|
|
|
|
|
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. |
|
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. |
|
|
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. |