Informazioni sugli elementi di zirconio
L’elemento chimico zirconio è classificato come metallo di transizione. Fu scoperto nel 1789 da Martin Heinrich Klaproth.
Zona dati
| Classificazione: | Lo zirconio è un metallo di transizione |
| Colore: | bianco-grigiastro |
| Peso atomico: | 91.22 |
| Stato: | solido |
| Punto di fusione: | 1850 oC, 2123 K |
| Punto di ebollizione: | 4400 oC, 4673 K |
| Elettroni: | 40 |
| Protoni: | 40 |
| Neutroni nell’isotopo più abbondante: | 50 |
| Gusci elettronici: | 2,8,18,10,2 |
| Configurazione elettronica: | 4d2 5s2 |
| Densità a 20oC: | 6,52 g / cm3 |
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| Volume atomico: | 14,0 cm3 / mol |
| Struttura: | hcp: esagonale chiuso |
| Durezza: | 5,0 mohs |
| Capacità termica specifica | 0,27 J g-1 K-1 |
| Calore di fusione | 16,90 kJ mol-1 |
| Calore di atomizzazione | 609 kJ mol-1 |
| Calore di vaporizzazione | 590,5 kJ mol-1 |
| 1a energia di ionizzazione | 640,1 kJ mol-1 |
| 2a energia di ionizzazione | 1266,8 kJ mol-1 |
| 3a energia di ionizzazione | 2218,2 kJ mol-1 |
| Affinità elettronica | 41,1 kJ mol-1 |
| Numero minimo di ossidazione | 0 |
| Min. numero di ossidazione comune | 0 |
| Numero di ossidazione massimo | 4 |
| Max. ossidazione comune n. | 4 |
| Elettronegatività (scala Pauling) | 1,33 |
| Polarizzabilità volume | 17,9 Å3 |
| Reazione con l’aria | lieve, w / ht ⇒ ZrO2 |
| Reazione con 15 M HNO3 | passivato |
| Reazione con 6 M HCl | nessuno |
| Reazione con NaOH 6 M | nessuno |
| Ossido / i | ZrO2 (zirconia ) |
| Idruro / i | ZrH2 |
| Cloruro / i | ZrCl3, ZrCl4 |
| Raggio atomico | 160 pm |
| Raggio ionico (1+ ioni ) | – |
| Raggio ionico (2+ ioni) | – |
| Raggio ionico (3+ ioni) | 88,5 pm |
| Raggio ionico (1 ione) | – |
| Raggio ionico (2 ioni) | – |
| Raggio ionico (3 ioni) | – |
| Thermal co nduttività | 22,7 W m-1 K-1 |
| Conduttività elettrica | 2,3 x 106 S m-1 |
| Punto di congelamento / fusione: | 1850 oC, 2123 K |
Scoperta dello zirconio
Le pietre preziose contenenti zirconio, come il giacinto e lo zircone, sono state utilizzate come decorazioni sin dai tempi antichi.
Lo zirconio fu riconosciuto per la prima volta come elemento da Martin Heinrich Klaproth nel 1789, a Berlino, in un campione di zircone (silicato di zirconio) proveniente dallo Sri Lanka. La sua analisi della composizione del minerale ha mostrato: 25% di silice; 0,5% di ossido di ferro; 70% di nuovo ossido. Chiamò il nuovo ossido “Zirconerde”. (2)
Nel 1808, a Londra, Sir Humphry Davy cercò di ottenere il metallo puro dal suo ossido mediante elettrolisi, un metodo che aveva usato con successo per isolare sia il sodio e potassio un anno prima. Sfortunatamente non ebbe successo nei suoi sforzi.
Il successo arrivò a Jacob Berzelius, che per primo isolò il metallo nel 1824, a Stoccolma, in Svezia. Berzelius ha riscaldato un tubo di ferro contenente una miscela di potassio e fluoruro di zirconio di potassio (K2ZrF6). Ha prodotto lo zirconio come una polvere nera amorfa che era un cattivo conduttore di elettricità. (3)
Gli scienziati olandesi Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer hanno scoperto un metodo per produrre zirconio di elevata purezza nel 1925. Il tetraioduro di zirconio (ZrI4) viene decomposto su un filamento di tungsteno bianco caldo creando una barra di zirconio puro. Questo è noto come processo della barra di cristallo.
