Zirconio

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Lo zirconio è l'elemento chimico di numero atomico 40. Il suo simbolo è Zr. È un metallo di transizione bianco-grigio, duro, il cui aspetto ricorda quello del titanio. Viene ottenuto principalmente dallo zircone ed è molto resistente alla corrosione. Lo zirconio è principalmente impiegato nella realizzazione di impianti nucleari come assorbitore di neutroni e per produrre leghe metalliche resistenti alla corrosione.

[modifica] Caratteristiche

È un metallo bianco-grigiastro, lucente ed eccezionalmente resistente alla corrosione. Lo zirconio è più leggero dell'acciaio ed ha una durezza comparabile a quella del rame. Può infiammarsi spontaneamente se, in forma di polvere o esposto ad alte temperature. Conduce bene calore ed elettricità, ha un elevata temperatura di fusione circa 1800 °C, le proprietà dipendono molto dalle impurezze che lo possono rendere fragile e difficile da lavorare.

A temperature inferiori a 35 K la lega di zinco e zirconio diventa magnetica.

Nei suoi composti, lo zirconio ha solitamente numero di ossidazione +2, +3 o +4.

[modifica] Applicazioni

L'uso principale dello zirconio è sotto forma di zircone (ZrSi O₄), per materiali refrattari, sabbie da fonderia e opacizzazione della ceramica. Lo zircone è anche commerciato come pietra preziosa, usata in gioielleria. L'ossido di zirconio può venire trattato per produrre un facsimile dei diamanti, lo zircone cubico. Altri usi:

Lo zirconio ha una bassa sezione di assorbimento per i neutroni, cosa che lo rende perfetto per l'impiego in materiali destinati a impianti di produzione di energia nucleare, come il collegamento di elementi di combustibile. Più del 90% di tutto lo zirconio metallico prodotto viene usato dalle centrali nucleari sparse per il mondo. I moderni reattori nucleari commerciali possono usare fino a 150 kilometri di tubazioni in lega di zirconio.
Estesamente usato in chimica industriale per tubazioni in ambienti corrosivi.
Lo zirconio è piroforico (infiammabile) ed è stato usato in ordigni incendiari militari.
Il carbonato di zirconio si usa nelle lozioni contro l'edera.
L'ossido impuro di zirconio, lo zircone, è usato per fabbricare crogiuoli da laboratorio in grado di sopportare forti shock termici, per il rivestimento di fornaci in metallurgia e dall'industria del vetro e della ceramica come materiale refrattario.
I tessuti umani tollerano facilmente questo metallo, che quindi è adatto per giunti e protesi artificiali impiantabili, nonche nella realizzazione di strutture per protesi dentarie.
Viene usato anche per produrre scambiatori di calore, leghe speciali e - come getter, ovvero come agente degasatore - nelle valvole termoioniche e nelle lampadine a incandescenza.

Quando è in lega con il niobio, lo zirconio è superconduttore a basse temperature e si usa per costruire magneti superconduttori; è anche possibile che cavi di tale materiale vengano usati su larga scala nella produzione e nella distribuzione dell'energia elettrica.

[modifica] Storia

Lo zirconio (dall'Arabo zarkûn, a sua volta derivato dal Persiano zargûn, "simile all'oro") fu scoperto nel 1789 da Martin Heinrich Klaproth e isolato nel 1824 da Jons Jakob Berzelius.

I minerali dello zirconio - ovvero lo zircone, la zirconite e lo zaffiro - erano noti nell'antichità e sono menzionati nelle scritture bibliche. Fu però l'analisi di Klaproth di uno zaffiro proveniente da Sri Lanka (allora Ceylon) a rivelare che questo minerale conteneva un elemento ancora sconosciuto, che egli battezzò Zirkonertz

Il metallo fu isolato in forma impura da Berzelius, che lo preparò scaldando una miscela di potassio e di fluoruro di zirconio e potassio in un tubo di ferro, provocandone la decomposizione. Lo zirconio puro fu ottenuto per la prima volta nel 1914.

[modifica] Disponibilità

Lo zirconio non si trova mai in natura come metallo puro: la principale fonte commerciale di zirconio è il minerale di silicato di zirconio, lo zircone (ZrSiO₄), che si trova in depositi situati in Australia, Brasile, India, Russia e negli Stati Uniti (è estratto come una polvere scura e fuligginosa, o come una sostanza cristallina, di un grigio metallico). Lo zirconio e l'afnio sono contenuti nello zircone in rapporto di 50 a 1 e sono molto difficili da separare. Lo zircono è anche un sottoprodotto dello sfuttamento minerario e della lavorazione di sabbie minerali come la menaccanite, la ilmenite e il rutilo, o minerali di stagno. Lo zirconio è pure contenuto in altre 30 specie minerali note, compresa la baddeleyite. Il metallo si ottiene commercialmente per riduzione del cloruro con magnesio nel Processo Kroll o per decomposizione termica su un filamento di wolframio scaldato a circa 1300°C del tretra ioduro di Zr e attraverso altri metodi. Lo zirconio di qualità commerciale contiene ancora dall'1% al 3% di afnio.

Questo elemento è anche abbondante nelle stelle di tipo S, ed è stato rilevato nel sole e nei meteoriti. I campioni di rocce lunari portati sulla terra dalle missioni apollo hanno un contenuto di ossido di zirconio molto più alto rispetto a quelle terrestri.

[modifica] Isotopi

Lo zirconio in natura è composto di quattro isotopi stabili e di uno debolmente radioattivo, a vita estremamente lunga (lo ⁹⁶Zr). Il secondo radioisotopo più stabile è lo ⁹³Zr con una emivita di 1,53 milioni di anni. Sono noti altri diciotto radioisotopi, la maggior parte dei quali ha emivita di meno di un giorno, tranne ⁹⁵Zr (64,02 giorni), ⁸⁸Zr (63.4 giorni) e ⁸⁹Zr (78,41 ore). Il modo di decadimento principale prima dello ⁹²Zr è la cattura elettronica e quello principale dopo di esso è il decadimento beta.

[modifica] Precauzioni

frasi R: R 15-17
frasi S: S 2-7/8-43

Le sostanze chimiche
vanno manipolate con cautela.
Leggi il disclaimer

La polvere di zirconio, se non stabilizzata, è facilmente infiammabile.

Per la maggior parte delle persone è piuttosto raro imbattersi in composti dello zirconio, che comunque hanno una tossicità molto bassa: lo zirconio non ha nessun ruolo in biologia.