El zirconi (de l'àrabzargun, que significa 'color daurat') fou descobert el1789 perMartin Klaproth[4] a partir del mineralzircó. El 1824Jöns Jacob Berzelius l'aïllà en estat impur;[4] però no fou fins al1914 que es preparà el metall pur. És unmetall dur, resistent a lacorrosió, semblant a l'acer. Elsminerals més importants en els quals es troba són elzircó ZrSiO4 i labaddeleyita ZrO2, encara que a causa de la gran semblança entre el zirconi i l'hafni (no hi ha altres elements que s'assemblen tant entre si) realment aquests minerals són mescles dels dos; els processos geològics no han estat capaços de separar-los. S'utilitza sobretot enreactors nuclears (per la seva baixa secció decaptura de neutrons) i per a formar part d'aliatges (zircaloy) amb alta resistència a lacorrosió.
Les gemmes que contenen zirconi eren conegudes en temps bíblics i s'anomenaven jacint, argot izircó. Es pensava que les varietats incolores eren un tipus dediamant d'inferior qualitat, però això es demostrà fals quan un químic alemany,Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) analitzà un zircó el 1789 i descobrí el zirconi. Klaproth dirigiria una farmàcia aBerlín i investigà un exemplar d'argot, una pedra semipreciosa de l'illa deCeilan (Sri Lanka). Començà escalfant-la amb àlcali i obtingué un nou òxid ZrO2, que anomenà zircònia, i que s'adonà que devia ser el d'un element encara no descobert que anomenà zirconi, derivat de zircó. El nom és d'etimologia incerta, però sembla que prové de la paraula persazargoon, ‘daurat’.[5]
Klaproth fou incapaç d'aïllar el metall pur.Humphry Davy, a Londres el 1808, intentà separar el zirconi del seu òxid perelectròlisi, que era la manera en què havia aïllat amb èxit els metalls de potassi i sodi, però no ho aconseguí. No fou fins al 1824 que l'element fou aïllat pel químic suecJöns Jacob Berzelius escalfant hexafluorur de dipotassi i zirconi (K2ZrF6) amb potassi metall en un tub de ferro segellat, i l'obtingué el metall com a pols negre. Així i tot, no es trobà cap ús per al zirconi; no tenia cap aplicació comercial com a metall, i els seus compostos químics no tenien cap característica destacable. El metall d'alta puresa fou produït per primera vegada el 1925 pels químics neerlandesos Anton van Arkel (1893-1976) i Jan H. de Boer (1899-1971), mitjançant la descomposició deltetraiodur de zirconi ZrI4. A la dècada de 1940,William Justin Kroll (1889-1973) de Luxemburg desenvolupà un procés comercial, dirprocés Kroll, per aconseguir el metall pur.[5]
A l'escorça terrestre el zirconi ocupa la posició 18a en quan a abundància amb una concentració mitjana 190ppm. Als sols hom el troba entre 35 i 500 ppm, i a l'aigua de la mar en una concentració de 9 ppt i a l'atmosfera només en quantitat traces. També és abundant en lesestrelles detipus S i s'ha detectat en elSol i enmeteorits. A més, s'ha trobat una alta quantitat d'òxid de zirconi (en comparació amb la present en l'escorça terrestre) en mostres provinents de laLluna.[5]
El zirconi no es troba en la naturalesa com a metall lliure, però sí que formant part de nombrososminerals (se'n coneixen cent trenta). Els minerals amb més d'un 40 % de proporció de zirconi són:baddeleyita ZrO2 (74,03 %),calzirtita CaZr3TiO9 (54,13 %),reidita ZrSiO4 (49,77 %),tazheranita CaTiZr2O8 (45,80 %),zircó ZrSiO4 (43,14 %) iallendeïta Sc4Zr3O12 (41,50 %).[6]
La principal font de zirconi s'obté del mineralzircó (silicat de zirconi, ZrSiO4), que es troba en dipòsits aAustràlia,Sud-àfrica,Estats Units,Moçambic iIndonèsia.[7] El zircó s'obté com a subproducte de la mineria i processament de minerals de metalls pesants detitani, lailmenita FeTiO3 i elrútil TiO2, i també d'estany. El zirconi i l'hafni es troben en el zircó, el zirconi en un 43,14 % i el hafni en un 4,69 %, i és molt difícil separar-los.[6]
L'obtenció del metall és efectuada, a partir deltetraclorur de zirconi ZrCl4, mitjançant elprocés Kroll. Els minerals es transformen en elcarbur de zirconi ZrC, el qual es converteix en el tetraclorur, que es purifica per destil·lació i es redueix finalment ambmagnesi. Hom obté, així, zirconi contaminat amb un 1-3 % d'hafni, amb el qual ocorre conjuntament, però ha d'ésser eliminat per a les aplicacions nuclears de l'element.[4] En processos semiindustrials es pot realitzar l'electròlisi de sals foses, obtenint-se el zirconi en pols que pot utilitzar-se posteriorment enpulverimetal·lúrgia. Per a l'obtenció del metall amb major puresa se segueix elprocés Van Arkel-de Boer, basat en la dissociació deltetraiodur de zirconi ZrI4, obtenint-se una esponja de zirconi metall. Tant en aquest cas, com en l'anterior, l'esponja obtinguda es fon per a obtenir el lingot.
