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{{elemento chimico
|Nome = afnio
|Serie_chimica = [[Metalli del blocco d|metalli di transizione]]
|Nucleoni =
|Precedente = [[lutezio]]
|Successivo = [[tantalio]]
|Simbolo =
|Numero_atomico =
|Gruppo = [[Elementi del gruppo 4|4]]
|Periodo = [[elementi del periodo 6|6]]
|Blocco = [[orbitale atomico|d]]
|Densità = 13 310 kg/m³
|Durezza = 5,5
|Aspetto = Hafnium bits.jpg
|Didascalia = Metallo grigio lucente
|Spettro = Hafnium_spectrum_visible.png
|Massa_atomica = {{M|178,49|ul=amu}}
|Raggio_atomico = {{M|172|ul=pm}}
|Raggio_covalente = {{M|150|ul=pm}}
|Raggio_di_van_der_Waals = {{M|161|ul=pm}}<ref>{{Cita web |http://www.lenntech.it/periodica/elementi/hf.htm|Afnio|27 aprile 2013|editore=lenntech.it}}</ref>
|Configurazione_elettronica = <nowiki>[</nowiki>[[Xeno|Xe]]<nowiki>]</nowiki>4f14 5d2 6s2
|Termine_spettroscopico = 3F2
|Elettroni = 2, 8, 18, 32, 10, 2
|Numero_di_ossidazione = 4 ([[anfotero]])
|Struttura_cristallina = [[Sistema esagonale|esagonale]]
|Stato = [[solido]]
|Fusione = {{Converti|2506|K|lk=on}}
|Ebollizione = {{Converti|4876|K}}
|Volume_molare = {{M|1,344e−5|ul=m3}}/[[Mole|mol]]
|Calore_di_fusione = 24,06 kJ/mol
|Calore_di_evaporazione = {{M|575|ul=kJ/mol}}
|Tensione_di_vapore = {{m|1,12e−3|ul=Pa}} a {{m|2500|ul=K}}
|Velocità_del_suono = {{M|1590|ul=m/s}} a {{M|293,15|ul=K}}
|Numero_CAS =
|Elettronegatività = 1,3
|Calore_specifico = 140 J/(kg·K)
|Conducibilità_elettrica = {{M|3,12e6}}/m·Ω
|Conducibilità_termica = {{M|23|ul=W}}/(m·K)
|Energia_1a_ionizzazione = 658,5 kJ/mol
|Energia_2a_ionizzazione = 1 440 kJ/mol
|Energia_3a_ionizzazione = 2 250 kJ/mol
|Voce_principale_isotopi = Isotopi dell'afnio
|Isotopo_1 = 172Hf
|NA_1 = sintetico
|TD_1 = 1,87 anni
|DM_1 = ε
|DE_1 = 0,350
|DP_1 = [[Lutezio|172Lu]]
|Isotopo_2 = 174Hf
|NA_2 = 0,162%
|TD_2 = {{M|2e15}} anni
|DM_2 = α
|DE_2 = 2,495
|DP_2 = [[Itterbio|170Yb]]
|Isotopo_3 = 176Hf
|NA_3 = 5,206%
|TD_3 = È stabile con 104 neutroni
|Isotopo_4 = 177Hf
|NA_4 = 18,606%
|TD_4 = È stabile con 105 neutroni
|Isotopo_5 = 178Hf
|NA_5 = 27,297%
|TD_5 = È stabile con 106 neutroni
|Isotopo_6 = 179Hf
|NA_6 = 13,629%
|TD_6 = È stabile con 107 neutroni
|Isotopo_7 = 180Hf
|NA_7 = '''35,1%'''
|TD_7 = È stabile con 108 neutroni
|Isotopo_8 = 182Hf
|NA_8 = sintetico
|TD_8 = {{M|9e6}} anni
|DM_8 = β
|DE_8 = 0,373
|DP_8 = [[Tantalio|182Ta]]
}}

L{{'}}'''afnio''' è l'[[elemento chimico]] di [[numero atomico]] 72 e il suo simbolo è '''Hf'''.

