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 più comune è +4 ma può presentarsi anche con numero di ossidazione +3, +2, +1 e -1.
Nel 1789 il chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth scoprì lo zirconio nell’ambito dei suoi studi sul minerale zircone costituito da silicato di zirconio ZrSiO4 .
Il chimico svedese Jacob Berzelius nel 1824 isolò il metallo riscaldando in un tubo di ferro una miscela di fluoruro di potassio e fluoruro di potassio e zirconio K2ZrF6 .
Ottenne 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.
Ottenimento
Solo nel 1925 i chimici olandesi Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer scoprirono un metodo per ottenere il metallo puro per decomposizione termica del tetraioduro di zirconio su un filamento di tungsteno.
La difficoltà di ottenere il metallo puro deriva dal suo comportamento chimico simile all’afnio che è quasi sempre presente nei minerali che lo contengono.
Attualmente lo zirconio è 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.
Composti
Tra i composti che hanno applicazioni industriali si ha il biossido di zirconio che è un solido bianco o giallo e un elevato punto di fusione.
Esso è utilizzato nell’ambito della produzione di:
- ceramiche
- abrasivi
- smalti
- refrattario nell’isolamento termico
- in campo odontoiatrico
- nelle protesi ortopediche
A temperatura ambiente si presenta come una polvere bianca e oltre i 2370°C assume una struttura cristallina cubica denominata zirconia. Quest’ultima 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 ZnCl4 . Esso costituisce l’intermedio per ottenere lo zirconio da ossido di zirconio che costituisce la forma più frequente presente in natura.
Usi
È usato nelle sintesi organiche in qualità di debole acido di Lewis nelle:
e come catalizzatore per il cracking dei prodotti petroliferi e nella polimerizzazione dell’etilene.
Il tetracloruro è usato nel trattamento di tessuti e materiali fibrosi ai quali conferisce idrorepellenza.
Il solfato ZrSO4 si presenta spesso idrato ed è ottenuto dalla reazione tra acido solforico e idrossido di zirconio (IV).
È usato quale pigmento stabilizzante, lubrificante, per precipitare proteine e amminoacidi e nella concia della pelle bianca.
Il silicato ZrSiO4 trova utilizzo per sabbie da fonderia, opacizzazione della ceramica e materiali refrattari.
Dal 1960, le sue leghe sono utilizzate come materiali strutturali all’interno dei nuclei dei reattori nucleari. Esse combinano alcune proprietà come buona:
- resistenza e duttilità alle temperature operative del reattore
- resistenza alla corrosione alle alte temperature in ambienti acquosi
- compatibilità con i materiali combustibili