Zirconio
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| Generalità | |||||||||
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| Nome, Simbolo, Numero atomico | zirconio, Zr, 40 | ||||||||
| Serie chimica | metalli di transizione | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 4, 5, d | ||||||||
| Densità, Durezza | 6511 kg/m3, 5 | ||||||||
| Aspetto | bianco argenteo Immagine mancante Zr,40.jpg Aspetto dello Zirconio | ||||||||
| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 91,224 amu | ||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 155 (206) pm | ||||||||
| Raggio covalente | 148 pm | ||||||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | ||||||||
| Configurazione elettronica | [Kr]4d25s2 | ||||||||
| elettroni (e-) per livello energetico | 2, 8, 18, 10, 2 | ||||||||
| Stati di ossidazione | 4 (anfotero) | ||||||||
| Struttura cristallina | esagonale | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato a temperatura ambiente | solido | ||||||||
| Punto di fusione | 2128 K (1855°C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 4682 K (4409°C) | ||||||||
| Volume molare | 14,02 ×10-6 m3/mol | ||||||||
| Calore di evaporazione | 58,2 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 16,9 kJ/mol | ||||||||
| Tensione di vapore | 0,00168 Pa a 2125 K | ||||||||
| Velocità del suono | 3800 m/s a 293,15 K | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 1,33 (scala di Pauling) | ||||||||
| Calore specifico | 0,27 J/(kg*K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 2,36×106/(m·ohm) | ||||||||
| Conducibilità termica | 22,7 W/(m*K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 640,1 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1270 kJ/mol | ||||||||
| Energia di terza ionizzazione | 2218 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quarta ionizzazione | 3313 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quinta ionizzazione | 7752 kJ/mol | ||||||||
| Energia di sesta ionizzazione | 9500 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
| 90Zr | 51,45% | Zr è stabile con 50 neutroni | |||||||
| 91Zr | 11,22% | Zr è stabile con 51 neutroni | |||||||
| 92Zr | 17,15% | Zr è stabile con 52 neutroni | |||||||
| 93Zr | sintetico | 1,53×106 anni | β- | 0,091 | 93Nb | ||||
| 94Zr | 17,38% | Zr è stabile con 54 neutroni | |||||||
| 96Zr | 2,8% | >3,8×1019 anni | β- | 3,350 | 96Mo | ||||
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iso = isotopo | |||||||||
Lo zirconio è l'elemento chimico di numero atomico 40. Il suo simbolo è Zr. È un metallo di transizione bianco-grigio, duro, il cui aspetto ricorda quello del titanio. Viene ottenuto principalmente dallo zircone ed è molto resistente alla corrosione. Lo zirconio è principalmente impiegato nella realizzazione di impianti nucleari come assorbitore di neutroni e per produrre leghe metalliche resistenti alla corrosione.
| Indice |
Caratteristiche
È un metallo bianco-grigiastro, lucente ed eccezionalmente resistente alla corrosione. Lo zirconio è più leggero dell'acciaio ed ha una durezza comparabile a quella del rame. Può infiammarsi spontaneamente se, in forma di polvere, è esposto ad alte temperature.
A temperature inferiori a 35 K la lega di zinco e zirconio diventa magnetica.
Nei suoi composti, lo zirconio ha solitamente numero di ossidazione +2, +3 o +4.
Applicazioni
L'uso principale dello zirconio è sotto forma di zircone (ZrSiO4), per materiali refrattari, sabbie da fonderia e opacizzazione della ceramica. Lo zircone è anche commerciato come pietra preziosa, usata in gioielleria. L'ossido di zirconio può venire trattato per per produrre un facsimile dei diamanti, lo zircone cubico. Altri usi:
- Lo zirconio ha una bassa sezione di assorbimento per i neutroni, cosa che lo rende perfetto per l'impiego in materiali destinati a impianti di produzione di energia nucleare, come il collegamento di elementi di combustibile. Più del 90% di tutto lo zirconio metallico prodotto viene usato dalle centrali nucleari sparse per il mondo. I moderni reattori nucleari commerciali possono usare fino a 150 kilometri di tubazioni in lega di zirconio.
- Estesamente usato in chimica industriale per tubazioni in ambienti corrosivi.
- Lo zirconio è piroforico (infiammabile) ed è stato usato inordigni incendiari militari.
- Il carbonato di zirconio si usa nelle lozioni contro l'edera.
