Ye unmetal de transición brillosa, de color blancu buxu, duru, resistente al escomiu, d'apariencia similar alaceru. Los minerales más importantes nos que s'atopa son elcircón (ZrSiO4) y labadeleyita (ZrO2), anque debíu al gran paecíu ente'l circoniu y elhafniu (nun hai otros elementos que se paezan tantu ente sigo) realmente estos minerales son amiestos de los dos; los procesos xeolóxicos nun fueron capaces de dixebralos. Utilízase sobremanera enreactores nucleares (pola so baxa seición de captura de neutrones). Tamién s'emplega comorefractariu yopacificador, y en pequeñes cantidaes como axente d'aleación pol so fuerte resistencia al escomiu.
El circoniu (delpersazargun, que significa «color doráu») afayóse en 1789 porMartin Heinrich Klaproth a partir del circón (Zr [SiO4]) piedra preciosa conocida dende l'antigüedá. En 1824Jons Jakov Berzelius aisllar n'estáu impuru; hasta 1914 nun se preparar el metal puro.
En delles escritures bíbliques méntase'l mineral circón, que contién circoniu, o dalguna de les variaciones de dichu mineral (jargón, xacintu, etc.) Nun se conocía que'l mineral contenía un nuevu elementu hasta que Klaproth analizó unjargón procedente deCeilán, nel océanu Índicu, denominando al nuevu elementu como circonia. Berzelius aisllar impuru polaamenorgamientu de fluoruru de potasiu y circoniu, K2ZrF6 con potasiu, pa lo que caleció un amiestu de fluoruru de potasiu y circoniu y potasiu nun tubu de fierro. Dempués tratáu con agua, ensugáu y calentamientu enllargáu n'ácidu clorhídricu esleíu llogró un polvu asemeyao a negru de carbón.[2]
Sicasí, hasta 1924 nun se va determinar, la correutamasa atómico, yá que se desconocía que'l circoniu natural siempres contién pequeñes cantidaes de hafniu. Ensin esta información, les midíes de la masa atómico siempres fueron un daqué elevaes.[3]
La primer aplicación práutica de circoniu utilízase comoflax en fotografía.
Ye unmetal sólidu a temperatura ambiente, blancu abuxao,polencu. Ye un metal pesao (densidá 6,501 g/ cm³ a 25 °C[4]), pero más llixero que l'aceru, con una durez similar a la delcobre.
El puntu de fusión de circoniu ye 1855 °C (3371 °F), y el so puntu de ebullición ye de 4371 °C (7900 °F).[5] circoniu tien una electronegatividá de 1.33 na escala de Pauling. De loselementos del bloque d, el circoniu tien la cuarta más baxa electronegatividá dempués d'itriu,luteciu yhafniu.[6]
A temperatura ambiente'l circoniu presenta una estructura cristalinahexagonal compacta, α-Zr, del mesmu tipu que'lmagnesiu. A 863 °C camuda a una estructura cristalinacúbica centrada, β-Zr, similar a la delwolframiu. El circoniu caltién la fase-β hasta'l puntu de fusión.[7]
Les aleaciones concinc vuélvense magnétiques per debaxo de 35 K.[5] ZrZn2 ye una de los dos sustancies que presentensuperconductividá yferromagnetismu simultáneamente, la otra ye UGe2.[8] Per debaxo de 0.55 K el circoniu ye superconductor.[9]
Puru ye dúctil y maleable, ye de fácillaminación yforxa. Pero pequeñes impureces d'hidróxenu,carbonu onitróxenu volver fráxil y malo de procesar.[10][11] La conductividá llétrica ye relativamente mala pa ser un metal, ye namái'l 4 % de la delcobre. Pero a pesar de la so mal conductividá llétrica ye relativamente bonconductor térmicu. Si comparar col titaniu los puntos son de fusión -y de ebullición son llixeramente más altu (puntu de fusión: titaniu: 1667 °C, de circoniu: 1857 °C). La conductividá llétrico y térmico ye meyor.
Les propiedaes de circoniu y l'homólogu más pesáu, el hafniu, son similares por cuenta de lacontraición lantánida. Esta fai que los radios atómicos sían asemeyaos (Zr: 159 pm, Hf: 156 pm[9] ) y tantu les propiedaes similares. Los dos metales, sicasí, difieren considerablemente na so densidá, Zr: 6,5 g/cm³ , Hf: 13,3 g/cm³.[12]
Una propiedá de gran importancia pal emplegu del circoniu en reactores nucleares ye la so baxa seición eficaz de captura de neutrones. Por contra'l hafniu tien una seición bien alzada esto fai necesariu'l procesu de separación p'aplicaciones nucleares.
