Taula

Generalitats

Propietats

Isòtops

Reactivitat

Obtenció, Usos i Toxicitat

 

Català

Español

English

Français

Símbol:

Zr

Nombre atòmic: 40

Zirconi

Circonio

Zirconium

Zirconium

Grup: 4

Període: 5

Família: Elements de transició

Configuració electrònica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2

 

 

 

 

Generalitats

Descobridor/s: Martin Heinrich Klaproth

Nacionalitat: Alemanya

Any: 1789

Origen del nom: del àrab “zargun” que descriu el  color daurat de la pedra preciosa, ara coneguda com a zircó (ZrSiO4).

Una mica d’història: Fou descobert en 1789 pel químic alemany Martin Heinrich Klaproth i aïllat  de forma impura en 1824 pel químic suec Jöns Jacob Berzelius escalfant una barreja de potassi i fluorur de zirconi i potassi en un tub de ferro.

En 1925 A.E.van Arkel i J.H. de Boer el van preparar en estat pur.

Estat natural: No es troba lliure a la naturalesa sinó en minerals com la “badeleyita” (ZrO2 ), l’”elpidita”, l’”eudialita” i el “zircó” (ZrSiO4) , que també  conté hafni, del qual és difícil separar-lo.

Austràlia amb un 70% de la producció mundial, l’antiga URSS, Brasil, Índia, Malàisia i Estats Units en són els principals productors.

El zirconi s’ha trobat en els espectres d’estrelles de tipus S i s’ha identificat al Sol i en meteorits. Les mostres de roca lunars mostren un contingut d’òxid de zirconi sorprenentment alt en comparació amb roques de la Terra.

Estructura cristal·lina:

 

      Hexagonal

Abundància a l’ésser humà: 50 ppb (parts per bilió) en pes

 

Abundància a la Terra: ocupa el lloc 18è en la classificació dels elements més abundants en l’escorça terrestre.

Abundància al Sistema Solar: 50 ppb (parts per bilió) en pes

 

 

 

 

 

 

 

Propietats

Físiques

Massa atòmica (u)

Densitat (kg/m3)

Duresa (escala de Mohs)

Volum atòmic (cm3/mol)

91,224

6509

5

14,1

Tèrmiques

Estat d’agregació

a 298 K

Punt de fusió (K)

Punt d’ebullició (K)

 

sòlid

2125

4650

 

Radis

Radi atòmic (Å)

Radi iònic (Å)

Radi covalent (Å)

 

1,6

0,8 (Zr4+)

1,45

 

Ionització

Afinitat electrònica (KJ/mol)

1a energia ionització (KJ/mol)

2a energia ionització (KJ/mol)

3a energia ionització (KJ/mol)

Estats d’oxidació

41,1

660

1266,8

2218,2

  +1, +2, +3, +4

Elèctriques

Conductivitat elèctrica (mOhm.cm)-1

Electròniques

Electronegativitat (Pauling)

Polaritzabilitat (Å3)

 

25

1,33

17,9

 

Termodinàmiques

Calor d’atomització (KJ/mol d’àtoms)

Calor de fusió (KJ/mol)

Calor de vaporització (KJ/mol)

Calor específica

(J/kg K)

Conductivitat tèrmica (J/m s ºC)

609,0

23,0

582,0

275,88

22,70

Altres

Potencial normal de reducció (v)

Caràcter metàl·lic

Precaucions: Hi ha poques dades toxicològiques però sembla que la majoria dels composts no siguin inherentment tòxics.

Generalment no produeix conseqüències el contacte amb els seus compostos, encara que algunes persones són al·lèrgiques a ells; al·lèrgia que es manifesta amb l’aparició de grànuls no malignes.

La inhalació de certs compostos i pols metàl·liques de zirconi, té efecte inflamatori.  

La pols de metall s'hauria de tractar com a perill de foc i explosió.

El metall, finament dividit, pot encendre’s espontàniament en l’aire, especialment a elevades temperatures.

-1,55 Zr4+/Zr

 metall

Característiques:

 

En estat pur el zirconi existeix en dos formes, una cristal·lina, tova, de color blanc metàl·lic, dúctil i d’una altra amorfa que té l’aspecte d’una pols blava fosca. Ambdues formes són insolubles en aigua, lleugerament soluble en alcohol i completament soluble en àcid fluorhídric.

Algunes formes de zircó (ZrSiO4) tenen excel·lents qualitats com a pedres precioses.

