Zirconio - Zr

Zirconio: caratteristiche, composti, utilizzo e metodo di produzione dello Zirconio

Lo zirconio, il cui nome deriva dal minerale zircone, fu evidenziato come nuovo elemento nel1787 da M.H. Klaproth, ma solo nel 1824 fu preparato allo stato elementare, molto impuro, da J.J. Berzelius. Successivamente (a partire dal 1914) furono messi a punto metodi di preparazione del metallo pressoché puro (contenente impurezze di afnio); a partire dagli anni '40 divenne infine possibile la preparazione di zirconio esente da afnio.

In natura, dove non si trova libero, ma in composti corrispondenti al suo stato di ossidazione +4, lo zirconio è un elemento relativamente abbondante (anche se raramente concentrato), che costituisce lo 0,015-0,020% della crosta terrestre. Il suo minerale principale è lo zircone ZrSiO4, presente in depositi sabbiosi.

Lo zirconio è un metallo grigio argenteo, duttile e malleabile, con buone caratteristiche meccaniche anche a temperatura elevata. Allo stato compatto è molto resistente anche a caldo all'ossidazione in aria e acqua e non è in genere attaccato dagli acidi e dalle basi. Fanno eccezione l'acido fluoridrico anche diluito e le soluzioni contenenti ioni fluoruro le quali attaccano lo zirconio con svolgimento di idrogeno. A caldo, in particolare se in polvere, reagisce a temperature via via più elevate con gli alogeni, l'ossigeno e con quasi tutti i non-metalli.

Zirconio: composti

Lo zirconio forma composti sia inorganici sia organici corrispondenti agli stati di ossidazione 0, +1, +2, +3, +4 (quest'ultimo è il più stabile e il più importante). Nelle soluzioni acquose di zirconio (IV) non esiste lo ione Zr4+, ma (a seconda delle condizioni) acquoioni complessi eventualmente polimerici, parzialmente idrolizzati.

Si conoscono mono-, di-, tri- e tetra-alogenuri; questi ultimi sono di gran lunga i più importanti e stabili. Si possono ricordare il tetrafluoruro ZrF4; il tetracloruro ZrCl4, idrolizzabile in acqua con formazione di ioni idrossocomplessi polimerici. A somiglianza dell'analogo composto di titanio, lo ZrCl4 è un forte acido di Lewis e si discioglie in molti solventi organici ossigeno- o azoto-donatori (esteri, eteri, chetoni, ammine ecc.), formando complessi generalmente esacoordinati.

Il diossido di zirconio ZrO2, costituisce in natura il minerale baddeleyte. Dato il suo elevato punto di fusione e le sue buone proprietà meccaniche, trova utilizzo nelle industrie del vetro e della ceramica come materiale abrasivo e refrattario; è inoltre impiegato per la preparazione di ossidi misti (detti zirconati), utilizzati per le loro proprietà piro- e piezoelettriche e di conducibilità elettrolitica a elevata temperatura. È anche sfruttato per la produzione di gemme sintetiche aventi proprietà ottiche simili a quelle del diamante.

Il silicato ZrSiO4, è il più importante composto dello zirconio, costituendo tra l'altro lo zircone; viene largamente utilizzato come pigmento ceramico (p.e. in campo sanitario), come refrattario per forni nell'industria del vetro e dell'acciaio, come abrasivo, e per la preparazione dello zirconio metallico e di suoi composti.

Zirconio: utilizzo

A causa della sua bassa sezione di assorbimento per i neutroni termici, delle sue eccellenti proprietà meccaniche e della buona resistenza alla corrosione, il 95% dello zirconio viene impiegato nelle centrali nucleari. Lo zirconio viene utilizzato anche per la realizzazione di tubazioni in ambienti corrosivi.