Circonio

Itrio ← Zirconio → Niobio Ti     40 Zr                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Zr ↓ Hf Tabla completa • Tabla extendida
Apariencia
Blanco grisáceo
Información general
Nombre, símbolo, número	Zirconio, Zr, 40
Serie química	Metales de transición
Grupo, período, bloque	4, 5, d
Masa atómica	91,224 u
Configuración electrónica	[Kr]4d25s2
Dureza Mohs	5
Electrones por nivel	2, 8, 18, 10, 2 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio	155 pm
Electronegatividad	1,33 (Pauling)
Radio atómico (calc)	206 pm (Radio de Bohr)
Radio iónico	{{{radio_iónico}}}
Radio covalente	148 pm
Radio de van der Waals	pm
Estado(s) de oxidación	4
Óxido	Anfótero
1.ª Energía de ionización	640,1 kJ/mol
2.ª Energía de ionización	1270 kJ/mol
3.ª Energía de ionización	2218 kJ/mol
4.ª Energía de ionización	3313 kJ/mol
5.ª Energía de ionización	7752 kJ/mol
6.ª Energía de ionización	9500 kJ/mol
7.ª Energía de ionización	{{{E_ionización7}}} kJ/mol
8.ª Energía de ionización	{{{E_ionización8}}} kJ/mol
9.ª Energía de ionización	{{{E_ionización9}}} kJ/mol
10.ª Energía de ionización	{{{E_ionización10}}} kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Densidad	6511 kg/m3
Punto de fusión	2128 K
Punto de ebullición	4682 K
Punto de inflamabilidad	{{{P_inflamabilidad}}} 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
Volumen molar	m3/mol
Varios
Estructura cristalina	Hexagonal
N° CAS	7440-67-7
N° EINECS	231-176-9
Calor específico	0,27 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica	2,36·106 S/m
Conductividad térmica	22,7 W/(K·m)
Velocidad del sonido	3800 m/s a 293.15 K (20 °C)
Isótopos más estables
iso AN Periodo MD Ed PD MeV 90Zr 51,45% Estable con 50 neutrones 91Zr 11,22% Estable con 51 neutrones 92Zr 17,15% Estable con 52 neutrones 93Zr Sintético 1,53·106 años β- 0,091 93Nb 94Zr 17,38% Estable con 54 neutrones 96Zr 2,8% >3,8 × 1019 años β- 3,350 96Mo
Nota: unidades según el SI y en CNPT, salvo indicación contraria.

El circonio o zirconio^[1] es un elemento químico de número atómico 40 situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Zr.

Es un metal duro, resistente a la corrosión, similar al acero. Los minerales más importantes en los que se encuentra son el circón (ZrSiO₄) y la badeleyita (ZrO₂), aunque debido al gran parecido entre el circonio y el hafnio (no hay otros elementos que se parezcan tanto entre sí) realmente estos minerales son mezclas de los dos; los procesos geológicos no han sido capaces de separarlos. Se utiliza sobre todo en reactores nucleares (por su baja sección de captura de neutrones) y para formar parte de aleaciones con alta resistencia a la corrosión.

Características

Zirconio puro

Es un metal blanco grisáceo, brillante y muy resistente a la corrosión. Es más ligero que el acero con una dureza similar a la del cobre. Cuando está finamente dividido puede arder espontáneamente en contacto con el aire (reacciona antes con el nitrógeno que con el oxígeno), especialmente a altas temperaturas. Es un metal resistente frente a ácidos, pero se puede disolver con ácido fluorhídrico (HF), seguramente formando complejos con los fluoruros. Sus estados de oxidación más comunes son +2, +3 y +4.

