Circonio


Símbolo: Zr
Clasificación: Metales de transición Grupo 4
Número Atómico: 40
Masa Atómica: 91,224
Número de protones/electrones: 40
Número de neutrones (Isótopo 91-Zr): 51
Estructura electrónica: [Kr] 4d2 5s2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 10, 2
Números de oxidación: +3, +4
Electronegatividad: 1,3
Energía de ionización (kJ.mol-1): 660
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 41
Radio atómico (pm): 160
Radio iónico (pm) (carga del ion): 109(+2), 87(+4)

Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 23,0
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 581,6
Punto de Fusión (ºC): 1855
Punto de Ebullición (ºC): 4409
Densidad (kg/m3): 6506; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 14,02
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Blanco-grisáceo.
Propiedades comparadas



Isótopos: Cinco isótopos naturales: 90-Zr (51,45%), 91-Zr (11,22%), 92-Zr (17,15%), 94-Zr (17,38%), 96-Zr (más de 3,8x1019 años, 2,80%). Veintisiete inestables cuyos períodos de semidesintegración oscilan entre 0,6 segundos (105-Zr) y 1,53x106 años (93-Zr).
Descubierto en: 1789
Descubierto por: Martin H. Klaproth
Fuentes: Minerales: circón (ZrSiO4) y badeleyita (ZrO2).
Usos: Componentes de los reactores nucleares, revestido de motores, construcción de barcos, construcción de imanes superconductores (Aleación Zr-Nb), transducción acústica, joyería (jacinto).
Curiosidades sobre el elemento: El nombre de circonio probablemente procede del persa zargun que es la palabra que describe el color de la piedra preciosa de coloración variada (castaño a verde pasando por azul, rojo amarillo, ....), conocida actualmente con varios nombres según su color: como circón (color oro), jargón (incoloro o amarillo paja), jacinto (rojo amarillo), .... Este mineral se menciona en la Biblia.
En 1789, al analizar un jargón de Ceilán, Klaproth descubrió que contenía un elemento nuevo, encontrando una nueva tierra, que Werner denominó circón (silex circonius) y Klaproth circonia (ZrO2).
Berzelius lo obtuvo en forma impura por primera vez en 1824, calentando una mezcla de potasio y fluoruro de potasio y circonio mediante un proceso de descomposición desarrollado por él.
El circonio es abundante en estrellas tipo S y se ha identificado en el Sol y los meteoritos. El análisis de rocas lunares ha dado un contenido en óxido de titanio sorprendentemente mayor que el que se obtiene de rocas terrestres.
Representa el 0,0165% en peso de la corteza terrestre. No se encuentra en estado elemental. El circón (ZrSiO4) es su fuente principal. Puede tener hasta un 4% de hafnio y otros elementos. La badeleyita (ZrO2) y hasta otros treinta minerales.
Actualmente se obtiene por el método Kroll: reducción del cloruro con magnesio (ver titanio). Existen otros métodos. Puesto que en sus minerales se encuentra hafnio, del cual es difícil de separar, el circonio comercial contiene siempre 1-3% de este elemento.
Es un metal blanco-grisáceo, brillante, dúctil, parecido al acero inoxidable.
Es un buen conductor del calor y su conductividad eléctrica es un 4% de la del cobre. Tiene una sección de captura de neutrones térmicos muy baja, por lo que tiene aplicaciones en energía nuclear, tales como revestimiento de elementos de combustible. Esta industria consume actualmente más del 90% de la producción de circonio. El circonio empleado debe estar libre de hafnio: para lograrlo se emplea intercambio iónico o métodos de fraccionamiento por extracción. La aleación Ziraloy(R) es la que habitualmente se emplea con estos fines.
Es muy estable frente a ácidos y bases comunes, agua marina y otras sustancias, debido a la capa de óxido que se forma en su superficie. Se disuelve en ácido fluorhídrico y en agua regia.
Cuando está finamente dividido, puede arder espontáneamente en el aire, especialmente si la temperatura es elevada, aunque en esas condiciones también se combina con el nitrógeno, formando óxido, nitruro y oxinitruro. Si no lo está, es más difícil que arda.
En caliente reacciona con el cloro.
Se conocen dos modificaciones de su red cristalina: a-Zr (hexagonal) que se transforma en b-Zr (cúbica centrada en el cuerpo) a 870ºC.
Como metal puro tiene pocas aplicaciones. Aleado se usa ampliamente en la industria química en aquellos procesos en que se utilizan sustancias corrosivas: aleado con níquel comunica resistencia a los ácidos y álcalis.
Como "getter" (afinador de vacío, es decir, eliminar trazas de gases) en lámparas de vacío, aleante en aceros, bulbos de flash, hilado de rayón, filamentos de lámparas, etc.
Aleado con cinc se obtiene un material que es magnético por debajo de 35 K.
Con niobio es superconductor a bajas temperaturas y se emplea para construir imanes superconductores.
Entre sus compuestos:
El óxido de circonio (circón), resistente a los ácidos y bases, tiene un alto índice de refracción y de fusión y se utiliza como piedra preciosa imitación del diamante en el caso de cristales de tamaño apreciable. El óxido impuro (circonia) se usa para crisoles de laboratorio que resisten grandes cambios de temperatura, en el recubrimiento de hornos metalúrgicos y en la industria del vidrio y de la cerámica como material refractario (lo que supone una gran parte del circonio consumido). También se usa como abrasivo y pigmento blanco de la porcelana.
Los cristales claros, amarillo rojizos del circón, constituyen la piedra preciosa denominada jacinto.
La toxicidad del circonio o sus compuestos es baja.
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©Antonio Jiménez