È un [[metallo di transizione]] di aspetto lucido e colore argenteo; chimicamente assomiglia allo [[zirconio]] e si trova spesso nei [[minerale|minerali]] di zirconio. L'afnio si utilizza in [[Lega (metallurgia)|lega]] con il [[tungsteno]] nei filamenti e negli [[elettrodo|elettrodi]] ed è utilizzato come assorbente di [[neutrone|neutroni]] nelle barre di controllo dei [[Reattore nucleare a fissione|reattori nucleari]].

== Storia ==
[[File:Hafnium pellets with a thin oxide layer.jpg|thumb|left|Campioni di Afnio puro al 99,9% rifusi con un saldatore ad arco al tungsteno visti fronte retro, con una visibile struttura cristallina. I colori sono un effetto dovuto a sottile strato di ossido.]]

L'afnio (dal [[Lingua latina|latino]] ''Hafnia'', l'attuale "[[Copenaghen]]") è stato scoperto da [[Dirk Coster]] e [[George Charles de Hevesy]] nel [[1923]] a Copenaghen, [[Danimarca]].

Già nella [[Tavola periodica degli elementi]] elaborata da [[Dmitrij Ivanovič Mendeleev|Dmitrij Mendeleev]] nel 1869 era previsto un corrispondente più pesante del titanio e dello zirconio, anche se Mendeleev aveva piazzato il lantanio subito al disotto dello zirconio in quanto egli basava le sue considerazioni sul peso atomico e non sul numero atomico.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Masanori|cognome=Kaji|titolo=D. I. Mendeleev's concept of chemical elements and ''The Principles of Chemistry''|rivista=Bulletin for the History of chemistry|volume=27|pagina=4|anno=2002|url=http://www.scs.uiuc.edu/~mainzv/HIST/awards/OPA%20Papers/2005-Kaji.pdf|formato=pdf|accesso=20 agosto 2008|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20081217080509/http://www.scs.uiuc.edu/~mainzv/HIST/awards/OPA%20Papers/2005-Kaji.pdf#|dataarchivio=17 dicembre 2008|urlmorto=sì}}.</ref>

Quando si comprese che dopo il lantanio era presente un gruppo di [[lantanoidi|elementi con proprietà simili]], iniziò la ricerca per gli elementi mancanti con numero atomico 43, 61, 72 e 75.<ref>{{Cita pubblicazione|cognome = Heilbron|titolo=The Work of H. G. J. Moseley|nome = John L.|volume=57|pagina=336|anno=1966|rivista=Isis|doi=10.1086/350143|numero = 3}}.</ref> [[Georges Urbain]] affermò di avere isolato l'elemento 72 nelle [[terre rare]] e pubblicò nel 1911 i risultati della sua ricerca sull'elemento chiamato ''celtium''.<ref>{{Cita pubblicazione|cognome = Urbain|nome = M. G.|titolo = Sur un nouvel élément qui accompagne le lutécium et le scandium dans les terres de la gadolinite: le celtium |rivista = Comptes rendus|pagina=141|url = http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3105c/f141.table|accesso=10 settembre 2008|anno = 1911}}</ref> Tuttavia né gli spettri né le caratteristiche chimiche corrispondevano alle aspettative cosicché, dopo un intenso dibattito, la sua scoperta fu rigettata.<ref name="Mel">{{Cita pubblicazione|rivista = Centaurus|volume = 26|pagina=317|titolo = Some Details in the Prehistory of the Discovery of Element 72|nome = V. P.|cognome = Mel'nikov|doi = 10.1111/j.1600-0498.1982.tb00667.x|anno = 1982|bibcode = 1982Cent...26..317M|numero = 3 }}</ref>