És unmetall blanc grisenc, brillant i molt resistent a lacorrosió. Té un punt de fusió de 1 854 °C, un punt d'ebullició de 4 406 °C i una densitat de 6,52 g/cm³. Cristal·litza en elsistema hexagonal per sota dels 865 °C i la seva estructura éscúbica centrada en el cos per damunt dels 865 °C. Ésdúctil i fàcil de treballar, i té unes bones propietats de transferència de calor i de resistència a lacorrosió.[4] És més lleuger que l'acer amb unaduresa semblant a la delcoure.
Des del punt de vista químic, el zirconi és mitjanamentreactiu. Els seusestats d'oxidació més comuns són +2, +3 i +4. Finament dividit, es combina amb l'oxigen amb ignició, especialment en calent, mentre que en forma compacta l'oxidació és molt més lenta.[4] Quan està finament dividit pot cremar espontàniament en contacte amb l'aire (reacciona abans amb elnitrogen que amb l'oxigen), especialment a altes temperatures. La reacció és:[8]
És un metall resistent alsàcids, però es pot dissoldre ambàcid fluorhídric (HF), segurament formantcomplexos amb elsfluorurs. Reacciona amb els halògens formant els halurs de zirconi(+4):[8]
En la naturalesa es troben quatreisòtops estables les quals abundàncies isotòpiques són: Zr-90 51,45 %, Zr-91 11,22 %, Zr-92 17,15 % i Zr-94 17,38 %. També hom troba en un 2,8 % unradioisòtop de molt llarga vida (Zr-96) que té unperíode de semidesintegració de 2 × 1019 anys. El radioisòtop que el segueix en estabilitat és el Zr-93 que té un període de semidesintegració d'1,53 × 106 d'anys.[9]
S'han caracteritzat vint-i-set radioisòtops més, la majoria tenen períodes de semidesintegració inferiors a undia, excepte el Zr-95 (64,02 dies), Zr-88 (63,4 dies) i Zr-89 (78,41 hores). El principalmode de decaïment dels isòtops més lleugers que el Zr-92, és lacaptura electrònica, mentre que el dels més pesants que aquest és ladesintegració beta.[9]
Barres dezircaloy farcides amb pastilles decombustible nuclear (urani) apilades una sobra l'altra. Les barres s'agrupen en feixos anomenats elements de combustible.
