Zircônio

O zircônio^PB ou zircónio^PE (do francês zircon, zircão) é um elemento químico de símbolo Zr de número atômico 40 (40 prótons e 40 elétrons) e de massa atómica igual a 91 u. À temperatura ambiente, o zircônio encontra-se no estado sólido. Está situado no grupo 4 (anteriormente denominado IVB) da classificação periódica dos elementos. Foi descoberto em 1789 pelo alemão Martin Heinrich Klaproth.^[1] É um metal duro, resistente a corrosão, utilizado principalmente no revestimento de reatores nucleares.

Zircônio
Ítrio ← Zircônio → Nióbio Ti     40 Zr                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Zr ↓ Hf Tabela completa • Tabela estendida
Aparência
branco grisáceo Duas barras de cristal de zircônio, de pureza 99,97%, mostrando diferentes texturas na superfície, obtidas pelo processo Van Arkel-de Boer, e um cubo de zircônio de 1 cm3 de alta pureza (99,95%) para comparação.
Informações gerais
Nome, símbolo, número	Zircônio, Zr, 40
Série química	Metal de transição
Grupo, período, bloco	4, 5, d
Densidade, dureza	6511 kg/m3, 5,0
Número CAS
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atómica	91,224 u
Raio atómico (calculado)	160 pm
Raio covalente	175±7 pm
Raio de Van der Waals	pm
Configuração electrónica	[Kr] 5s2 4d2
Elétrons (por nível de energia)	2, 8, 18, 10, 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação	4, 3, 2, 1 (óxido anfótero)
Óxido
Estrutura cristalina	hexagonal
Propriedades físicas
Estado da matéria	sólido
Ponto de fusão	2128 K
Ponto de ebulição	4682 K
Entalpia de fusão	14 kJ/mol
Entalpia de vaporização	573 kJ/mol
Temperatura crítica	K
Pressão crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Pressão de vapor	1 Pa a 2639 K
Velocidade do som	3800 m/s a 20 °C
Classe magnética
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie	K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling)	1,33
Calor específico	0,27 J/(kg·K)
Condutividade elétrica	S/m
Condutividade térmica	22,7 W/(m·K)
1.º Potencial de ionização	640,1 kJ/mol
2.º Potencial de ionização	1270 kJ/mol
3.º Potencial de ionização	2218 kJ/mol
4.º Potencial de ionização	3313 kJ/mol
5.º Potencial de ionização	7752 kJ/mol
6.º Potencial de ionização	9500 kJ/mol
7.º Potencial de ionização	kJ/mol
8.º Potencial de ionização	kJ/mol
9.º Potencial de ionização	kJ/mol
10.º Potencial de ionização	kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD MeV 88Zr sintético 83,4 d ε γ - 0,392 88Y - 89Zr sintético 78,4 h ε β+ γ - 0,902 0,909 89Y 89Y - 90Zr 51,45% estável com 50 neutrões 91Zr 11,22% estável com 51 neutrões 92Zr 17,15% estável com 52 neutrões 93Zr traços 1,53×106 a β− 0,060 93Nb 94Zr 17,38% 1,1×1017 a 2β− - 94Mo 96Zr 2,8% 2×1019 a 2β− 3,348 96Mo
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.
v d e

Características Principais

É um metal material branco acinzentado brilhante e muito resistente a corrosão. É mais leve que o aço com uma dureza similar ao cobre. Quando está finamente dividido, pode arder de forma espontânea ao entrar em contato com a atmosfera. No ar, reage antes com o nitrogênio que com o oxigénio, especialmente a altas temperaturas. É um metal resistente frente a ácidos, porém pode-se dissolver com ácido fluorídrico (HF), formando complexos com os fluoretos. Os seus estados de oxidação mais comuns são +2, +3 e +4.

Aplicações

É utilizado principalmente (em torno de 90% do consumo) como revestimento de reatores nucleares, devido a sua secção de choques de nêutrons ser muito baixa.^[2] Utiliza-se como aditivo em aços obtendo-se materiais muito resistentes. Também é empregado em ligas com o níquel na indústria química devido a sua resistência perante substâncias corrosivas. Devido à sua resistência à corrosão é usado como substituto do crómio hexavalente nas linhas de tratamento de superfície de alumínio.