El circoniu forma una delgada y compacta capa d'óxidu, circoniu pasiváu y polo tanto inerte. Presenta una alta resistencia al escomiu por álcalis, ácidos, agua salao y otros axentes.[5] Les bases aguacientes bases reaccionen col circoniu. Pero puede eslleise por aciuacedu fluorhídricu (HF), de xuru formandocomplexos colosfluoruros. Tamién, va eslleir nun amiestu d'ácidu clorhídricu ysulfúricu especialmente cuando ta presente'lflúor.[13]
Cuando ta finamente estremáu ye altamente inflamable, puede amburar bonalmente en contautu col aire (reacciona enantes col nitróxenu que col osíxenu), especialmente a altes temperatures. En forma compacta ye muncho menos propensu a la ignición, a presiones moderaes, reacciona namái en caldia col osíxenu y el nitróxenu. Pero a una presión elevada de circoniu reacciona con osíxenu a temperatura ambiente, una y bones l'óxidu de circoniu formáu ye soluble nel metal fundíu.[9]
El circoniu d'orixe natural ta formáu por cuatroisótopos estables:90Zr,91Zr,92Zr,94Zr y unradioisótopu de bien llargavida media96Zr. El94Zr puede sufrir una doble desintegración beta (non reparada esperimentalmente) con una vida media de más de 1,10 × 1017 años. El96Zr tien una vida media de 2,4 × 1019 años, polo que ye'l radioisótopo más llonxevu de circoniu. D'estos isótopos naturales, el90Zr ye la más común, representa 51,45 % de tol circoniu, ente que el96Zr ye'l menos común, qu'entiende namái 2,80 % de circoniu.[14]
Sintetizáronse ventiocho isótopo artificiales del circoniu, que van na masa atómico de 78 a 110. El93Zr ye l'isótopu artificial de vida más llarga, con una vida media de 1,53 × 10⁶ años. El110Zr ye l'isótopu más pesáu de circoniu, y tamién el de más curtia duración, y envalórase que la vida media de namái 30 milisegundos. La mayoría tienen periodos de semidesintegración de menos d'un día, sacante'l95Zr (64,02 díes),88Zr (63,4 díes) y89Zr (78,41 hores). Los radioisótopos n'o percima de númberu de masa 93 se desintegran pordesintegración beta β -, ente que los que tán n'o per debaxo de 89 pordesintegración β +. La única esceición ye'l88Zr, que se desintegra porcaptura electrónica ε.[14]
Tamién esisten cinco isótopos de circoniu na forma d'isómeros metaestable:83mZr,85mZr,89mZr,90M1Zr,90m2Zr y91mZr. D'éstos,90m2Zr tien la vida media más curtia 131 nanosegundos, ente que89mZr ye'l más llonxevu con una vida media de 4,161 minutos.
Principalmente (en redol a un 90 % del consumíu) utilízase, Xeneralmente aleado,zircaloy, en reactores nucleares, debíu la so resistencia al escomiu y el so bien baxaseición de captura de neutrones. La seición de captura del hafniu ye alta, polo que ye necesariu dixebralos pa esta aplicación (pa otres, nun ye necesariu), xeneralmente por aciu un procesu d'estracción con dos disolventes non miscibles, o bien emplegandoresines d'intercambiu iónicu.
Utilízase como aditivu n'aceros llográndose materiales bien resistentes. Tamién s'empleguenaleaciones con níquel na industria químico pola so resistencia frente a sustancies corroyentes, especialmente paraválvules,bombes , tuberíes yintercambiadores de calor
L'óxidu de circoniu impuru emplegar pa fabricarcrisoles de llaboratoriu (que soporten cambeos sópitos de temperatura), recubrimientu de fornos y como material refractario n'industriescerámiques y devidriu.
L'óxidu de circoniu estabilizáu con itriu ye llargamente utilizáu n'odontolóxica pa la confección de prótesis fixes, prótesis removibles y pilastres d'implantes. Amás ye utilizáu pal reemplazu d'articulaciones yá que ye un mateiral bioinerte al igual que'l titaniu.
Con fines militares emplégase como axente incendiariu, como'l cartuchualiendu de dragón.
Aleado conniobiu presentasuperconductividá a baxes temperatures, polo que puede emplegase pa faer imanes superconductores. Per otra parte, l'aleación concinc ye magnética per debaxo de los 35 K.