All'inizio del 1923 alcuni chimici e fisici, tra cui [[Niels Bohr]]<ref>{{Cita libro |titolo = The Theory of Spectra and Atomic Constitution: Three Essays|url = https://ia311508.us.archive.org/0/items/TheTheoryOfSpectraAndAtomicConstitution/HTM/00000131.htm|nome = Niels|cognome = Bohr|pagine=114|isbn=1-4365-0368-X}}</ref> e Charles R. Bury,<ref>{{Cita pubblicazione|rivista = J. Amer. Chem. Soc.|titolo = Langmuir's Theory of the Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules|nome = Charles R.|cognome = Bury|volume = 43|anno = 1921|pagina=1602|doi = 10.1021/ja01440a023|numero = 7}}</ref> proposero che l'elemento 72 dovesse assomigliare allo zirconio e quindi non far parte delle terre rare. Queste considerazioni erano basate sulla teoria atomica di Bohr, sulla spettroscopia a raggi X di Mosley e su argomentazioni di natura chimica da parte di [[Friedrich Paneth]].<ref>{{Cita libro|autore-capitolo-nome = F. A.|autore-capitolo-cognome = Paneth|capitolo = Das periodische System (The periodic system)|titolo = Ergebnisse der Exakten Naturwissenschaften 1|anno =1922|pagine=362|lingua =de}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|titolo = Hafnium|url = http://www.jce.divched.org/Journal/Issues/1982/Mar/jceSubscriber/JCE1982p0242.pdf|rivista = Journal of Chemical Education|cognome = Fernelius|nome = W. C.|anno = 1982|pagina = 242|urlmorto = sì|accesso = 29 ottobre 2011|dataarchivio = 15 marzo 2020|urlarchivio = https://web.archive.org/web/20200315031648/http://www.jce.divched.org/Journal/Issues/1982/Mar/jceSubscriber/JCE1982p0242.pdf}}</ref>

Sulla base di queste considerazioni, [[Dirk Coster]] e [[George Charles de Hevesy]] cominciarono a cercare l'elemento 72 nei minerali di zirconio<ref>{{Cita pubblicazione|volume = 174|anno = 1922|cognome = Urbain|nome = M. G.|titolo = Sur les séries L du lutécium et de l'ytterbium et sur l'identification d'un celtium avec l'élément de nombre atomique 72 |rivista = Comptes rendus|pagina=1347|url = http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3127j/f1348.table|accesso=30 ottobre 2008|lingua = fr}}</ref> fino a giungere così alla scoperta dell'afnio nel 1923 a Copenaghen.<ref>{{Cita pubblicazione|rivista = Nature|volume = 111|pagina=79|anno=1923|doi = 10.1038/111079a0|titolo = On the Missing Element of Atomic Number 72|url = https://archive.org/details/sim_nature-uk_1923-01-20_111_2777/page/n9|nome = D.|cognome = Coster|coautori= Hevesy, G.|numero=2777|bibcode=1923Natur.111...79C}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|titolo = The Discovery and Properties of Hafnium|nome = G.|cognome = Hevesy|rivista = Chemical Reviews|anno = 1925|volume = 2|pagina=1|doi = 10.1021/cr60005a001}}</ref> Il nome dell'elemento fu derivato da ''Hafnia'', il nome latino della città di Copenaghen, la città di Niels Bohr.<ref name="Scerri">{{Cita pubblicazione|titolo = Prediction of the nature of hafnium from chemistry, Bohr's theory and quantum theory|url = https://archive.org/details/sim_annals-of-science_1994-03_51_2/page/137|nome = Eric R.|cognome = Scerri|rivista = Annals of Science|anno = 1994|volume = 51|pagina= 137|doi =10.1080/00033799400200161|numero = 2}}</ref> Per questo nel sigillo della Facoltà di scienze dell'[[Università di Copenaghen]] compare un'immagine stilizzata dell'afnio.<ref>{{Cita web|editore=University of Copenghagen|accesso=2 novembre 2008|titolo=University Life 2005|url=http://publikationer.ku.dk/filer/aarlige_udgivelser/universitetsliv_2005_uk.pdf/|formato=pdf|pagina=43|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20110825083231/http://publikationer.ku.dk/filer/aarlige_udgivelser/universitetsliv_2005_uk.pdf/|dataarchivio=25 agosto 2011}}</ref>