Té nombroses aplicacions, derivades fonamentalment de la seva resistència a la corrosió i de la petita secció de captura neutrònica.[4]
El 90 % del zirconi produït s'utilitza en les barres dels elements combustibles(habitualmentdiòxid d'urani, UO2) delsreactor nuclears, en forma dezircaloy (aliatges de zirconi i altres metalls) a causa de que es tracta d'unmaterial que es caracteritza per tenir una bona resistència tèrmica, és a dir que suporta bé les altestemperatures, ja que no fon fins als 2 200 °C. També es considera transparent per alsneutrons lents, perquè la sevasecció eficaç d'absorció d'aquests neutrons és molt petita.[10] Dels diferents tipus de zircaloy els més emprats són:
Zircaloy-4, Zy-4: Aliatge compost per un 98,23 % enmassa de zirconi, un 1,45 % d'estany, un 0,21 % de ferro, 0,10 % de crom i menys d'un 0,01 % d'hafni.[11] Es fa servir sobretot alsreactorsd'aigua pressuritzada, PWR, de les centrals nuclears generadores d'electricitat. Existeixen variants de Zy-4 que contenen menys quantitat d'estany, això es considera una millora que permet disminuir la descamació de la capa d'òxid que es forma inevitablement a la superfície de les barres de zircaloy durant el funcionament del reactor.
El principal consum de zirconi s'esdevé en la fabricació de revestiments ceràmics esmaltats, molt resistents a la calor a la vegada que actuen com a opacificants. Les parts dels motors de lesturbines de gas que han de resistir altes temperatures per a produir més electricitat i menys CO2 estan protegides amb una fina capa ceràmica altament refractària, composta per un òxid de zirconi i itri.[10]
També s'utilitza l'òxid de zirconi (zircònia) en la fabricació d'implants dentals i en pròtesis ceràmiques per a corregir la deformació dels dits (hallux rigidus), ja que és biocompatible.
Els compostos que porten zirconi s'utilitzen en moltes aplicacions biomèdiques, inclosos implants icorones dentals, substitucions de genolls i malucs, reconstrucció de l'ossicle de l'orella i altres dispositius restauradors i protètics.[12]
El zirconi uneix laurea, una propietat que s'ha utilitzat àmpliament en benefici dels pacients ambinsuficiència renal crònica.[12] Per exemple, el zirconi és un component principal del sistema de regeneració i recirculació de dialitzat dependent de la columna sorbent conegut com a sistema REDY, que es va introduir per primera vegada el 1973. S'han realitzat més de dos milions de tractaments dediàlisi mitjançant la columna sorbent del sistema REDY.[13] Tot i que el sistema REDY va ser substituït als anys noranta per alternatives menys costoses, els nous sistemes de diàlisi basats en sorbents estan sent avaluats i aprovats per l'Administració d'Aliments i Fàrmacs (FDA) dels Estats Units. Renal Solutions va desenvolupar la tecnologia DIALISORB, un sistema portàtil de diàlisi de baix nivell d'aigua. A més, les versions de desenvolupament d'unronyó artificial portàtil han incorporat tecnologies basades en sorbents.
El ciclosilicat de zirconi de sodi s'utilitza per via oral en el tractament de lahiperpotassèmia. És un absorbent selectiu dissenyat per atrapar elsions potassi en preferència d'altres ions del tracte gastrointestinal.[14]
Una barreja de complexos monmèrics i polimèrics Zr4+ i Al3+ ambhidròxid,clorur iglicina, anomenada tetraclorhidrox gl o AZG, s'utilitza en una preparació com a antitranspirant en molts productes desodorants. Es selecciona per la seva capacitat d'obstruir els porus de la pell i evitar que la suor surti del cos.
No són gaire comuns els compostos que continguen zirconi, i la sevatoxicitat inherent és baixa. Lapolsmetàl·lica pot cremar en contacte amb l'aire, per la qual cosa cal considerar-lo com un agent de risc defoc oexplosió.
↑5,05,15,2Emsley, John.Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Reprinted with corrections. Oxford: Oxford Univ. Press, 2003.ISBN 978-0-19-850340-8.
↑12,012,1Lee DBN, Roberts M, Bluchel CG, Odell RA. (2010) Zirconium: Biomedical and nephrological applications. ASAIO J 56(6):550-556.
↑Ash SR. Sorbents in treatment of uremia: A short history and a great future. 2009 Semin Dial 22: 615-622
↑Ingelfinger, Julie R. «A New Era for the Treatment of Hyperkalemia?». New England Journal of Medicine, 372, 3, 2015, pàg. 275–7.DOI:10.1056/NEJMe1414112.PMID:25415806.
.jpg)
