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Pra que serve o Háfnio?

por em 04/08/2020 em Ciência, Notícias | Nenhum comentário

Pra que serve o Háfnio?

Olha eu de novo aqui, hein? Vamos lá. Esses dias eu tava lendo sobre um novo refratário feito com Háfnio e me dei conta que, né, quantas pessoas devem fazer uma mínima noção de que SEQUER exista um elemento químico chamado Háfnio, e qual a sua utilidade? Muito poucas, né? Então me veio essa ideia de vir aqui fazer o trabalho sujo. Começa agora uma nova série de textos minha aqui:

ELEMENTOS QUE NINGUÉM SE IMPORTA E ONDE HABITAM

A ideia é trazer um pouco mais de conhecimento geral sobre os diversos elementos que tem na tabela periódica e que nós nem ouvimos falar. Tem diversas coisas que parece que ninguém se importa, mas estão normalmente na fronteira da ciência avançando a tecnologia. Obviamente não pretendo que alguém chegue no café da manhã comentando a alta do preço do Tecnécio, mas acho que é bem relevante nós termos um pouco mais de consciência de que nem tudo é feito de aço ou alumínio.

Uns elementos tão maluco que vão precisar de uns bruxão pra achar eles!

Começando então com o Háfnio, um metal de transição do grupo 4 e sexto período. Ele tá ali pertinho do tântalo e do tungstênio. Do tungstênio você já talvez tenha até ouvido falar né? Não? Se você já procurou alguma coisa refratária, você já topou com o tungstênio. Ele é principal “estrelinha” quando nós falamos de metais refratários. E, se você forçar um pouquinho a memória sobre aquelas aulas de tabela periódica do ensino médio, vai lembrar que elementos próximos têm propriedades parecidas. Então, a principal característica do háfnio é ser um metal refratário, e não só isso, como ele tem um ponto de fusão elevado até para um metal refratário.

CORTE RÁPIDO

 

Metais refratários são aqueles que tem ponto de fusão acima de 1850 C° aproximadamente.

 

FIM DO CORTE RÁPIDO

Eles são especialmente úteis quando precisamos que materiais mantenham suas propriedades mesmo em temperaturas muito elevadas. Inclusive, recentemente, conseguiram sintetizar o material com mais alto ponto de fusão já sintetizado, e é justamente um oxido de háfnio. O carbonitreto de háfnio tem um ponto de fusão tão alto que nem a equipe que sintetizou ele conseguiu mensurar exatamente qual era o ponto de fusão.

Isso transforma ele num candidato viável para as mais diversas aplicações de altas temperaturas possíveis. Desde escudos térmicos de reentrada de foguetes, até revestimentos de alto-forno. Todas as aplicações em que você precisa que um material que segure o tranco em temperaturas da ordem de 2000° pra cima, você tem que começar a pensar em ligas ou óxidos de háfnio.

MAS, PORÉM, CONTUDO, TODAVIA, ENTRETANTO

Metais refratários têm uma característica geral que é bem indesejada para muitas aplicações. Eles de uma forma geral são muito pouco dúcteis. A maioria deles nós podemos dizer que é DURASSO. Isso acaba limitando muitas aplicações, porque não adianta você resistir a temperaturas elevadas, se você vai suportar poucos esforços mecânicos. Ai que vem ele, o tão esperado GIRO DA BEYBLADE! Talvez você não lembre, mas um tempinho atrás eu escrevi sobre um tipo de liga, que conseguia umas propriedades muito exóticas. Elas mesmas, as ligas de alta entropia e altas confusões.

Elas conseguem juntar propriedades que normalmente não vemos juntas, como adivinhem só, refratários e ductilidade. E foi isso que conseguiram fazer sintetizando uma liga de Háfnio-Nióbio-Tântalo-Titânio- Zircônio.

Eles demonstraram que uma liga com a proporção certa desses elementos, tem características “clássicas” de materiais dúcteis, enquanto mantem o seu elevado ponto de fusão. (Tá, é um tanto mais complicado que isso, mas não queremos entrar TÃO nos detalhes assim) Isso deu um salto nas pesquisas de HEA (high entropy alloys) utilizando háfnio. Materiais com essas características são ótimos candidatos para viabilizar projetos de exploração espacial. Logo tem bastante interesse de pesquisa.

E NÃO É SÓ ISSO, NÃO!

Háfnio tem uma excelente capacidade de absorver nêutrons. (Por essa você não esperava eihn!) O que faz dele um material espetacular no controle de reatores nucleares. Em termos básicos, a reação nuclear que libera a energia para ferver a água, libera não só energia na forma de radiação, como libera prótons. E bom, esses prótons se ficarem livres por ai tem poderiam se chocar com outros núcleos de átomos e desestabiliza-los e por ai vai. Uma confusão só. Para evitar que essa reação saia do controle, os reatores usam barras de controle (nome pouco criativo né?) para absorver esses nêutrons de forma segura.

Esquema BASICÃO de como funciona uma usina nuclear

E não é que o nosso amiguinho um dos melhores átomos para o trabalho, isso porque o háfnio tem um alto valor de seção de choque. Basicamente, ele tem uma área bem grande onde esses nêutrons podem bater e ser capturados de forma controlada. Como nem tudo são flores, ele tem como desvantagem o custo. Háfnio é um elemento que está associado ao zircônio no minério, mas tão associado, que pode ser considerado um dos pares de elementos mais difíceis de serem separados. E como tudo que é difícil, é caro. E é por isso o custo do háfnio metálico é bem elevado. $1200 por kg o elemento puro. Existem outras formas mais baratas de se fazer esse controle, mas o háfnio é a mais eficiente.

UFA!

Até que para um elemento que ninguém se importa o hafnio é um elemento com diversas aplicações né? O intuito dessa série de textos vai ser exatamente esse, trazer um pouco de luz nessas aplicações que hoje em dia passam ao largo do conhecimento geral. Tem muita coisa MANEIRA de conhecer por ai e vamos continuar aqui te ajudando nisso.

PS: Esse texto merece um agradecimento especial a minha amiga Larissa Gouvea, também engenheira de materiais, que me mandou o artigo das HEA e que atualmente é pesquisadora na área. VLW MESMO!

Ps2: O próximo é o Tecnécio!

Ps3: Deixa ai a sua sugestão nos comentários que pode virar texto aqui também!

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