L'afnio fu definitivamente identificato attraverso l'analisi ai raggi X in cristalli di zircone in Norvegia.<ref name="hev1503">{{Cita pubblicazione|titolo = Über die Auffindung des Hafniums und den gegenwärtigen Stand unserer Kenntnisse von diesem Element|nome = Georg|cognome = von Hevesy|doi = 10.1002/cber.19230560702|rivista = Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series)|volume = 56|pagina=1503|anno = 1923|numero = 7}}.</ref>

L'afnio fu separato dallo zirconio attraverso ripetute ricristallizzazioni dei fluoruri di [[ammonio]] o [[potassio]] da Jantzen e von Hevesey.<ref name="Ark1924a" >{{Cita pubblicazione|titolo = Die Trennung von Zirkonium und Hafnium durch Kristallisation ihrer Ammoniumdoppelfluoride (The separation of zirconium and hafnium by crystallization of the double ammonium fluorides)|rivista = Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie|volume = 141|anno = 1924|pagina= 284|nome =A. E.|cognome = van Arkel|coautori = de Boer, J. H.|doi = 10.1002/zaac.19241410117|lingua = de}}.</ref> L'afnio metallico fu preparato per la prima volta nel 1924 da [[Anton Eduard van Arkel]] e [[Jan Hendrik de Boer]] facendo passare il vapore del suo tetraioduro sopra un filamento di tungsteno riscaldato.<ref name="Ark1924b">{{Cita pubblicazione|titolo = Die Trennung des Zirkoniums von anderen Metallen, einschließlich Hafnium, durch fraktionierte Distillation (The separation of zirconium and hafnium by fractionated distillation)| rivista = Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie|volume = 141|anno = 1924|pagina= 289|nome =A. E.|cognome = van Arkel|coautori = de Boer, J. H.|doi = 10.1002/zaac.19241410118|lingua = de}}</ref><ref name="Ark1925">{{Cita pubblicazione|titolo = Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall (Production of pure titanium, zirconium, hafnium and Thorium metal)|rivista = Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie|volume = 148|anno = 1925|pagina= 345|nome =A. E.|cognome = van Arkel|coautori = de Boer, J. H.|doi = 10.1002/zaac.19251480133|lingua = de}}</ref> Tale processo per la purificazione differenziata dello zirconio e dell'afnio è tuttora in uso.<ref name="ASTM">{{Cita libro |url = http://books.google.com/?id=dI_LssydVeYC|titolo = ASTM Manual on Zirconium and Hafnium|nome = J. H.|cognome = Schemel|editore = ASTM International|anno = 1977|pagine=1–5|isbn = 978-0-8031-0505-8}}</ref>

== Caratteristiche ==
[[File:Hf-crystal bar.jpg|thumb|left|Afnio metallico]]

Questo metallo argenteo si presenta [[duttilità|duttile]] e resistente alla [[corrosione]]. Le proprietà dell'afnio sono fortemente influenzate dalle impurezze di zirconio e questi due elementi sono tra i più difficili da separare. La sola differenza importante tra i due è la [[densità]]: quella dello zirconio è circa la metà di quella dell'afnio.

Il carburo di afnio è il composto binario più [[Materiale refrattario|refrattario]] che si conosca (fonde a {{M|4150|ul=°C}}) ed il nitruro di afnio, con un [[punto di fusione]] di 3 310 °C, è il più refrattario fra tutti i nitruri metallici. Questo metallo è resistente agli [[base (chimica)|alcali]] concentrati mentre gli [[alogeni]] reagiscono con esso formando tetraalogenuri di afnio. Ad alta temperatura l'afnio reagisce con [[ossigeno]], [[azoto]], [[carbonio]], [[boro]], [[zolfo]] e [[silicio]].

