Circonio

O circonio^[2][3] é un elemento químico de número atómico 40 e símbolo Zr. Pertence ó grupo dos metais de transición.

Circonio
Ti     40 Zr                                                                                                                                                                                                                                           Zr Hf Itrio ← Circonio → Niobio Táboa periódica dos elementos
[[Ficheiro:{{{espectro}}}|300px|center]]
Liñas espectrais do Circonio
Información xeral
Nome, símbolo, número	Circonio, Zr, 40
Serie química	Metais de transición
Grupo, período, bloque	4, 5, d
Densidade	6511 kg/m3
Dureza	5
Aparencia	Branco cinsento
N° CAS	7440-67-7
N° EINECS	231-176-9
Propiedades atómicas
Masa atómica	91,224(2)[1] u
Raio medio	155 pm
Raio atómico (calc)	206 pm
Raio covalente	148 pm
Raio de van der Waals	pm
Configuración electrónica	[Kr]4d25s2
Electróns por nivel de enerxía	2, 8, 18, 10, 2 (imaxe)
Estado(s) de oxidación	4
Óxido	Anfótero
Estrutura cristalina	hexagonal
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Punto de fusión	2128 K
Punto de ebulición	4682 K
Punto de inflamabilidade	{{{P_inflamabilidade}}} K
Entalpía de vaporización	58,2 kJ/mol
Entalpía de fusión	16,9 kJ/mol
Presión de vapor	0,00168 Pa a 2125 K
Temperatura crítica	K
Presión crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Velocidade do son	3800 m/s a 293.15 K (20 °C)
Varios
Electronegatividade (Pauling)	1,33
Calor específica	0,27 J/(K·kg)
Condutividade eléctrica	2,36·106 S/m
Condutividade térmica	22,7 W/(K·m)
1.ª Enerxía de ionización	640,1 kJ/mol
2.ª Enerxía de ionización	1270 kJ/mol
3.ª Enerxía de ionización	2218 kJ/mol
4.ª Enerxía de ionización	3313 kJ/mol
5.ª Enerxía de ionización	7752 kJ/mol
6.ª Enerxía de ionización	9500 kJ/mol
7.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización7}}} kJ/mol
8.ª enerxía de ionización	{{{E_ionización8}}} kJ/mol
9.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización9}}} kJ/mol
10.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización10}}} kJ/mol
Isótopos máis estables
iso AN Período MD Ed PD MeV 90Zr 51,45% estable con 50 neutróns 91Zr 11,22% estable con 51 neutróns 92Zr 17,15% estable con 52 neutróns 93Zr Sintético 1,53·106 anos β- 0,091 93Nb 94Zr 17,38% estable con 54 neutróns 96Zr 2,8% >3,8 × 1019 anos β- 3,350 96Mo
Unidades segundo o SI e en condicións normais de presión e temperatura, salvo indicación contraria.

É un metal duro e resistente á corrosión. Os minerais máis importantes nos que se pode atopar son o circón (ZrSiO₄) e a baddeleyita ou circonia (ZrO₂), aínda que debido ao gran parecido entre o circonio e o hafnio (non hai outros elementos que se parezan tanto entre si) realmente estes minerais son mesturas dos dous, dado que os procesos xeolóxicos da súa formación no foron capaces de separalos. Utilízase sobre todo en reactores nucleares (pola súa baixa sección de captura de neutróns) e para formar parte de aliaxes con alta resistencia á corrosión.

Características

Circonio puro

É un metal branco cinsento, brillante e moi resistente á corrosión. É máis lixeiro que o aceiro, cunha dureza similar á da do cobre. Cando está finamente moído pode arder espontaneamente en contacto co aire (reacciona antes co nitróxeno que co osíxeno), especialmente a altas temperaturas. É un metal resistente fronte a ácidos, aínda que se pode disolver con ácido fluorhídrico (HF), formando complexos cos fluoruros. Os seus estados de oxidación máis comúns son +2, +3 e +4.

