Zirconio

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Lo zirconio è l'elemento chimico di numero atomico 40. Il suo simbolo è Zr. È un metallo di transizione bianco-grigio, duro, il cui aspetto ricorda quello del titanio. Viene ottenuto principalmente dallo zircone ed è molto resistente alla corrosione. Lo zirconio è principalmente impiegato nella realizzazione di impianti nucleari data la sua bassa sigma di assorbimento di neutroni, come rivestimento e struttura di sostegno del combustibile nucleare e per produrre leghe metalliche resistenti alla corrosione.

[modifica] Caratteristiche

È un metallo bianco-grigiastro, lucente ed eccezionalmente resistente alla corrosione. Lo zirconio è più leggero dell'acciaio ed ha una durezza comparabile a quella del rame. Può infiammarsi spontaneamente se, in forma di polvere, è esposto ad alte temperature. Conduce bene calore ed elettricità, ha un'elevata temperatura di fusione (circa 1800 °C), le proprietà dipendono molto dalle impurezze che lo possono rendere fragile e difficile da lavorare (poco duttile).

A temperature inferiori a 35 K la lega di zinco e zirconio diventa magnetica.

Nei suoi composti, lo zirconio ha solitamente numero di ossidazione +2, +3 o +4.

[modifica] Applicazioni

L'uso principale dello zirconio è sotto forma di zircone (ZrSi O₄), per materiali refrattari, sabbie da fonderia e opacizzazione della ceramica. Lo zircone è anche commerciato come pietra preziosa, usata in gioielleria. L'ossido di zirconio può venire trattato per produrre un facsimile dei diamanti,è utilizzato nel campo dentale per realizzare strutture in zirconia con tecnologia cad-cam lo zircone cubico. Altri usi:

Lo zirconio ha una bassa sezione di assorbimento per i neutroni, cosa che lo rende perfetto per l'impiego in materiali destinati a impianti di produzione di energia nucleare, come il collegamento di elementi di combustibile. Più del 90% di tutto lo zirconio metallico prodotto viene usato dalle centrali nucleari sparse per il mondo. I moderni reattori nucleari commerciali possono usare fino a 150 kilometri di tubazioni in lega di zirconio.
Estesamente usato in chimica industriale per tubazioni in ambienti corrosivi.
Lo zirconio è piroforico (infiammabile) ed è stato usato in ordigni incendiari militari.
Il carbonato di zirconio si usa nelle lozioni contro l'edera.
L'ossido impuro di zirconio, lo zircone, è usato per fabbricare crogiuoli da laboratorio in grado di sopportare forti shock termici, per il rivestimento di fornaci in metallurgia e dall'industria del vetro e della ceramica come materiale refrattario.
I tessuti umani tollerano facilmente questo metallo, che quindi è adatto per giunti e protesi artificiali impiantabili, nonche nella realizzazione di strutture per protesi dentarie.
Viene usato anche per produrre scambiatori di calore, leghe speciali e - come getter, ovvero come agente degasatore - nelle valvole termoioniche e nelle lampadine a incandescenza.

Quando è in lega con il niobio, lo zirconio è superconduttore a basse temperature e si usa per costruire magneti superconduttori; è anche possibile che cavi di tale materiale vengano usati su larga scala nella produzione e nella distribuzione dell'energia elettrica.

[modifica] Storia

Lo zirconio (dall'arabo zarkûn, a sua volta derivato dal persiano zargûn, "simile all'oro") fu scoperto nel 1789 da Martin Heinrich Klaproth e isolato nel 1824 da Jons Jakob Berzelius.

I minerali dello zirconio - ovvero lo zircone, la zirconite e lo zaffiro - erano noti nell'antichità e sono menzionati nelle scritture bibliche. Fu però l'analisi di Klaproth di uno zaffiro proveniente da Sri Lanka (allora Ceylon) a rivelare che questo minerale conteneva un elemento ancora sconosciuto, che egli battezzò Zirkonertz

Il metallo fu isolato in forma impura da Berzelius, che lo preparò scaldando una miscela di potassio e di fluoruro di zirconio e potassio in un tubo di ferro, provocandone la decomposizione. Lo zirconio puro fu ottenuto per la prima volta nel 1914. Precisamente in campo dentale viene utilizzato per la creazione di anelli di congiunzione, ponti dentali( per la struttura bianca che aiuta durante le fase di stratificazione della porcellana), e impianti questi ultimi possiedono un cuore di titanio ed un rivestimento in zirconio, ovviamente non essendo una struttura che può essere definita come metallo non crea un'osteointegrazione con l'osso alveolare, comunque e poco utilizzato dato che non si conoscono ancora i risvolti di una struttura del genere in bocca. La preoccupazione più grande e orientata verso la nascita di microcricche create in fase di lavorazione e durante i passaggi di struttura cristallina.

[modifica] Disponibilità

Lo zirconio non si trova mai in natura come metallo puro: la principale fonte commerciale di zirconio è il minerale di silicato di zirconio, lo zircone (ZrSiO₄), che si trova in giacimenti situati in Australia, Brasile, India, Russia e negli Stati Uniti (è estratto come una polvere scura e fuligginosa, o come una sostanza cristallina, di un grigio metallico). Lo zirconio e l'afnio sono contenuti nello zircone in rapporto di 50 a 1 e sono molto difficili da separare. Lo zircono è anche un sottoprodotto dello sfuttamento minerario e della lavorazione di sabbie minerali come la menaccanite, la ilmenite e il rutilo, o minerali di stagno. Lo zirconio è pure contenuto in altre 30 specie minerali note, compresa la baddeleyite. Il metallo si ottiene commercialmente per riduzione del cloruro con magnesio nel Processo Kroll o per decomposizione termica su un filamento di wolframio scaldato a circa 1300°C del tretra ioduro di Zr e attraverso altri metodi. Lo zirconio di qualità commerciale contiene ancora dall'1% al 3% di afnio.

Questo elemento è anche abbondante nelle stelle di tipo S, ed è stato rilevato nel sole e nei meteoriti. I campioni di rocce lunari portati sulla terra dalle missioni apollo hanno un contenuto di ossido di zirconio molto più alto rispetto a quelle terrestri.

[modifica] Isotopi

Lo zirconio in natura è composto di quattro isotopi stabili e di uno debolmente radioattivo, a vita estremamente lunga (lo ⁹⁶Zr). Il secondo radioisotopo più stabile è lo ⁹³Zr con una emivita di 1,53 milioni di anni. Sono noti altri diciotto radioisotopi, la maggior parte dei quali ha emivita di meno di un giorno, tranne ⁹⁵Zr (64,02 giorni), ⁸⁸Zr (63.4 giorni) e ⁸⁹Zr (78,41 ore). Il modo di decadimento principale prima dello ⁹²Zr è la cattura elettronica e quello principale dopo di esso è il decadimento beta.

[modifica] Precauzioni

Simboli di rischio chimico

frasi R: R 15-17
frasi S: S 2-7/8-43

Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

La polvere di zirconio, se non stabilizzata, è facilmente infiammabile.

Per la maggior parte delle persone è piuttosto raro imbattersi in composti dello zirconio, che comunque hanno una tossicità molto bassa: lo zirconio non ha nessun ruolo in biologia.