L'[[Isomeria nucleare|isomero nucleare]] Hf-178-2m è usato come sorgente di [[raggi gamma]] e se ne sta studiando l'utilizzo come sorgente di energia nei [[laser]] a raggi gamma.

Dei sei isotopi che costituiscono l'afnio naturale, l'afnio-174 ha la maggiore [[sezione d'urto]] per neutroni termici. Il vantaggio dell'afnio rispetto agli altri assorbitori neutronici è che la reazione di assorbimento non produce [[elio]].<ref name="TPNE">{{Cita pubblicazione|url=http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/IAEA-THPH_web.pdf|titolo=Thermophysical Properties of Materials for Nuclear Engineering: A Tutorial and Collection of Data |accesso=26 novembre 2013|formato=PDF|p=145}}</ref> Inoltre la sua resistenza alla corrosione in acqua è maggiore delle leghe di zirconio da guaina, perciò rende possibile il suo impiego senza guaina,<ref name="TPNE"/> infine ha buona stabilità e mantenimento delle proprietà meccaniche sotto radiazione. Il periodo di esercizio delle barre in afnio può superare i 10 anni.<ref name="TPNE"/>

L'afnio solido subisce una trasformazione polimorfa a {{TA|1 700-2 000 °C}}. È un forte sottrattore di [[ossigeno]] e [[azoto]] anche a bassissima pressione ({{Val|0,1|-|1,0|ul=mPa}}) ed è generalmente utilizzato nell'analisi delle proprietà termiche dei materiali. Ossigeno e azoto si dissolvono nell'afnio, stabilizzano la fase α aumentando la sua temperatura di transizione, il cui valore più affidabile è di 1 742 °C. I risultati più affidabili vengono da esperimenti con campioni grandi, vuoto spinto e breve durata.<ref name="TPD">{{Cita pubblicazione|titolo=Thermophysical properties database of materials for LWR and HWR|p=296|accesso=26 novembre 2013|url=http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/te_1496_web.pdf|cid=Thermophysical properties database of materials for LWR and HWR|formato=PDF}}</ref><ref>I dati più affidabili e raccomandati su espansione termica, entalpia, calore specifico e emissività di afnio e [[biossido di afnio]] sono forniti in {{cita|Thermophysical properties database of materials for LWR and HWR}}</ref>

== Abbondanza e disponibilità ==
L'afnio si trova in natura combinato con i composti di zirconio e non esiste come elemento libero. I minerali che contengono [[zirconio]] come l'[[alvite]] [(Hf, [[Torio|Th]], [[Zirconio|Zr]])[[Silicio|Si]][[ossigeno|O]]4 [[Acqua|H2O]]], [[thortveitite]] e [[zircone]] (ZrSiO4) contengono dall'1 al 5 per cento di afnio.

== Isotopi ==
{{vedi anche|Isotopi dell'afnio}}

== Metodi di preparazione ==
Circa la metà dell'afnio metallico è prodotto mediante raffinazione dello zirconio. Questo processo si effettua riducendo il tetracloruro di afnio con [[magnesio]] o [[sodio]] nel [[processo Kroll]] oppure attraverso il meno efficiente [[processo van Arkel-de Boer]].

== Applicazioni ==
L'afnio è utilizzato per fabbricare barre di controllo nei reattori nucleari per via della sua alta capacità di assorbimento dei neutroni: è in grado di assorbire neutroni energetici 600 volte più efficacemente che lo zirconio; inoltre ha ottime caratteristiche meccaniche ed un'eccezionale resistenza alla corrosione.

