L’hafnium est un métal de transition solide, placé dans le groupe 4 du tableau périodique, sous le zirconium et à côté du titane. Sa masse atomique est de 178,486 u. Bien qu’il soit moins connu que ces deux voisins, sa capacité à absorber les neutrons et sa résistance à la corrosion lui donnent des applications particulières. Sa place dans la famille des métaux de transition aide à situer ses ressemblances chimiques avec le zirconium.
Pourquoi l’hafnium se trouve-t-il avec le zirconium ?
L’hafnium est rarement extrait comme métal indépendant : sa principale source est le zircon, un minéral contenant du silicate de zirconium. Selon l’US Geological Survey, le zircon est la source principale de l’hafnium, qui accompagne le zirconium lors de l’extraction et du traitement des sables minéralisés.
Les deux éléments ont des propriétés chimiques très proches, notamment le même état d’oxydation courant, +4. Cette ressemblance rend leur séparation difficile. En pratique, l’hafnium est récupéré au cours du raffinage du zirconium, tandis que certaines applications du zirconium demandent au contraire d’en retirer la majeure partie. La fiche française de MineralInfo décrit cette dépendance entre les filières des deux métaux.
À quoi sert sa forte absorption des neutrons ?
Dans un réacteur nucléaire, des barres de commande servent à réguler la réaction en chaîne en absorbant une partie des neutrons. L’hafnium convient à cet usage grâce à son pouvoir absorbant, ainsi qu’à sa résistance à la corrosion et à ses propriétés mécaniques. Le Los Alamos National Laboratory cite notamment les barres de commande parmi ses usages. Cette application concerne des composants spécialisés : elle ne signifie pas que l’hafnium soit le seul matériau employé pour contrôler les réacteurs.
Le métal est aussi utilisé comme élément d’alliage, notamment dans des superalliages à base de nickel. Ces matériaux sont conçus pour conserver des propriétés utiles dans des conditions exigeantes, par exemple à haute température. L’USGS mentionne également des buses de découpe par arc plasma et des céramiques haute température parmi les débouchés de l’hafnium.
Quels composés de l’hafnium rencontre-t-on ?
Dans les composés, l’hafnium se trouve couramment à l’état d’oxydation +4. L’oxyde d’hafnium, HfO₂, est l’un des composés importants de cet élément. Le chlorure HfCl₄ et le fluorure HfF₄ sont d’autres exemples, employés notamment comme composés chimiques plutôt que comme formes métalliques.
Certains composés se distinguent par leur résistance à la chaleur. Le carbure d’hafnium, HfC, et le nitrure d’hafnium, HfN, sont des matériaux réfractaires, c’est-à-dire capables de supporter de très hautes températures. Leurs propriétés en font des candidats pour des usages spécialisés, sans que cela implique qu’ils soient interchangeables avec le métal pur.
Pourquoi porte-t-il le nom de Copenhague ?
L’hafnium a été découvert en 1923 par Dirk Coster et George de Hevesy, à Copenhague, où se trouvait l’institut de Niels Bohr. Son nom vient de Hafnia, le nom latin de la ville. Dans leur annonce publiée dans Nature, les chercheurs décrivent l’identification de l’élément dans des minerais de zirconium ; le texte original de Coster et Hevesy témoigne aussi des difficultés à le séparer de son voisin chimique.