# Zirconio

Lo zirconio è l'elemento chimico di numero atomico 40 e il suo simbolo è Zr. È un metallo di transizione bianco-grigio, duro, il cui aspetto ricorda quello del titanio. È il secondo elemento del gruppo 4 del sistema periodico (collocato tra il titanio e l'afnio); fa quindi parte del blocco d, ed è un elemento di transizione della seconda serie (5° periodo).
Viene ottenuto perlopiù dallo zircone ed è molto resistente alla corrosione. Le leghe metalliche di zirconio sono largamente impiegate negli impianti nucleari a causa della bassa sezione di assorbimento per i neutroni, sia come rivestimento del combustibile nucleare sia nelle strutture di sostegno del nocciolo, e inoltre per la loro resistenza alla corrosione in acqua.

## Caratteristiche

È un metallo bianco-grigiastro, lucente ed eccezionalmente resistente alla corrosione. Lo zirconio è più leggero dell'acciaio ed ha una durezza comparabile a quella del rame. In forma di polvere può infiammarsi spontaneamente se è esposto ad alte temperature. Conduce bene calore ed elettricità e ha un'elevata temperatura di fusione (circa 1800 °C). Le proprietà dipendono molto dalle impurezze, che lo possono rendere fragile e difficile da lavorare (poco duttile).
A temperature inferiori a 35 K la lega di zinco e zirconio diventa magnetica.
Nei suoi composti, lo zirconio ha solitamente numero di ossidazione +2, +3 o +4.

## Applicazioni

L'uso principale dello zirconio è sotto forma di zircone (ZrSiO$_4$) per materiali refrattari, sabbie da fonderia e opacizzazione della ceramica. Lo zircone è anche commercializzato come pietra preziosa, usata in gioielleria. L'ossido di zirconio può essere trattato per produrre un'imitazione dei diamanti, in campo odontoiatrico è utilizzato lo zircone cubico per realizzare protesi dentali in zirconia con tecnologia CAD-CAM. Altri usi:
* Lo zirconio ha una bassa sezione di assorbimento per i neutroni, proprietà che lo rende ottimo per l'impiego in materiali per il rivestimento degli elementi di combustibile destinati a impianti di produzione di energia nucleare. Più del 90% di tutto lo zirconio metallico prodotto viene usato dalle centrali nucleari sparse per il mondo. I moderni reattori nucleari commerciali possono usare fino a 150 km di tubazioni in lega di zirconio.
* Largamente usato in chimica industriale per tubazioni in ambienti corrosivi.
* Lo zirconio è piroforico (infiammabile) ed è stato usato in ordigni incendiari militari.
* Il carbonato di zirconio si usa nelle lozioni contro l'edera velenosa (è un sequestrante del principio tossico del veleno).
* L'ossido di zirconio viene usato in odontoiatria come materiale per la costruzioni di protesi fisse.
* l'ossido viene usato nei trattamenti antiriflesso delle lenti degli obiettivi.
* Lo zircone, ossido impuro di zirconio, è usato per fabbricare crogioli da laboratorio in grado di sopportare forti shock termici, per il rivestimento di fornaci in metallurgia e dall'industria del vetro e della ceramica come materiale refrattario.
* I tessuti umani tollerano facilmente questo metallo, che quindi è adatto per giunti e protesi artificiali impiantabili, nonché nella realizzazione di strutture per protesi dentarie.
* Viene usato anche per produrre scambiatori di calore, leghe speciali e come getter, ovvero come agente degasatore nelle valvole termoioniche e nelle lampadine a incandescenza.
Quando è in lega con il niobio, lo zirconio è superconduttore a basse temperature e si usa per costruire magneti superconduttori; è anche possibile che cavi di tale materiale vengano usati su larga scala nella produzione e nella distribuzione di energia elettrica.

## Storia

Lo zirconio (dall'arabo zarkûn, a sua volta derivato dal persiano zargûn, "simile all'oro") fu scoperto nel 1789 da Martin Heinrich Klaproth e isolato nel 1824 da Jöns Jacob Berzelius.
I minerali dello zirconio, ovvero lo zircone e la zirconite erano noti nell'antichità e sono menzionati nelle scritture bibliche. Fu però l'analisi di Klaproth di uno zaffiro proveniente da Sri Lanka, allora Ceylon, a rivelare che questo minerale conteneva un elemento ancora sconosciuto, che egli battezzò Zirkonertz
Il metallo fu isolato in forma impura da Berzelius, che lo preparò scaldando una miscela di potassio e di fluoruro di zirconio e potassio in un tubo di ferro, provocandone la decomposizione. Lo zirconio puro fu ottenuto per la prima volta nel 1914.

## Disponibilità

Lo zirconio non si trova mai in natura come metallo puro e la sua principale fonte commerciale è il minerale di silicato di zirconio, lo zircone (ZrSiO$_4$), che si trova in giacimenti situati in Australia, Brasile, India, Russia e negli Stati Uniti. È estratto come polvere scura e fuligginosa, o come sostanza cristallina di color grigio metallico. Lo zirconio e l'afnio sono contenuti nello zircone in rapporto di 50 a 1 e sono molto difficili da separare. Lo zirconio è anche un sottoprodotto dello sfruttamento minerario e della lavorazione di sabbie minerali come la menaccanite, la ilmenite e il rutilo, o minerali di stagno. Lo zirconio è pure contenuto in altre 30 specie minerali note, compresa la baddeleyite. Il metallo si ottiene commercialmente per riduzione del tetracloruro con magnesio nel processo Kroll o per decomposizione termica su un filamento di tungsteno scaldato a circa 1300 °C del tetraioduro (processo van Arkel-de Boer) e attraverso altri metodi. Lo zirconio di qualità commerciale contiene ancora dall'1% al 3% di afnio.
Questo elemento è anche abbondante nelle stelle di tipo S ed è stato rilevato nel Sole e nelle meteoriti. I campioni di rocce lunari portati sulla terra dalle missioni Apollo hanno un contenuto di ossido di zirconio molto più alto rispetto a quelle terrestri.

## Isotopi

Lo zirconio in natura è composto di quattro isotopi stabili e di uno debolmente radioattivo, a vita estremamente lunga (lo $^{96}$Zr). Il secondo radioisotopo più stabile è lo $^{93}$Zr con una emivita di 1,53 milioni di anni. Sono noti altri diciotto radioisotopi, la maggior parte dei quali ha emivita di meno di un giorno, tranne $^{95}$Zr (64,02 giorni), $^{88}$Zr (63,4 giorni) e $^{89}$Zr (78,41 ore). Il modo di decadimento principale prima dello $^{92}$Zr è la cattura elettronica e quello principale dopo di esso è il decadimento beta.

## Precauzioni

La polvere di zirconio, se non stabilizzata, è facilmente infiammabile (piroforica).
Per la maggior parte delle persone è piuttosto raro imbattersi in composti dello zirconio, che comunque hanno una tossicità molto bassa. Lo zirconio non ha alcun ruolo in biologia.