Il nome dell’elemento deriva dalla parola persiana “zargon” che significa simile all’oro.
Asta di zirconio.Immagine rif. (1)
La zirconia cubica (mostrata sopra) ha la stessa struttura cristallina di diamante, e ha una brillantezza simile. Immagine di Michelle Jo.
NASA: una palla levitata elettromagneticamente di titanio fuso- lega di zirconio-nichel. Quando la sfera di liquido galleggiante si raffredda e si solidifica, rivela informazioni sul motivo per cui i liquidi resistono alla trasformazione in solidi.
Aspetto e caratteristiche
Effetti nocivi:
Lo zirconio è considerato non tossico.
Caratteristiche:
Lo zirconio è un forte, malleabile, duttile, brillante, grigiastro -metallo bianco.
Quando presente nei composti, lo zirconio esiste principalmente nello stato di ossidazione IV.
Il suo ossido (ZrO2) è bianco, come molti dei suoi composti.
Lo zirconio è generalmente eccezionalmente resistente alla corrosione. Tuttavia viene rapidamente attaccato dall’acido fluoridrico, anche a basse concentrazioni.
In un’atmosfera di ossigeno, lo zirconio finemente suddiviso brucia con la temperatura più alta nota per una fiamma di metallo: 4460 oC. (4) Lo zirconio in polvere può spontaneamente infiammarsi all’aria.
Le superfici esposte di zirconio formano uno strato protettivo di ossido.
Il tungstato di zirconio (ZrW2O8) è una sostanza insolita: si restringe se riscaldato da quasi zero assoluto a 780 oC ( 5).
Usi dello zirconio
Lo zirconio è molto povero nell’assorbire i neutroni. È quindi utile nelle applicazioni di energia nucleare come nel rivestimento (strato esterno) di barre di combustibile attraverso le quali è importante che i neutroni possano viaggiare facilmente.
Lo zirconio viene utilizzato per realizzare strumenti chirurgici e viene utilizzato in leghe di acciaio come agente indurente.
Come risultato della sua eccezionale resistenza alla corrosione, lo zirconio è ampiamente utilizzato nell’industria chimica in ambienti corrosivi dove le leghe di zirconio possono essere trovate in tubi, raccordi e scambiatori di calore.
Lo zirconio è anche usato per creare magneti superconduttori.
Lo zircone (silicato di zirconio, ZrSiO4) è una pietra preziosa naturale e la zirconia cubica sintetica (biossido di zirconio, ZrO2) è prodotta come sostituto a basso costo per il diamante.
I catalizzatori a base di zirconio sono utilizzati nelle reazioni di amminazione, idrogenazione, isomerizzazione e ossidazione.
Il litio zirconato può essere utilizzato per assorbire l’anidride carbonica. La reazione è reversibile, quindi l’anidride carbonica può essere rilasciata in un luogo a scelta e il litio zirconato può essere riutilizzato. Questa applicazione può essere utile per affrontare i problemi ambientali relativi al rilascio di anidride carbonica nell’atmosfera.
Abbondanza e isotopi
Abbondanza crosta terrestre: 165 parti per milione in peso, 38 parti per milioni per moli
Abbondanza del sistema solare: 40 parti per miliardo in peso, 0,5 parti per miliardo in moli
Costo, puro: $ 157 per 100 g
Costo, sfuso: $ 16 per 100 g
Fonte: il suo minerale principale è lo zircone (silicato di zirconio, ZrSiO4). Viene prodotto commercialmente mediante riduzione del cloruro con magnesio nel processo Kroll.
- Foto di Dschwen.
- Mary Elvira Weeks, The Discovery of the Elements XI., Journal of Chemical Education., luglio 1932, p1231 / 2.
- Edward Turner, Franklin Bache, Elements of Chemistry: Including the Recent Discoveries and Doctrines of the Science, 1830, John Grigg, p304 / 5.
- Mary Eagleson, Concise Encyclopedia Chemistry, 1994, Walter de Gruyter, pagina 1199.
- Allegheny Technologies Incorporated. Tungstato di zirconio. (documento pdf).
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"Zirconium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 18 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/zirconium.html>.