Propiedades, presencia y usos
El zirconio, desconocido antes de finales de la década de 1940, se convirtió en un material de ingeniería importante para aplicaciones de energía nuclear porque es muy transparente a los neutrones . El elemento fue identificado (1789) en circón, ZrSiO4 (ortosilicato de circonio), a partir de su óxido por el químico alemán Martin Heinrich Klaproth, y el metal fue aislado (1824) en forma impura por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius. El metal impuro, incluso cuando es 99 por ciento puro, es duro y quebradizo. El metal blanco, blando, maleable y dúctil de mayor pureza fue producido por primera vez en cantidad (1925) por los químicos holandeses Anton E. van Arkel y J.H. de Boer por la descomposición térmica del tetrayoduro de circonio, ZrI4. A principios de la década de 1940, William Justin Kroll de Luxemburgo desarrolló su proceso más económico de fabricación del metal basado en la reducción del tetracloruro de circonio, ZrCl4, por magnesio. A principios del siglo XXI, los principales productores de circonio eran Australia, Sudáfrica, China e Indonesia; Mozambique, India y Sri Lanka fueron productores adicionales.
Dschwen
El zirconio es relativamente abundante en la Tierra. corteza, pero no en depósitos concentrados, y se observa característicamente en estrellas de tipo S. El mineral circón, que generalmente se encuentra en depósitos aluviales en lechos de arroyos, playas oceánicas o antiguos lechos de lagos, es la única fuente comercial de circonio. La baddeleyita, que es esencialmente dióxido de circonio puro, ZrO2, es el único otro mineral de circonio importante, pero el producto comercial se recupera de manera más económica a partir del circón. El circonio se produce mediante el mismo proceso que se utiliza para el titanio. Estos minerales de circonio generalmente tienen un contenido de hafnio que varía desde unas pocas décimas del 1 por ciento hasta varios por ciento. Para algunos propósitos, la separación de los dos elementos no es importante: el circonio que contiene alrededor del 1 por ciento de hafnio es tan aceptable como el circonio puro.
El uso más importante del circonio es en reactores nucleares para revestir barras de combustible, para alear con uranio, y para las estructuras del núcleo del reactor debido a su combinación única de propiedades. El circonio tiene buena resistencia a temperaturas elevadas, resiste la corrosión de los refrigerantes que circulan rápidamente, no forma isótopos altamente radiactivos y resiste el daño mecánico por bombardeo de neutrones. El hafnio, presente en todos los minerales de circonio, debe eliminarse escrupulosamente del metal destinado a reactores porque absorbe fuertemente los neutrones térmicos.
La separación de hafnio y circonio generalmente se logra mediante un procedimiento de extracción líquido-líquido en contracorriente. En el procedimiento, se disuelve tetracloruro de circonio bruto en una solución acuosa de tiocianato de amonio y se hace pasar metil isobutil cetona en contracorriente a la mezcla acuosa, con el resultado de que el tetracloruro de hafnio se extrae preferentemente.
Los radios atómicos de circonio y hafnio son 1,45 y 1,44 Å, respectivamente, mientras que los radios de los iones son Zr4 +, 0,74 Å y Hf4 +, 0,75 Å. La identidad virtual de los tamaños atómico e iónico, resultante de la contracción del lantanoide, tiene el efecto de hacer que el comportamiento químico de estos dos elementos sea más similar que el de cualquier otro par de elementos conocido. Aunque la química del hafnio se ha estudiado menos que la del zirconio, los dos son tan similares que solo se esperarían diferencias cuantitativas muy pequeñas, por ejemplo, en las solubilidades y volatilidades de los compuestos, en casos que no se han investigado realmente.
El circonio absorbe oxígeno, nitrógeno e hidrógeno en cantidades asombrosas. Aproximadamente a 800 ° C (1,500 ° F) se combina químicamente con oxígeno para producir el óxido, ZrO2. El circonio reduce los materiales de crisol refractarios como los óxidos de magnesio, berilio y torio. Esta fuerte afinidad por el oxígeno y otros gases explica su uso como captador para eliminar los gases residuales en los tubos de electrones. A temperaturas normales en el aire, el circonio es pasivo debido a la formación de una película protectora de óxido o nitruro. Incluso sin esta película, el metal es resistente a la acción de ácidos débiles y sales ácidas. Se disuelve mejor en ácido fluorhídrico, en cuyo procedimiento la formación de complejos fluorados aniónicos es importante para estabilizar la solución. A temperaturas normales no es particularmente reactivo, pero se vuelve bastante reactivo con una variedad de no metales a temperaturas elevadas. Debido a su alta resistencia a la corrosión, el circonio ha encontrado un uso generalizado en la fabricación de bombas, válvulas e intercambiadores de calor.El circonio también se utiliza como agente de aleación en la producción de algunas aleaciones de magnesio y como aditivo en la fabricación de ciertos aceros.