Circonio



Itrio - Circonio - Niobio
Ti

Zr
Hf  
 
 


Tabla completa
General
Nombre, símbolo, número Circonio, Zr, 40
Serie química Metales de transición
Grupo, periodo, bloque 4, 5, d
Densidad, dureza Mohs 6511 kg/m3, 5
Apariencia Blanco grisáceo
Propiedades atómicas
Masa atómica 91,224 u
Radio medio 155 pm
Radio atómico calculado 206 pm
Radio covalente 148 pm
Radio de Van der Waals Sin datos
Configuración electrónica [Kr]4d25s2
Estados de oxidación (óxido) 4 (anfótero)
Estructura cristalina Hexagonal
Propiedades físicas
Estado de la materia Sólido
Punto de fusión 2128 K
Punto de ebullición 4682 K
Entalpía de vaporización 58,2 kJ/mol
Entalpía de fusión 16,9 kJ/mol
Presión de vapor 0,00168 Pa a 2125 K
Velocidad del sonido 3800 m/s a 293,15 K
Información diversa
Electronegatividad 1,33 (Pauling)
Calor específico 0,27 J/(kg·K)
Conductividad eléctrica 2,36 × 106/m Ω
Conductividad térmica 22,7 W/(m·K)
potencial de ionización 640,1 kJ/mol
2º potencial de ionización 1270 kJ/mol
3º potencial de ionización 2218 kJ/mol
4º potencial de ionización 3313 kJ/mol
5º potencial de ionización 7752 kJ/mol
6º potencial de ionización 9500 kJ/mol
Isótopos más estables
iso. AN Periodo de semidesintegración MD ED MeV PD
90Zr 51,45% Zr es estable con 50 neutrones
91Zr 11,22% Zr es estable con 51 neutrones
92Zr 17,15% Zr es estable con 52 neutrones
93Zr {sin.} 1,53 × 106 años β- 0,091 93Nb
94Zr 17,38% Zr es estable con 54 neutrones
96Zr 2,8% >3,8 × 1019 años β- 3,350 96Mo
Valores en el SI y en condiciones normales
(0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
Calculado a partir de distintas longitudes
de enlace covalente, metálico o iónico.

El circonio (o zirconio) es un elemento químico de número atómico 40 situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Zr.

Es un metal duro, resistente a la corrosión, similar al acero. Los minerales más importantes en los que se encuentra son el circón (ZrSiO4) y la badeleyita (ZrO2), aunque debido al gran parecido entre el circonio y el hafnio (no hay otros elementos que se parezcan tanto entre sí) realmente estos minerales son mezclas de los dos; los procesos geológicos no han sido capaces de separarlos. Se utiliza sobre todo en reactores nucleares (por su baja sección de captura de neutrones) y para formar parte de aleaciones con alta resistencia a la corrosión.

Conocimientos adicionales recomendados

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Características

Es un metal blanco grisáceo, brillante y muy resistente a la corrosión. Es más ligero que el acero con una dureza similar a la del cobre. Cuando está finamente dividido puede arder espontáneamente en contacto con el aire (reacciona antes con el nitrógeno que con el oxígeno), especialmente a altas temperaturas. Es un metal resistente frente a ácidos, pero se puede disolver con ácido fluorhídrico (HF), seguramente formando complejos con los fluoruros. Sus estados de oxidación más comunes son +2, +3 y +4.

Aplicaciones

  • Principalmente (en torno a un 90% del consumido) se utiliza como recubrimiento en reactores nucleares, debido a que su sección de captura de neutrones es muy baja. La sección de captura del hafnio es alta, por lo que es necesario separarlos para esta aplicación (para otras, no es necesario), generalmente mediante un proceso de extracción con dos disolventes no miscibles, o bien empleando resinas de intercambio iónico.
  • Se utiliza como aditivo en aceros obteniéndose materiales muy resistentes. También se emplean aleaciones con níquel en la industria química por su resistencia frente a sustancias corrosivas.
  • El óxido de circonio impuro se emplea para fabricar crisoles de laboratorio (que soportan cambios bruscos de temperatura), recubrimiento de hornos y como material refractario en industrias cerámicas y de vidrio.
  • El metal es bien tolerado por los tejidos humanos, por lo que puede emplearse en articulaciones artificiales (por ejemplo en la fabricación de dientes artificiales de gran calidad).
  • También se emplea en intercambiadores de calor, tubos de vacío y filamentos de bombil se emplean para la fabricación de antitranspirantes.
  • Con fines militares se emplea como agente incendiario.
  • Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas, por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores. Por otra parte, la aleación con zinc es magnética por debajo de los 35 K.
  • El óxido de circonio se usa en joyería; es una gema artificial denominada circonita que imita al diamante.
  • Un nuevo uso que se le da hoy en día, es en la fabricación de implantes dentales como alternativa al Titanio. No tan solo como el implante o fijación propiamente tal, sino además como aditamentos protésicos, eliminando el uso de metales mejorando así la estetica.