L'óxidu de circoniu usar enxoyería; ye una xema artificial denomadacirconita qu'asonsaña aldiamante.
Podemos amestar una industria nos sos empiezos: la fabricación de fueyes de corte, que pueden ser desaxeradamente resistentes y duraderes, superando a les meyores aleaciones d'aceru. Güei podemos atopar cuchiellos y otros accesorios de cocina de tipu comercial y profesional.
Utilízase como aditivu pa fabricar sables sintéticos.
Nun s'atopa na naturaleza comometal nativo, lo que reflexa la so inestabilidá intrínseca con respectu a l'agua. Pero forma parte de numberososminerales. Nacorteza terrestre el circoniu atopa presente nuna concentración d'aproximao 130 mg/kg y alredor de 0.026 mg/L nelagua de mar.[15] En bayures ocupa'l puestu 18, pero a pesar de ser bien común, polo xeneral namái s'atopen en cantidaes bien pequeñes ycristales bien pequeños (típicamente 0,1 mm), lo que causó n'otres dómines consideróse un elementu escasu. Circoniu alcuéntrase principalmente enroques xilizesintrusivas, como'lgranitu. La materia primo son xeneralmente depósitos secundarios, llamaosdepósitos de prestar. Estos fórmense cuando la roca circundante degradar y queden los restos de circoniu yá que son más resistentes albentestate. Amás, tales depósitos pueden ser causaos por corrientes d'agua, xuagar los cristales de circón y depositen n'otros llugares. En contraste, los depósitos primarios suelen tener un baxu conteníu de circoniu y nun son rentables pa la minería. La principal fonte comercial de circoniu ye'l mineralcircón (silicatu de circoniu, ZrSiO4),[10] que s'atopa principalmente en depósitos n'Australia, Brasil, India, Rusia y Estaos Xuníos, según en depósitos más pequeños de tol mundu.[11] El 80 % de la minería de circón producir n'Australia y Sudáfrica.[10] la reserves de circón superen 60 millones de tonelaes en tol mundu[15] y la producción de circoniu añal mundial ye d'aproximao 900.000 tonelaes.[15] El circoniu tamién s'atopa en más d'otros 140minerales, incluyendo minerales comercialmente utilesbaddeleyita(ZrO2),kosnarite.[16] y laeudialita (Na4(CaCeFeMn)2ZrSi6O17(OHCl)2) El circón llógrase como subproductu de la minería y procesáu de minerales de metales pesaos detitaniu, lailmenita (FeTiO3) y elrutilo (TiO2), y tamién de la minería delestañu. El circoniu y elhafniu atopar nel circón nuna rellación de 50 a 1 y ye bien difícil dixebralos. Tamién s'atopa n'otros minerales, como labadeleyita .
Tamién ye abondosu nesestrelles de tipu S y detectóse nel Sol y en meteoritos. Amás, atopóse una alta cantidá n'óxidu de circoniu (en comparanza col presente na corteza terrestre) en muestres llunares trayíes polprograma Apollo.[5]
El circón ye un subproductu de la minería y el procesamientu de los minerales de titaniuilmenita yrutilo, lo mesmo que de la minería delestañu.[17] Ente 2003 y 2007, los precios de circón aumentaron constantemente dende $360 a $840 por tonelada.[18]
Al ser recoyíu de les agües costeres, el sable de circoniu que contienen se purifica por aciu concentradores n'espiral pa esaniciar los materiales más llixeros, que depués s'asitien de nuevu na agua con seguridá, yá que son tolos componentes naturales del sable de la sablera. Por aciuseparación magnética esaníciense los minerales del titaniu ilmenita y rutilo.
La mayoría de circón utilízase direutamente n'aplicaciones comerciales, pero un pequeñu porcentaxe convertir nel metal. El primer pasu consiste nel llogru deldióxidu de circoniu fundiendo'l circón conhidróxidu de sodiu,dixestión química. Nun ye posible l'amenorgamientu direutu d'óxidu de circoniu con carbonu (como nel procesu d'altu fornu), yá que se formen carburos de bien difíciles de dixebrar. La mayoría de circoniu metálicu producir pol amenorgamientu del cloruru de circoniu (IV) con magnesiu metálicu nelprocesu Kroll.[5] Primero prepárase'l cloruru:
pa dempués amenorgalo con magnesiu nuna atmósfera d'heliu.
