Zirconio
El zirconio o circonio es un elemento químico que forma parte de la serie química de los metales de transición. En la tabla periódica se encuentra entre el itrio y el niobio. Posee una masa atómica de 91,224, es representado por el símbolo Zr y su número atómico es el 40.
Este elemento químico es uno de los metales más abundantes en el planeta, encontrándose formando parte de minerales tanto en la corteza como en el mar. El zircón y la baddeleyita son los minerales en donde se han hallado la mayor proporción de zirconio.
El zirconio fue descubierto en 1789 por el químico alemán Martin Kalproth que analizó una muestra de jargón (una variación del zircón) procedente de Sri Lanka. Sin embargo, fue el químico sueco Jöns Berzelius quien logró aislarlo en estado impuro en 1824, por primera vez.
Tabla de contenidos
Características y propiedades
El zirconio es un metal de color blanco grisáceo y brillante, duro y resistente a la corrosión.
Superficialmente es muy parecido al acero, siendo más ligero que esta aleación del hierro.
Pertenece al grupo 3 de la tabla periódica, tiene período 5 y forma parte del bloque-d.
Su dureza se asemeja a la del cobre.
Es un metal resistente a la corrosión.
Químicamente es muy similar al hafnio y, en menor medida, al titanio.
El zirconio en polvo es altamente inflamable, pero en estado plenamente sólido es menos propenso a entrar en ignición.
Al zirconio no se le conoce ningún rol biológico.
Existen 5 isótopos de zirconio que se originan en la naturaleza, siendo todos estables. El isótopo 90Zr representa el 51,45% del zirconio hallado en la corteza terrestre. Por otra parte, se han sintetizado 28 isótopos artificiales del zirconio.
El zirconio es el 18° elemento más abundante en la corteza terrestre, encontrándose principalmente como componente del zircón (ZrSiO4) y en general en rocas silíceas intrusivas, como el granito. También se halla en los minerales baddeleyita, kosnarita, eudialita, entre otros.
La gran parte de la minería del zircón (80%) es desarrollada por Australia y Sudáfrica.
Propiedades físicas
- Su punto de fusión es 1855 °C y su punto de ebullición es 4371 °C.
- Organolépticamente, es un metal duro, lustroso, de un color blanco plateado e inodoro.
- A temperatura ambiente se encuentra en estado sólido.
- Su densidad es de 6501 kg/m3.
- Su dureza en la escala de Mohs es de 5.
- Es un metal paramagnético.
- El zirconio es superconductor por debajo de los -272,6 °C. Sus aleaciones con zinc son magnéticas por debajo de los -238,75 °C. En especial, el ZrZn2 exhibe superconductividad y ferromagnetismo al mismo tiempo.
- Relativamente es un buen conductor térmico.
- Baja sección eficaz en la captura de neutrones.
Propiedades químicas
- Posee los estados de oxidación -2, 0, +1, +2, +3 y +4.
- En la práctica no es reactivo a temperatura ambiente, porque forma una capa de óxido en su superficie, que lo vuelve pasivo y le da su brillo característico.
- No es un metal tóxico.
- Reacciona con las bases acuosas. Al rojo vivo reacciona con el oxígeno y el nitrógeno. A presión elevada reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente.
- Resiste la corrosión de bases alcalinas, ácidos, agua salada y otros agentes corrosivos.
- Se disuelve en ácido fluorhídrico, y en ácido hidroclórico y sulfúrico, sobre todo sí hay presencia de fluoruros.
- Atómicamente, está conformado por 40 electrones, 52 neutrones y 40 protones.
- Su nube electrónica oscila en 5 niveles energéticos.
Propiedades mecánicas
- En estado puro es un metal dúctil y maleable, por lo que puede laminarse y forjarse fácilmente.
Usos
La mayor parte del zirconio producido se emplea en procesos de alta temperatura de la industria química, siendo usado para conferir un color blanco opaco a las cerámicas. Este material también es usado como componente de moldes de fundición, en materiales abrasivos, entre otros.
El zirconio metálico se usa para producir aleaciones resistentes a entornos agresivos. La aleación zircaloy es usada en reactores nucleares. Incluso, también es usado como combustible nuclear en reactores TRIGA, al formar parte del hidruro de zirconio de uranio.
En la industria aeroespacial, el zirconio metálico y el óxido de zirconio se utilizan para fabricar vehículos de alta resistencia térmica. Además, componentes de motores de jets y de turbinas de gas estacionarias son recubiertos con capas cerámicas de zirconia (ZrO2) e itria (Y2O3).
Adicionalmente, el zirconio es usado en forma aleada con el níquel, con el zinc y con el niobio. Las aleaciones de zirconio-níquel son usadas en válvulas, bombas, tuberías e intercambiadores de calor.
Las aleaciones con niobio son superconductoras a baja temperatura, siendo usada para construir imanes superconductores.
El zirconio también es utilizado en tubos de vacíos, como componente de explosivos, en bombillas de flash, en filamentos de lámparas, como gema artificial, en lociones, en materiales antitranspirantes, etc.
En medicina, compuestos de zirconio se emplean en implantes dentales, prótesis de caderas y pies, reconstrucción de la cadena de huesecillos del oído medio, entre otros.
Dónde se encuentra
El zirconio es un metal que se ha encontrado formando parte de 140 minerales, entre los cuales destacan el zircón, la baddeleyita, la kosnorita y la eudialita.
El zircón es la principal fuente comercial del zirconio, y sus mayores yacimientos se encuentran en Australia, Brasil, India, Rusia y los Estados Unidos.
Además de encontrarse en la corteza terrestre, en el agua marina existe aproximadamente un 0,026 mg/L de zirconio.
En el universo, las estrellas de tipo S son relativamente ricas en zirconio. Además, se ha detectado circonio en el Sol y en meteoritos. Además, se ha detectado óxido de zirconio en rocas lunares traídas por las misiones Apolo.
Obtención
El zirconio se obtiene como residuo de la minería de minerales de titanio (ilmenita y rutilo) y de estaño, de los cuales se extrae el zircón.
El zircón es recolectado de las aguas costeras en forma de arena, para luego ser purificado por medio de concentradores de espiral. Estos concentradores eliminan los componentes más ligeros, los cuales son regresados al mar.
Posteriormente, por medio del proceso de separación magnética se eliminan los minerales de titanio.
Ahora para producir zirconio metálico mayormente se ejecuta el proceso de Kroll con el fin de reducir cloruro de zirconio (IV) con magnesio metálico. Este proceso de síntesis finaliza una vez el metal ha adquirido la suficiente ductilidad y maleabilidad.
Quién lo descubrió
El zircón y sus variaciones minerales eran ampliamente conocidas en la edad antigua, siendo mencionado en algunos pasajes de la Biblia. No obstante, no se tiene constancia de que algún antiguo haya hipotetizado la existencia de un nuevo elemento.