Historia

El circonio (del árabe “zargun”, que significa “color dorado”) fue descubierto en 1789 por Martin Klaproth a partir del circón. En 1824 Jons Jakov Berzelius lo aisló en estado impuro; hasta 1914 no se preparó el metal puro.

En algunas escrituras bíblicas se menciona el mineral circón, que contiene circonio, o alguna de sus variaciones (jargón, jacinto, etc.) No se sabía que el mineral contenía un nuevo elemento hasta que Klaproth analizó un jargón procedente de Ceilán, en el océano Índico, denominando al nuevo elemento como circonia. Berzelius lo aisló impuro calentando una mezcla de potasio y fluoruro de potasio y circonio en un proceso de descomposición en un tubo de hierro. El circonio puro no se preparó hasta 1914.

Abundancia y obtención

El circonio no se encuentra en la naturaleza como metal libre, pero sí formando parte de numerosos minerales. La principal fuente de circonio se obtiene del mineral circón (silicato de circonio, ZrSiO4), que se encuentra en depósitos en Australia, Brasil, India, Rusia y Estados Unidos. El circón se obtiene como subproducto de la minería y procesado de minerales de metales pesados de titanio, la ilmenita (FeTiO3) y el rutilo (TiO2), y también de estaño. El circonio y el hafnio se encuentran en el circón en una relación de 50 a 1 y es muy difícil separarlos. También se encuentra en otros minerales, como la badeleyita (ZrO2).

El metal se obtiene principalmente mediante una cloración reductiva a través del denominado proceso de Kroll: primero se prepara el cloruro, para después reducirlo con magnesio. En procesos semi-industriales se puede realizar la electrólisis de sales fundidas, obteniéndose el circonio en polvo que puede utilizarse posteriormente en pulvimetalurgia.

Para la obtención del metal con mayor pureza se sigue el proceso Van Arkel basado en la disociación del yoduro de circonio, obteniéndose una esponja de circonio metal denominada crystal-bar. Tanto en este caso, como en el anterior, la esponja obtenida se funde para obtener el lingote.

También es abundante en las estrellas de tipo S y se ha detectado en el Sol y en meteoritos. Además, se ha encontrado una alta cantidad en óxido de circonio (en comparación con la presente en la corteza terrestre) en muestras lunares.

Isótopos

En la naturaleza se encuentran cuatro isótopos estables y un radioisótopo de muy larga vida (Zr-96). El radioisótopo que le sigue en estabilidad es el Zr-93 que tiene un periodo de semidesintegración de 1,53 millones de años. Se han caracterizado otros dieciocho radioisótopos. La mayoría tienen periodos de semidesintegración de menos de un día, excepto el Zr-95 (64,02 días), Zr-88 (63,4 días) y Zr-89 (78,41 horas). El principal modo de decaimiento es la captura electrónica antes del Zr-92, mientras que después es la desintegración beta.

Precauciones

No son muy comunes los compuestos que contengan circonio, y su toxicidad inherente es baja. El polvo metálico puede arder en contacto con el aire, por lo que hay que considerarlo como un agente de riesgo de fuego o explosión. No se conoce ningún papel biológico de este elemento.

Enlaces externos

  • WebElements.com - Zirconium
  • EnvironmentalChemistry.com - Zirconium

 
Este articulo se basa en el articulo Circonio publicado en la enciclopedia libre de Wikipedia. El contenido está disponible bajo los términos de la Licencia de GNU Free Documentation License. Véase también en Wikipedia para obtener una lista de autores.
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