El metal resultante se sinteriza hasta que tea abondo dúctil pa metalurxa.[11] En procesos semi-industriales puede realizase laelectrólisis de sales fundíos, llográndose'l circoniu en polvu que puede utilizase darréu enpulvimetalurgia. Pal llogru del metal con mayor pureza síguese'lprocesu van Arkel-de Boer basáu na disociación del yoduro de circoniu, llográndose una esponxa de circoniu metal denomadacrystal-bar. Pa lo cual calezse, a unos 200 °C, so vacíu circoniu conyodu pa llograryoduro de circoniu (IV). Esti descomponer nun alambre caliente, 1200 °C, de nuevu en yodu, que se caltién gaseosu, y circoniu que se deposita sobre l'alambre:
Tantu nesti casu, como nel anterior, la esponxa llograda fundir pa llograr el lingote.
El circoniu calidable comercial, inclusive siguiendo'l procesu van Arkel-de Boer, inda tien un conteníu de 1 % a 3 % de hafniu.[19] Esti contaminante nun ye importante pa la mayoría d'usos sacante n'aplicaciones nucleares.
El circoniu comercial xeneralmente contién de 1 a 2,5 % d'hafniu. Pa les aplicaciones avezaes esto non problemáticu por cuenta de les propiedaes químiques de hafniu y circoniu son abondo similares. Pero les propiedaes d'absorción de neutrones difieren fuertemente, polo que se riquir la separación de hafniu del circoniu p'aplicaciones qu'impliquen reactores nucleares.[20] Dellos métodos de separación tán n'usu.[19] Laestracción líquidu-líquidu deltiocianato y los derivaos d'óxidu, esplota la llixera mayor solubilidá del deriváu de hafniu enmetil-isobutil-cetona frente a l'agua. Esti métodu utilízase principalmente nos Estaos Xuníos. El circoniu y hafniu tamién pueden dixebrase porcristalización fraccionada del hexafluorocirconato de potasiu (K2ZrF6), que ye menos soluble n'agua que'l deriváu de hafniu análogu. Ladestilación fraccionada de los tetracloruros, tamién llamáudestilación extractiva, utilízase principalmente n'Europa. Un procesu VAM cuádruple (fusión per arcu al vaciu), combináu con estrusión en caliente y distintes aplicaciones de laminación cúrase usando gas d'alta temperatura d'alta presión d'esterilización enautoclave, resultando'l circoniu de grau de reactor aproximao 10 vegaes más caru que'l grau comercial contamináu de hafniu. El hafniu separáu puede utilizase pa lesbarres de control del reactor.[21] La separación de hafniu ye especialmente importante p'aplicaciones nucleares dende Hf tien bien alta seición tresversal d'absorción de neutrones, unes 600 vegaes cimera a la de circoniu, y polo tanto tien que ser esaniciáu por cuenta de qu'aplicaciones del reactor.[22]
Nun son bien comunes los compuestos que contengan circoniu, y la so toxicidá inherente ye baxa. El polvu metálico puede amburar en contautu col aire, polo qu'hai que consideralo como un axente de riesgu de fueu o esplosión. Nun se conoz nengún papel biolóxicu d'esti elementu.
↑Johann Joseph Prechtl:Jahrbücher des kaiserlichen königlichen polytechnischen Instituts in Wien, 1826, Bd. 9, S. 265.
↑O. Hönigschmied, Y. Zintl, F. Gonzalez:Über das Atomgewicht des Zirconiums. In:Zeitschrift für allgemeine und anorganische Chemie, 1924, 139, S. 293–309.
↑Gordon B. Skinner, Herrick L. Johnston:Thermal Expansion of Zirconium between 298°K and 1600°K. In:J. Chem. Phys. 1953, 21, S. 1383-1284,doi10.1063/1.1699227.
↑Schnell I and Albers RC (January 2006). «Zirconium under pressure: phase transitions and thermodynamics». Journal of Physics: Condensed Matter (Institute of Physics) 18 (5): páxs. 16.doi:10.1088/0953-8984/18/5/001.Bibcode: 2006JPCM...18.1483S.
↑Day, Charles (September 2001). «Second Material Found that Superconducts in a Ferromagnetic State». Physics Today (American Institute of Physics) 54 (9): páxs. 16.doi:10.1063/1.1420499.Bibcode: 2001PhT....54i..16D.
↑19,019,1Nielsen, Ralph (2005) "Zirconium and Zirconium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim.doi10.1002/14356007.a28_543
↑Stwertka, Albert (1996).A Guide to the Elements. Oxford University Press, páx. 117–119.ISBN 0-19-508083-1.