Altri utilizzi sono:
* nelle [[Lampada a incandescenza|lampade ad incandescenza]],
* per catturare i residui di ossigeno ed azoto,
* come elettrodo nel [[taglio al plasma]] per la sua capacità di emissione di elettroni,
* in lega con [[ferro]], [[titanio]], [[niobio]], [[tantalio]] ed altri metalli.
* il [[biossido di afnio]] sarà utilizzato negli isolatori di gate [[High-K]] (ad alta [[Permittività elettrica|costante dielettrica]]) nelle ultime generazioni di [[circuito integrato|circuiti integrati]].<ref>{{Cita web | 1 = http://www.macitynet.it/macity/aA27027/index.shtml | 2 = Intel userà afnio come isolante | accesso = 29 gennaio 2007 | dataarchivio = 3 febbraio 2007 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20070203131815/http://www.macitynet.it/macity/aA27027/index.shtml | urlmorto = sì }}</ref><ref>{{cita web|url=http://punto-informatico.it/p.aspx?i=2116186|titolo=Intel: la chiave è l'afnio|data=16 novembre 2007|accesso=16 novembre 2007|editore=Punto Informatico}}</ref>

[[Intel]] ha introdotto una tecnologia di [[transistor]] per i suoi processori a [[45 nm]] che fa uso dell'afnio.

== Precauzioni ==
{{EtichettaUE
|simbolo1=facilmente infiammabile
|avvertenza=pericolo
|frasiR=17
|frasiS=2-7/8-43
|frasiH={{FrasiH|250|251}}
|consigliP={{ConsigliP|210|222|235+410|280|420|422}}<ref>Conservare sotto gas inerte.</ref><ref>scheda dell'afnio in polvere su {{Cita web | 1 = http://gestis-en.itrust.de | 2 = IFA-GESTIS | accesso = 3 giugno 2021 | dataarchivio = 16 ottobre 2019 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20191016183546/http://gestis-en.itrust.de/ | urlmorto = sì }}</ref>
}}

L'afnio va trattato con attenzione perché quando è in polvere è ''piroforico,'' cioè si accende spontaneamente a contatto con l'aria. Composti contenenti questo metallo vengono raramente a contatto con le persone ed il metallo puro non è tossico, ma tutti i suoi composti dovrebbero essere trattati come sostanze tossiche. L'esposizione all'afnio e ai suoi composti non deve eccedere il [[Threshold Limit Value|TLV-TWA]] pari a {{M|0,5|ul=mg}}/[[metro cubo|m³]], valore limite ponderato su 8 ore giornaliere.

== Note ==
<references/>

== Bibliografia ==
* {{cita libro | nome= Francesco | cognome= Borgese | titolo= Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico | editore= CISU | città= Roma | anno= 1993 | url= http://books.google.it/books?id=9uNyAAAACAAJ| isbn= 88-7975-077-1 }}
* {{cita libro | autore= R. Barbucci | autore2= A. Sabatini | autore3= P. Dapporto | titolo= Tavola periodica e proprietà degli elementi | editore= Edizioni V. Morelli | città= Firenze | anno= 1998 | cid= Tavola periodica e proprietà degli elementi | url= http://www.idelsongnocchi.it/online/vmchk/chimica/tavola-periodica-degli-elementi-iupac.html | urlmorto= sì | urlarchivio= https://web.archive.org/web/20101022060832/http://www.idelsongnocchi.it/online/vmchk/chimica/tavola-periodica-degli-elementi-iupac.html | dataarchivio= 22 ottobre 2010 }}

== Voci correlate ==
* [[Isotopi dell'afnio]]
* [[Biossido di afnio]]

== Altri progetti ==
{{interprogetto|wikt=afnio|wikt_etichetta=afnio}}

== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* {{Cita web|1=http://periodic.lanl.gov/elements/72.html|2=Afnio|lingua=en|editore=[[Los Alamos National Laboratory]]|accesso=19 dicembre 2004|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20080602014423/http://periodic.lanl.gov/elements/72.html|dataarchivio=2 giugno 2008|urlmorto=sì}}
* {{Cita web|http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Hf/index.html|Afnio|lingua=en|sito=WebElements.com}}
* {{Cita web|http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Hf.html|Afnio|lingua=en|sito=EnvironmentalChemistry.com}}

{{Elementi chimici}}
{{Controllo di autorità}}
{{Portale|chimica}}

[[Categoria:Afnio| ]]

Afnio - Revision history

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