- L'ossido impuro di zirconio, lo zircone, è usato per fabbricare crogiuoli da laboratorio in grado di sopportare forti shock termici, per il rivestimento di fornaci in metallurgia e dall'industria del vetro e della ceramica come materiale refrattario.
- I tessuti umani tollerano facilmente questo metallo, che quindi è adatto per giunti e protesi artificiali impiantabili.
- Viene usato anche per produrre scambiatori di calore, leghe speciali e - come getter, ovvero come agente degasatore - nelle valvole termoioniche e nelle lampadine a incandescenza.
Quando è in lega con il niobio, lo zirconio è superconduttore a basse temperature e si usa per costruire magneti superconduttori; è anche possibile che cavi di tale materiale vengano usati su larga scala nella produzione e nella distribuzione dell'energia elettrica.
Storia
Lo zirconio (dall'Arabo zarkûn, a sua volta derivato dal Persiano zargûn, "simile all'oro") fu scoperto nel 1789 da Martin Heinrich Klaproth e isolato nel 1824 da Jons Jakob Berzelius.
I minerali dello zirconio - ovvero lo zircone, la zirconite e lo zaffiro - erano noti nell'antichità e sono menzionati nelle scritture bibliche. Fu però l'analisi di Klaproth di uno zaffiro proveniente da Sri Lanka (allora Ceylon) a rivelare che questo minerale conteneva un elemento ancora sconosciuto, che egli battezzò Zirkonertz
Il metallo fu isolato in forma impura da Berzelius, che lo preparò scaldando una miscela di potassio e di fluoruro di zirconio e potassio in un tubo di ferro, provocandone la decomposizione. Lo zirconio puro fu ottenuto per la prima volta nel 1914.
Disponibilità
Lo zirconio non si trova mai in natura come metallo puro: la principale fonte commerciale di zirconio è il minerale di silicato di zirconio, lo zircone (ZrSiO4), che si trova in depositi situati in Australia, Brasile, India, Russia e negli Stati Uniti (è estratto come una polvere scura e fuligginosa, o come una sostanza cristallina, di un grigio metallico). Lo zirconio e l'afnio sono contenuti nello zircone in rapporto di 50 a 1 e sono molto difficili da separare. Lo zircono è anche un sottoprodotto dello sfuttamento minerario e della lavorazione di sabbie minerali come la menaccanite, la ilmenite e il rutilo, o minerali di stagno. Lo zirconio è pure contenuto in altre 30 specie minerali note, compresa la baddeleyite. Il metallo si ottiene commercialmente per riduzione del cloruro con magnesio nel Processo Kroll e attraverso altri metodi. Lo zirconio di qualità commerciale contiene ancora dall'1% al 3% di afnio.
Questo elemento è anche abbondante nelle stelle di tipo S, ed è stato rilevato nel sole e nei meteoriti. I campioni di rocce lunari portati sulla terra dalle missioni apollo hanno un contenuto di ossido di zirconio molto più alto rispetto a quelle terrestri.
Isotopi
Lo zirconio in natura è composto di quattro isotopi stabili e di uno debolmente radioattivo, a vita estremamente lunga (lo 96Zr). Il secondo radioisotopo più stabile è lo 93Zr con una emivita di 1,53 milioni di anni. Sono noti altri diciotto radioisotopi, la maggior parte dei quali ha emivita di meno di un giorno, tranne 95Zr (64,02 giorni), 88Zr (63.4 giorni) e 89Zr (78,41 ore). Il modo di decadimento principale prima dello 92Zr è la cattura elettronica e quello principale dopo di esso è il decadimento beta.
Precauzioni
50px|facilmente infiammabile
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frasi R: R 15-17
frasi S: S 2-7/8-43
vanno manipolate con cautela.
Leggi il disclaimer
La polvere di zirconio, se non stabilizzata, è facilmente infiammabile.
Per la maggior parte delle persone è piuttosto raro imbattersi in composti dello zirconio, che comunque hanno una tossicità molto bassa: lo zirconio non ha nessun ruolo in biologia.
Collegamenti esterni
in inglese
- Los Alamos National Laboratory – Zirconium
- WebElements.com – Zirconium
- EnvironmentalChemistry.com – Zirconium
- Produttori di zirconio negli Stati Uniti:
- Smart-Elements.com – Zirconium pictures and details
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