O óxido de zircônio impuro emprega-se para fabricar utensílios de laboratório que suportam mudanças bruscas de temperaturas, revestimentos de fornos e como material refractário em indústria cerâmica e de vidro. É um metal bastante tolerado pelos tecidos humanos, por isso pode ser usado para a fabricação de articulações artificiais.^[3] Também é empregado em trocadores de calor, tubos de vácuo e filamentos de lâmpadas. Alguns de seus sais são empregados para a fabricação de antitranspirantes. Pode ser usado como agente incendiário para fins militares. A liga com o nióbio apresenta supercondutividade a baixas temperaturas, podendo ser empregado para construir ímanes supercondutores. Por outro lado, a liga com zinco é magnética a temperaturas abaixo de 35 K. O óxido de zircônio usa-se em joalheria^[4]; é uma gema artificial denominada zircônia cúbica que imita o diamante.^[5]

História

O zircônio (do persa “zargun”, que significa “cor dourada”) foi descoberto 1789 por Martin Klaproth a partir do zircão.^[1] Em 1824 Jöns Jacob Berzelius o isolou no estado impuro; até 1914 não foi preparado como metal puro.^[1] Em algumas escrituras bíblicas se menciona o mineral zircão, que contém zircônio, ou algumas de suas variações (jargão, jacinto, etc.). Não se sabia que o mineral continha um novo elemento até que Klaproth analisou um jargão procedente do Ceilão, no oceano Índico, denominando o novo elemento como zircônio.^[1] Berzelius o obteve impuro aquecendo uma mistura de potássio e fluoreto de potássio e zircônio, num processo de decomposição num tubo de ferro. O zircônio puro só foi obtido em 1914.^[1]

Abundância e obtenção

O zircônio não é encontrado na natureza como metal livre, porém formando numerosos minerais. A principal fonte de zircônio é proveniente do zircão (silicato de zircônio, ZrSiO₄), que se encontra em depósitos na Austrália, Brasil, Índia, Rússia e Estados Unidos. O zircão é obtido como subproduto de mineração e processado de metais pesados de titânio, a ilmenita (FeTiO₃) e o rutilio (TiO₂), e também do estanho. O zircônio e o háfnio são encontrados no zircão na proporção de 50 para 1 e é muito difícil separá-los.^[6][7] Também é encontrado em outros minerais, como na badeleyita (ZrO₂). O metal é obtido principalmente de uma cloração redutiva através do processo denominado Kroll: primeiro se prepara o cloreto para depois reduzi-lo com magnésio.^[8][2] Num processo semi-industrial pode-se realizar a eletrólise de sais fundidos, obtendo-se o zircônio em pó que pode ser utilizado, posteriormente, em pulvimetalurgia. Para a obtenção do metal com maior pureza segue-se o Processo Van Arkel-de Boer, baseado na dissociação do iodeto de zircônio, obtendo-se uma esponja de zircônio metálico denominada crystal-bar. Tanto neste caso, como no anterior, a esponja obtida é fundida para se obter o lingote. O zircônio é abundante nas estrelas do tipo S, e tem-se detectado sua presença no Sol e em meteoritos. Além disso, foram encontradas altas quantidades de óxido de zircônio em amostras lunares (em comparação com o que existe na crosta terrestre).

Isótopos

Na natureza são encontrados quatro isótopos estáveis e um radioisótopo de grande vida média (Zircônio-96). O radioisótopo que segue em estabilidade é o Zircônio-93 que tem um tempo de vida médio de 1,53 milhões de anos. Se tem caracterizado 18 radioisótopos. A maioria tem vida média de menos de um dia, exceto o Zircônio-95 (64,02 dias), Zircônio-88 (63,4 dias) e Zircônio-89 (78,41 horas). O principal modo de decaimento é a captura eletrônica antes do Zircônio-92, e os após com a desintegração beta.

Precauções

Não são muito comuns os compostos que contém zircônio, e sua toxicidade é baixa. O pó metálico pode arder em contato com o ar, podendo-se considerá-lo um agente de risco de fogo e explosão. Não se conhece nenhuma função biológica deste elemento, contudo, recentemente o zircônio tem sido utilizado para implantes definitivos de dentes, cuja coroa e outros elementos de montagem, são produzidos com adição indireta deste material.

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Referências

1. Emsley 2003, p. 507.
2. «How zirconium is made - material, manufacture, making, used, processing, components, product, industry». www.madehow.com. Consultado em 18 de julho de 2025
3. Lee DBN, Roberts M, Bluchel CG, Odell RA. (2010) Zircónio: aplicações biomédicas e nefrológicas. ASAIO J 56(6):550-556.
4. «The Application of Zirconium Compounds in Life». www.samaterials.com (em inglês). Consultado em 18 de julho de 2025
5. Krebs, Robert E. (1998). The History and Use of our Earth's Chemical Elements (A História e Utilização dos Elementos Químicos da Terra). Westport, Connecticut: Greenwood Press. pp. 98-100. ISBN 978-0-313-30123-0.
6. «Zirconium and Hafnium Statistics and Information | U.S. Geological Survey». www.usgs.gov (em inglês). Consultado em 18 de julho de 2025
7. «Chemical Twins: Zirconium and Hafnium, the Similarities and Differences». powder.samaterials.com (em inglês). Consultado em 18 de julho de 2025
8. Lide, David R., ed. (2007-2008). “Zircónio”. Manual CRC de Química e Física. Vol. 4. Nova Iorque: CRC Press. p. 42. ISBN 978-0-8493-0488-0.