 

 

 

 

 

 

 

Isòtops

Isòtop

Protons

Neutrons

Símbol

Vida mitjana

Abundància(%)

Altres

Zirconi-86

40

46

86Zr

16,5 hores

0,00

Radioactiu

Zirconi-87

40

47

87Zr

1,73 hores

0,00

Radioactiu

Zirconi-88

40

48

88Zr

83,4 dies

0,00

Radioactiu

Zirconi-89

40

49

89Zr

3,27 dies

0,00

Radioactiu

Zirconi-90

40

50

90Zr

Estable

51,45

 

Zirconi-91

40

51

91Zr

Estable

11,22

 

Zirconi-92

40

52

92Zr

Estable

17,15

 

Zirconi-93

40

53

93Zr

1,53 milions d’anys

0,00

Radioactiu

Zirconi-94

40

54

94Zr

Estable

17,38

 

Zirconi-95

40

55

95Zr

64,02 dies

0,00

Radioactiu

Zirconi-96

40

56

96Zr

Estable

2,8

 

Zirconi-97

40

57

97Zr

16,8 hores

0,00

Radioactiu

 

 

 

 

 

 

 

Reactivitat

Descripció

Químicament és molt similar al hafni.

És bastant resistent a l'acció  dels àcids i de les bases, no obstant es dissolt en àcid fluorhídric, segurament per a formar complexes fluorats.

En l’aire es cobreix amb una capa d’òxid que normalment el deix inactiu, però a 500ºC, crema amb una llum molt brillant i forma el diòxid de zirconi (IV): Zr (s) + O2 (g) à ZrO2 (s)

El zirconi metàl·lic en calent forma hidrurs amb l'hidrogen i es combina directament amb els halògens en calent per a formar halurs,:

   Zr (s) + 2 F2 (g) à ZrF4 (s) blanc                     Zr (s) + 2 Cl2 (g) à ZrCl4 (l) blanc

   Zr (s) + 2 Br2 (g) à ZrBr4 (s) blanc                  Zr (s) + 2 I2 (g) à ZrI4 (s) blanc

 Es combina també amb el sofre, el nitrogen, el carboni i el bor.

Amb aire

Suau; amb calor à ZrO2              Zr (s) + O2 (g) à ZrO2 (s)

Amb H2O

No reacciona  

Amb HCL  6M

No reacciona

Amb HNO3 15M

Es torna passiu

Amb NaOH 6M

No reacciona

 

 

 

 

 

 

 

Obtenció

Es prepara escalfant  F6ZrK2 amb alumini, sodi o potassi.

També s’obté fonent el zircó, prèviament enriquit, amb carbó a 1200ºC per obtenir un carbur que és sotmès a cloració en la que es forma una barreja de clorurs de zirconi, hafni i silici:

ZrO2 + Cl2 + 2C (900ºC) à ZrCl4 + 2 CO. Una vegada separat el ZrCl4 per destil·lació fraccionada es redueix amb magnesi, obtenint-se el metall:  ZrCl4 + 2 Mg (1100ºC) à 2 MgCl2 + Zr

La preparació comercial de lingots exigeix la purificació del zirconi obtingut mitjançant tècniques de refonament en un forn elèctric i en absència d’aire. 

Usos

S’usa en la fabricació d’acer, porcellana i en certs alitges no ferrosos i refractaris. Aliatges de zirconi/niobi s’utilitzen per imants de superconductors. Aliatges amb zinc esdevenen magnètics a temperature per sota 35K.

S’utilitza també en tubs de buit per eliminar rastres de gasos perquè combina fàcilment amb l’oxigen, l’hidrogen i el nitrogen a temperatures altes.

S’utilitza en els canviadors de calor, vàlvules, en la fabricació de filaments de flashos i làmpades i d’instrumental quirúrgic i també en equips subjectes a la corrosió per àcids.

Aliatges especials del metall que contenen 1,5% d’estany s’utilitzen en reactors nuclears com a revestiment dels combustibles i com a material estructural.

Toxicitat

Desconeguda

Hi ha poques dades toxicològiques però sembla que la majoria dels composts no siguin inherentment tòxics.

Generalment no produeix conseqüències el contacte amb els seus compostos, encara que algunes persones són al·lèrgiques a ells; al·lèrgia que es manifesta amb l’aparició de grànuls no malignes.

La inhalació de certs compostos i pols metàl·liques de zirconi, té efecte inflamatori.