Zirconi

El zirconi és un element químic de nombre atòmic 40 situat en el grup 4 de la taula periòdica dels elements. El seu símbol és Zr.

És un metall dur, resistent a la corrosió, semblant a l'acer. Els minerals més importants en els quals es troba són el zircó (ZrSiO₄) i la baddeleyita (ZrO₂), encara que a causa de la gran semblança entre el zirconi i l'hafni (no hi ha altres elements que s'assemblen tant entre si) realment aquests minerals són mescles dels dos; els processos geològics no han estat capaços de separar-los. S'utilitza sobretot en reactors nuclears (per la seva baixa secció de captura de neutrons) i per a formar part d'aliatges amb alta resistència a la corrosió.

Història 
El zirconi (de l'àrab zargun, que significa 'color daurat') va ser descobert el 1789 per Martin Klaproth a partir del zircó. El 1824 Jöns Jacob Berzelius el va aïllar en estat impur; fins al 1914 no es va preparar el metall pur.

En algunes escriptures bíbliques es menciona el mineral zircó, que conté zirconi, o alguna de les seves variacions (jargó, jacint, etc.). No se sabia que el mineral contenia un nou element fins que Klaproth va analitzar un jargó procedent de Ceilan, a l'oceà Índic, denominant al nou element com zirconia. Berzelius el va aïllar impur escalfant una mescla de potassi i fluorur de potassi i zirconi en un procés de descomposició en un tub de ferro. El zirconi pur no es va preparar fins al 1914.

Abundància i obtenció 
El zirconi no es troba en la naturalesa com a metall lliure, però sí que formant part de nombrosos minerals. La principal font de zirconi s'obté del mineral zircó (silicat de zirconi, ZrSiO₄), que es troba en dipòsits a Austràlia, el Brasil, l'Índia, Rússia i Estats Units. El zircó s'obté com a subproducte de la mineria i processament de minerals de metalls pesants de titani, la ilmenita (FeTiO₃) i el rútil (TiO₂), i també d'estany. El zirconi i l'hafni es troben en el zircó en una relació de 50 a 1 i és molt difícil separar-los. També es troba en altres minerals, com la baddeleyita (ZrO₂) o la menezesita.

El metall s'obté principalment per mitjà d'una cloració reductiva a través del denominat procés de Kroll: primer es prepara el clorur, per a després reduir-lo amb magnesi. En processos semiindustrials es pot realitzar l'electròlisi de sals foses, obtenint-se el zirconi en pols que pot utilitzar-se posteriorment en pulverimetal·lúrgia.

Per a l'obtenció del metall amb major puresa se segueix el procés Van Arkel, basat en la dissociació del iodur de zirconi, obtenint-se una esponja de zirconi metall. Tant en aquest cas, com en l'anterior, l'esponja obtinguda es fon per a obtenir el lingot.

També és abundant en les estrelles de tipus S i s'ha detectat en el Sol i en meteorits. A més, s'ha trobat una alta quantitat d'òxid de zirconi (en comparació amb la present en l'escorça terrestre) en mostres provinents de la Lluna.

Característiques 
És un metall blanc grisenc, brillant i molt resistent a la corrosió. És més lleuger que l'acer amb una duresa semblant a la del coure. Quan està finament dividit pot cremar espontàniament en contacte amb l'aire (reacciona abans amb el nitrogen que amb l'oxigen), especialment a altes temperatures. És un metall resistent als àcids, però es pot dissoldre amb àcid fluorhídric (HF), segurament formant complexos amb els fluorurs. Els seus estats d'oxidació més comuns són +2, +3 i +4.

És dúctil i fàcil de treballar, i té unes bones propietats de transferència de calor i de resistència a la corrosió. Des del punt de vista químic, el zirconi és mitjanament reactiu. Finament dividit, es combina amb l’oxigen amb ignició, especialment en calent, mentre que en forma compacta l'oxidació és molt més lenta.

Isòtops 
En la naturalesa es troben quatre isòtops estables i un radioisòtop de molt llarga vida (Zr-96). El radioisòtop que el segueix en estabilitat és el Zr-93 que té un període de semidesintegració d'1,53 milions d'anys. S'han caracteritzat divuit radioisòtops més. La majoria tenen períodes de semidesintegració inferiors a un dia, excepte el Zr-95 (64,02 dies), Zr-88 (63,4 dies) i Zr-89 (78,41 hores). El principal mode de decaïment dels isòtops més lleugers que el Zr-92, és la captura electrònica, mentre que el dels més pesants que aquest és la desintegració beta.

