus tard, le Hafnium a été découvert à Copenhague par Dirk Coster et George de Hevesy grâce à la spectroscopie des rayons X sur du zircon norvégien. D’autres enquêtes sur d’autres minéraux ont montré que le Hafnium était toujours présent dans les minéraux contenant du zirconium. La séparation du Zirconium et du Hafnium a été réalisée par Jantzen et Hevesy par cristallisation répétée des fluorures de diammonium et de dicalcium des deux éléments. Par la suite, du Hafnium élémentaire a été obtenu par réduction avec du sodium.
Occurrence
Le Hafnium est un élément relativement rare dans la croûte terrestre continentale, avec une concentration de 4,9 ppm. Il est aussi fréquent que les éléments brom et césium, et plus fréquent que des éléments connus depuis longtemps comme l’or et le mercure. Le Hafnium ne se trouve pas sous forme native ou dans des minéraux propres. En revanche, les minéraux contenant du zirconium, tels que le zircon et le baddeleyite, contiennent toujours du Hafnium ; la quantité de Hafnium représente généralement 2% de la teneur en zirconium (1-5% en poids de Hafnium). L’une des rares exceptions est la variété d’alvite du zircon, qui contient plus de Hafnium que de zirconium.
Les principales réserves de Hafnium se trouvent dans les gisements de zirconium en Australie et en Afrique du Sud. On estime les réserves à 1,1 million de tonnes (exprimées en oxyde de Hafnium).
Extraction et Production
Pour extraire le Hafnium, il doit être séparé du Zirconium. Cela ne peut pas être fait pendant le processus de fabrication, mais nécessite une procédure distincte. Différentes méthodes d’extraction sont utilisées pour cette séparation, telles que l’extraction par solvant. Cette méthode exploite la différence de solubilité de certains sels de Zirconium et de Hafnium dans des solvants spécifiques, tels que les phosphates de tri-n-butyl ou les thiocyanates de méthylisobutylcétone. D’autres méthodes de séparation possibles comprennent les échangeurs d’ions et la distillation fractionnée de composés appropriés.
Le Hafnium séparé peut ensuite être converti en chlorure de Hafnium(IV) selon le procédé Kroll, puis réduit en Hafnium élémentaire avec du sodium ou du magnésium.
Si un Hafnium plus pur est nécessaire, le procédé de Van Arkel-de-Boer peut être utilisé. Pendant le chauffage sous vide, le Hafnium réagit d’abord avec de l’iode pour former de l’iodure de Hafnium(IV). Cet iodure est ensuite décomposé en Hafnium et en iode à l’aide d’un fil chaud.