Aplicaciones

• Principalmente (en torno a un 90% del consumido) se utiliza como recubrimiento en reactores nucleares, debido a que su sección de captura de neutrones es muy baja. La sección de captura del hafnio es alta, por lo que es necesario separarlos para esta aplicación (para otras, no es necesario), generalmente mediante un proceso de extracción con dos disolventes no miscibles, o bien empleando resinas de intercambio iónico.
• Se utiliza como aditivo en aceros obteniéndose materiales muy resistentes. También se emplean aleaciones con níquel en la industria química por su resistencia frente a sustancias corrosivas.
• El óxido de circonio impuro se emplea para fabricar crisoles de laboratorio (que soportan cambios bruscos de temperatura), recubrimiento de hornos y como material refractario en industrias cerámicas y de vidrio.
• El óxido de circonio estabilizado con itrio es ampliamente utilizado en odontológica para la confección de prótesis fijas, prótesis removibles y pilares de implantes. Además es utilizado para el reemplazo de articulaciones ya que es un mateiral bioinerte al igual que el titanio.
• También se emplea en intercambiadores de calor, tubos de vacío y filamentos de bombil se emplean para la fabricación de antitranspirantes.
• Con fines militares se emplea como agente incendiario.
• Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas, por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores. Por otra parte, la aleación con zinc es magnética por debajo de los 35 K.
• El óxido de circonio se usa en joyería; es una gema artificial denominada circonita que imita al diamante.

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• Podemos agregar una industria en sus comienzos: la fabricación de hojas de corte, que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas, superando a las mejores aleaciones de acero. Hoy podemos encontrar cuchillos y otros accesorios de cocina de tipo comercial y profesional.

Historia

El zirconio (del árabe “zargun”, que significa “color dorado”) fue descubierto en 1789 por Martin Klaproth a partir del circón. En 1824 Jons Jakov Berzelius lo aisló en estado impuro; hasta 1914 no se preparó el metal puro.

En algunas escrituras bíblicas se menciona el mineral circón, que contiene circonio, o alguna de sus variaciones (jargón, jacinto, etc.) No se sabía que el mineral contenía un nuevo elemento hasta que Klaproth analizó un jargón procedente de Ceilán, en el océano Índico, denominando al nuevo elemento como circonia. Berzelius lo aisló impuro calentando una mezcla de potasio y fluoruro de potasio y circonio en un proceso de descomposición en un tubo de hierro. El circonio puro no se preparó hasta 1914.

Abundancia y obtención

El circonio no se encuentra en la naturaleza como metal libre, pero sí formando parte de numerosos minerales. La principal fuente de circonio se obtiene del mineral circón (silicato de circonio, ZrSiO₄), que se encuentra en depósitos en Australia, Brasil, India, Rusia y Estados Unidos. El circón se obtiene como subproducto de la minería y procesado de minerales de metales pesados de titanio, la ilmenita (FeTiO₃) y el rutilo (TiO₂), y también de estaño. El circonio y el hafnio se encuentran en el circón en una relación de 50 a 1 y es muy difícil separarlos. También se encuentra en otros minerales, como la badeleyita (ZrO₂).

El metal se obtiene principalmente mediante una cloración reductiva a través del denominado proceso de Kroll: primero se prepara el cloruro, para después reducirlo con magnesio. En procesos semi-industriales se puede realizar la electrólisis de sales fundidas, obteniéndose el circonio en polvo que puede utilizarse posteriormente en pulvimetalurgia.

Para la obtención del metal con mayor pureza se sigue el proceso Van Arkel basado en la disociación del yoduro de circonio, obteniéndose una esponja de circonio metal denominada crystal-bar. Tanto en este caso, como en el anterior, la esponja obtenida se funde para obtener el lingote.

También es abundante en las estrellas de tipo S y se ha detectado en el Sol y en meteoritos. Además, se ha encontrado una alta cantidad en óxido de circonio (en comparación con la presente en la corteza terrestre) en muestras lunares.

Isótopos

En la naturaleza se encuentran cuatro isótopos estables y un radioisótopo de muy larga vida (Zr-96). El radioisótopo que le sigue en estabilidad es el Zr-93 que tiene un periodo de semidesintegración de 1,53 millones de años. Se han caracterizado otros dieciocho radioisótopos. La mayoría tienen periodos de semidesintegración de menos de un día, excepto el Zr-95 (64,02 días), Zr-88 (63,4 días) y Zr-89 (78,41 horas). El principal modo de desintegración es la captura electrónica antes del Zr-92, mientras que después es la desintegración beta.

Precauciones

No son muy comunes los compuestos que contengan circonio, y su toxicidad inherente es baja. El polvo metálico puede arder en contacto con el aire, por lo que hay que considerarlo como un agente de riesgo de fuego o explosión. No se conoce ningún papel biológico de este elemento.

Referencias

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre CirconioCommons.
• WebElements.com - Zirconium
• EnvironmentalChemistry.com - Zirconium