zircònio

Descrizione generale

sm. [sec. XIX; da zircone]. Elemento chimico di simbolo Zr, di peso atomico 91,224 e di numero atomico 40. Nella crosta terrestre lo zirconio è presente per lo .0,02%, ma solo di rado si rinviene concentrato in giacimenti di dimensioni considerevoli. I minerali di importanza tecnica sono lo zircone e la baddeleyte, che si estraggono principalmente in Australia, nel Madagascar, in Norvegia e nel Canada. Scoperto da M. H. Klaproth nel 1789, lo zirconio venne ottenuto allo stato di metallo puro solo nel 1914. L'estrazione dai minerali, che comporta notevoli difficoltà, si effettua mediante fusione al forno elettrico ad arco dei minerali preliminarmente arricchiti; si perviene così a una miscela di carburi e nitruri contenente ca. l'80% di zirconio. Questi, per azione di cloro a 500 ºC, formano tetracloruro di zirconio che vieneridotto a spugna di zirconio mediante magnesio, secondo la reazione

La spugna viene poi fusa in atmosfera inerte al forno elettrico per ottenere lingotti con 97% di zirconio e 2,5% di afnio; quest'ultimo elemento accompagna lo zirconio nei suoi minerali e gli è molto simile nelle proprietà. La sua presenza non è dannosa se lo zirconio è destinato a essere usato quale metallo da costruzione ad alta resistenza chimica e meccanica; è nociva nello zirconio usato come metallo a bassa sezione di cattura per i neutroni nella costruzione dei reattori nucleari: in questo caso si deve ricorrere a raffinazione mediante il processo Van Arkel. Con tale processo una polvere di zirconio impuro viene fatta reagire con iodio in un tubo sotto vuoto nel quale è presente anche un filamento di zirconio mantenuto alla temperatura di 1400-1500 ºC. I vapori dei tetraioduri prodotti a contatto con il filamento si dissociano secondo la reazione ZrI₄ —→ Zr+2I₂ e danno luogo alla formazione di zirconio, che si deposita sulla superficie del filamento, e di iodio, che ritorna in ciclo. Il processo è continuo e a circuito chiuso: esso viene interrotto per la sostituzione del filamento una volta depositato il metallo raffinato, che non può essere mantenuto alla temperatura posta dalla reazione di dissociazione, e per l'aggiunta del metallo da raffinare.

I composti

Allo stato di elemento libero lo zirconio è un metallo di colore argenteo, duro ma duttile e malleabile, con un peso specifico di 6,49 e che fonde a 1852 ºC. È inalterabile agli agenti atmosferici e presenta una grande resistenza all'azione corrosiva degli acidi anche concentrati, eccetto il fluoridrico, e alle soluzioni alcaline. Per queste sue proprietà, e malgrado il costo relativamente elevato, lo zirconio si è affermato come materiale per la costruzione di apparecchiature per l'industria e di altri oggetti sottoposti a condizioni di esercizio gravose. Si impiegano allo scopo i vari tipi di leghe dello zirconio con piccole quantità di stagno, ferro, cromo, o nichel che stabilizzano la forma cristallina dello zirconio migliorandone le qualità meccaniche. I composti dello zirconio sono praticamente privi di tossicità e sono per lo più incolori. In essi lo zirconio si comporta quasi senza eccezione da tetravalente, con un carattere metallico poco pronunciato; i pochi composti dello zirconio bivalente e trivalente tendono a ossidarsi a composti dello zirconio tetravalente. Tra questi, il biossido ZrO₂ è una polvere bianca assai inerte; fonde a 2677 ºC, per cui trova impiego come refrattario di pregio e nelle costruzioni astronautiche.