Aplicacións

• Principalmente, arredor do 90% do seu uso é como recubrimento de reactores nucleares, debido a que a súa sección de captura de neutróns é moi baixa. A sección de captura do hafnio é alta, polo que é necesario separalos para esta aplicación, xeralmente mediante un proceso de extracción con dous disolventes non miscibles, ou ben empregando resinas de intercambio iónico.
• Emprégase como aditivo en aceiros obténdose materiais moi resistentes. Tamén se empregan aliaxes con níquel na industria química pola súa resistencia fronte a substancias corrosivas.
• O óxido de circonio impuro emprégase para fabricar crisois de laboratorio (que soportan cambios bruscos de temperatura), recubrimentos de fornos e como material refractario en industrias cerámicas e do vidro.
• O óxido de circonio estabilizado con itrio é amplamente empregado en odontoloxía para a confección de próteses fixas, próteses removibles e piares de implantes. Tamén é utilizado para a substitución de articulacións, xa que é un material bio-inerte, ao igual que o titanio.
• Tamén se emprega en intercambiadores de calor, tubos de baleiro, filamentos de bombilla ou a fabricación de antitranspirantes.
• Con fins militares úsase como axente incendiario.
• Aliado con niobio presenta supercondutividade a baixas temperaturas, polo que se pode empregar para facer imáns supercondutores. Por outra parte, a aliaxe con zinc é magnética por debaixo dos 35 K.
• O óxido de circonio úsase tamén na xoiería; é unha xema artificial denominada circonita que imita ao diamante.
• Emprégase tamén na fabricación de follas de corte, que poden ser extremadamente resistentes e duradeiras, superando a aliaxes de aceiro.

Historia

Zirconio (do árabe “zargun”, que significa “cor dourada”) foi descuberto en 1789 por Martin Klaproth a partir do circón. En 1824, Jons Jakov Berzelius illouno en estado impuro; e até 1914 non se preparou o metal puro.

Nalgunhas escrituras bíblicas menciónase o mineral circón, que contén circonio, ou algunha das súas variedades (xergón, xacinto etc.) Non se sabía que o mineral contivera un novo elemento, até que Klaproth analizou un xergón procedente de Ceilán, no océano Índico, denominando o novo elemento como circonia.

Abundancia e obtención

O circonio non se encontra na natureza como metal libre, pero si formando parte de numerosos minerais. A principal fonte de circonio obtense do mineral circón (silicato de circonio, ZrSiO₄), que se atopa en depósitos en Australia, o Brasil, a India, Rusia e os Estados Unidos. O circón obtense como subproduto da minería e procesado de minerais de metais pesados de titanio, a ilmenita (FeTiO₃) e o rútilo (TiO₂), como tamén de estaño. O circonio e o hafnio están no circón nunha relación de 50 a 1 e é moi difícil separalos. Tamén se encontra noutros minerais, como a baddeleyita (ZrO₂).

O metal obtense principalmente mediante unha cloración redutiva a través do denominado proceso de Kroll: primeiro sepárase o cloruro, para despois reducilo con magnesio. En procesos semi-industriais pódese realizar a electrólise de sales fundidas, obténdose o circonio en po que pode utilizarse posteriormente en pulvimetalurxia.

Para a obtención do metal con maior pureza séguese o proceso Van Arkel, baseado na disociación do ioduro de circonio, obténdose unha esponxa de circonio metal denominada crystal-bar. Tanto neste caso, como no anterior, a esponxa obtida fúndese para obter un lingote.

Tamén é abundante nas estrelas de tipo S e detectouse no Sol e en meteoritos. Ademais, encontrouse unha alta cantidade en óxido de circonio (en comparación coa presente na codia terrestre) en mostras lunares.

Isótopos

Na natureza existen catro isótopos estables e un radioisótopo de moi longa vida (Zr-96). O radioisótopo que o segue en estabilidade é o Zr-93, que ten un período de semidesintegración de 1,53 millóns de anos. Tamén se describiron outros dezaoito radioisótopos. A maioría teñen períodos de semidesintegración de menos dun día, excepto o Zr-95 (64,02 días), o Zr-88 (63,4 días) e o Zr-89 (78,41 horas). O principal modo de desintegración é a captura electrónica antes do Zr-92, mentres que despois deste é a desintegración beta.