Zirconio (Zr)


El circonio o zirconio es un elemento químico de número atómico 40 y peso atómico 91.224. Situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Zr.

Es un metal de transición brillante, de color blanco grisáceo, duro, resistente a la corrosión, de apariencia 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). También se emplea como refractario y opacificador, y en pequeñas cantidades como agente de aleación por su fuerte resistencia a la corrosión.

Abundancia

No se encuentra en la naturaleza como metal nativo, lo que refleja su inestabilidad intrínseca con respecto al agua. Pero forma parte de numerosos minerales. En la corteza terrestre el circonio se encuentra presente en una concentración de aproximadamente 130 mg/kg y alrededor de 0.026 mg/L en el agua de mar. En abundancias ocupa el puesto 18, pero a pesar de ser muy común, por lo general sólo se encuentran en cantidades muy pequeñas y cristales muy pequeños (típicamente 0,1 mm), lo que ocasionó en otros tiempos se consideró un elemento escaso. Circonio se encuentra principalmente en rocas silíceas intrusivas, como el granito.

Isótopos

El circonio de origen natural está formado por cuatro isótopos estables:90Zr, 91Zr, 92Zr, 94Zr y un radioisótopo de muy larga vida media 96Zr. El 94Zr puede sufrir una doble desintegración beta (no observada experimentalmente) con una vida media de más de 1,10 × 1017 años. El 96Zr tiene una vida media de 2,4 × 1019 años, por lo que es el radioisótopo más longevo de circonio. De estos isótopos naturales, el 90Zr es la más común, representa 51,45 % de todo el zirconio, mientras que el 96Zr es el menos común, que comprende sólo 2,80 % de circonio.

Se han sintetizado veintiocho isótopos artificiales del circonio, que van en la masa atómica de 78 a 110. El 93Zr es el isótopo artificial de vida más larga, con una vida media de 1,53 × 106 años. El 110Zr es el isótopo más pesado de circonio, y también el de más corta duración, y se estima que la vida media de sólo 30 milisegundos. La mayoría tienen periodos de semidesintegración de menos de un día, excepto el 95Zr (64,02 días), 88Zr (63,4 días) y 89Zr (78,41 horas). Los radioisótopos en o por encima de número de masa 93 se desintegran por desintegración beta β -, mientras que los que están en o por debajo de 89 por desintegración β +. La única excepción es el 88Zr, que se desintegra por captura electrónica ε.

También existen cinco isótopos de circonio en la forma de isómeros metaestable: 83mZr, 85mZr, 89mZr, 90M1Zr, 90m2Zr y 91mZr. De éstos, 90m2Zr tiene la vida media más corta 131 nanosegundos, mientras que 89mZr es el más longevo con una vida media de 4,161 minutos.

 

Aplicaciones

  • Principalmente (en torno a un 90 % del consumido) se utiliza, Generalmente aleado, zircaloy, en reactores nucleares, debido su resistencia a la corrosión y su muy baja sección de captura de neutrones. 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, especialmente para válvulas, bombas , tuberías e intercambiadores de calor
  • 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 óxido de circonio estabilizado con itrio es ampliamente utilizado en odontología para la confección de prótesis fijas, prótesis removibles y pilares de implantes. Además es utilizado para el reemplazo de articulaciones ya que es un material bioinerte al igual que el titanio.
  • 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, como el cartucho aliento de dragón.
  • Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas, por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores. Por otra parte, la aleación con cinc 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.

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.