Aplicacions 
Té nombroses aplicacions, derivades fonamentalment de la seva resistència a la corrosió i de la petita secció de captura neutrònica.

 Principalment (entorn d'un 90% del zirconi consumit) s'utilitza com a recobriment en reactors nuclears, pel fet que la seva secció de captura de neutrons és molt baixa. La secció de captura de l'hafni és alta, per la qual cosa és necessari separar-los per a aquesta aplicació (per a altres, no cal), generalment per mitjà d'un procés d'extracció líquid-líquid amb dos dissolvents no miscibles, o bé emprant resines d'intercanvi iònic.
 S'utilitza com a additiu en acers obtenint-se materials molt resistents. També s'empren aliatges amb níquel en la indústria química per la seva resistència enfront de substàncies corrosives.
 L'òxid de zirconi impur s'empra per a fabricar gresols de laboratori (que suporten canvis bruscos de temperatura), recobriment de forns i com a material refractari en indústries ceràmiques i de vidre.
 El metall és ben tolerat pels teixits humans, per la qual cosa pot emprar-se en articulacions artificials.
 També s'empra en intercanviadors de calor, tubs de buit i filaments de bombetes.
 Algunes de les seves sals s'empren per a la fabricació d'antitranspirants.
 Amb finalitats militars s'empra com a agent incendiari.
 Aliat amb niobi presenta superconductivitat a baixes temperatures, per la qual cosa es pot emprar per a fer imants superconductors. D'altra banda, l'aliatge amb zinc és magnètica per davall dels 35 K.
 L'òxid de zirconi s'usa en joieria; és una gemma artificial denominada zirconita que imita al diamant.

Usos mèdics 
Els compostos que porten zirconi s’utilitzen en moltes aplicacions biomèdiques, inclosos implants i corones dentals, substitucions de genolls i malucs, reconstrucció de l'ossicle de l’orella i altres dispositius restauradors i protètics.

El zirconi uneix la urea, una propietat que s'ha utilitzat àmpliament en benefici dels pacients amb insuficiència renal crònica. Per exemple, el zirconi és un component principal del sistema de regeneració i recirculació de dialitzat dependent de la columna sorbent conegut com a sistema REDY, que es va introduir per primera vegada el 1973. S'han realitzat més de 2.000.000 de tractaments de diàlisi mitjançant la columna sorbent del sistema REDY. Tot i que el sistema REDY va ser substituït als anys noranta per alternatives menys costoses, els nous sistemes de diàlisi basats en sorbents estan sent avaluats i aprovats per l'Administració d'Aliments i Fàrmacs (FDA) dels Estats Units. Renal Solutions va desenvolupar la tecnologia DIALISORB, un sistema portàtil de diàlisi de baix nivell d'aigua. A més, les versions de desenvolupament d'un ronyó artificial portàtil han incorporat tecnologies basades en sorbents.

El ciclosilicat de zirconi de sodi s’utilitza per via oral en el tractament de la hiperpotassèmia. És un absorbent selectiu dissenyat per atrapar els ions potassi en preferència d'altres ions del tracte gastrointestinal.

Una barreja de complexos monmèrics i polimèrics Zr4+ i Al3+ amb hidròxid, clorur i glicina, anomenada tetraclorhidrox gl o AZG, s’utilitza en una preparació com a antitranspirant en molts productes desodorants. Es selecciona per la seva capacitat d’obstruir els porus de la pell i evitar que la suor surti del cos.

Rol biològic 
No es coneix cap rol biològic per aquest element.

Precaucions 
No són molt comuns els compostos que continguen zirconi, i la seva toxicitat inherent és baixa. La pols metàl·lica pot cremar en contacte amb l'aire, per la qual cosa cal considerar-lo com un agent de risc de foc o explosió.

Vegeu també 
 Zircaloy

Enllaços externs 

 webelements.com - Zirconi 
 environmentalchemistry.com - Zirconi

Referències