Zirconio

Lo zirconio è un metallo di transizione appartenente al 5° Periodo e al 4° Gruppo della Tavola Periodica avente numero atomico 40 e configurazione elettronica [Kr] 4d2, 5s2.

E’ resistente alla corrosione, duttile e malleabile di colore bianco-grigio dall’aspetto simile a quello del titanio e, se ridotto in polvere, è piroforico alle alte temperature.

Il numero di ossidazione in cui lo zirconio è presente nei suoi composti è +4 ma può presentarsi anche con numero di ossidazione +3, +2, +1 e -1.

Lo zirconio fu scoperto nel 1789 dal chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth nell’ambito dei suoi studi sul minerale zircone costituito da silicato di zirconio ZrSiO4 detto zircone e fu isolato dal chimico svedese Jacob Berzelius nel 1824 riscaldando in un tubo di ferro contenente una miscela di fluoruro di potassio e fluoruro di potassio e zirconio K2ZrF6 ottenendo una polvere amorfa scarsamente conduttrice di elettricità.

Lo zircone era conosciuto sin dall’antichità come pietra preziosa ed è stato rinvenuto in molti siti archeologici ed è citato in molti testi tra cui la Bibbia.

Solo nel 1925 i chimici olandesi Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer scoprirono un metodo per ottenere lo zirconio puro per decomposizione termica del tetraioduro di zirconio su un filamento di tungsteno.

La difficoltà di ottenere zirconio puro deriva dal suo comportamento chimico simile all’afnio che è quasi sempre presente nei minerali che lo contengono.

Attualmente lo zirconio viene ottenuto dai minerali contenenti il silicato di zirconio e l’ossido di zirconio (IV) tramite il processo Kroll analogamente a quanto avviene per l’ottenimento del titanio.

Tra i composti dello zirconio che hanno applicazioni industriali si ha il biossido di zirconio che è un solido bianco o giallo e un elevato punto di fusione che viene utilizzato nell’ambito della produzione delle ceramiche, come abrasivo, smalto, in campo odontoiatrico, nelle protesi ortopediche e come refrattario nell’isolamento termico.

A temperatura ambiente si presenta come una polvere bianca e oltre i 2370°C assume una struttura cristallina cubica denominata zirconia che presenta un aspetto simile al diamante che, con l’uso di appropriati dopanti assume varie colorazioni.

Un altro composto importante dello zirconio è il tetracloruro di zirconio ZnCl4 che costituisce l’intermedio per ottenere lo zirconio da ossido di zirconio che costituisce la forma più frequente presente in natura.

Viene inoltre usato nelle sintesi organiche in qualità di debole acido di Lewis nelle reazioni di reazioni di Friedel-Crafts, nella reazione di Diels-Alder e come catalizzatore per il cracking dei prodotti petroliferi e nella polimerizzazione dell’etilene.

Il tetracloruro di zirconio viene usato nel trattamento di tessuti e materiali fibrosi ai quali conferisce idrorepellenza.

Il solfato di zirconio ZrSO4 si presenta spesso idrato ed è ottenuto dalla reazione tra acido solforico e idrossido di zirconio (IV) viene usato quale pigmento stabilizzante, lubrificante, per precipitare proteine e amminoacidi e nella concia della pelle bianca.

Il silicato di zirconio ZrSiO4 trova utilizzo per sabbie da fonderia, opacizzazione della ceramica e materiali refrattari.

Dal 1960, le leghe di zirconio sono stati utilizzate come materiali strutturali all’interno dei nuclei dei reattori nucleari per la combinazione di alcune proprietà come la buona resistenza e duttilità alle temperature operative del reattore, buona resistenza alla corrosione alle alte temperature in ambienti acquosi e buona compatibilità con i materiali combustibili

Author: Chimicamo

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