Zr · Elemento 40 · Metal de transição
Praticamente transparente aos neutrões, e por isso reveste as barras de combustível de quase todos os reatores nucleares.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte-Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para rodar. O azul e o violeta indicam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde zircónio se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 160 pm — isso corresponde a 0,16 nm, portanto cerca de 3,13 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Zircónio permanece líquido em uma faixa de 2554 K, de 2128 K a 4682 K.
Onde está localizado
A história
O zircónio é o metal incrivelmente resistente e resistente à corrosão que mantém os reatores nucleares seguros e faz os diamantes brilharem. Este metal de transição brilhante, branco-acinzentado, tem a notável propriedade de ser quase transparente aos neutrões, ao mesmo tempo que é extremamente resistente à corrosão, o que o torna absolutamente essencial para a geração de energia nuclear. Nomeado a partir da palavra persa "zargun", que significa cor de ouro, o zircónio tornou-se um dos elementos mais importantes estrategicamente na tecnologia moderna. Descoberto em 1789 pelo químico alemão Martin Heinrich Klaproth durante a análise da gema zircão, o zircónio permaneceu em grande parte uma curiosidade de laboratório por mais de 150 anos. O metal puro só foi isolado em 1824 por Jöns Jacob Berzelius, e o zircónio de alta pureza só se tornou disponível na década de 1940, quando a indústria nuclear precisava desesperadamente de materiais que não interferissem nas reações nucleares. O que torna o zircónio absolutamente extraordinário são as suas propriedades nucleares únicas. Ao contrário da maioria dos metais, o zircónio é quase transparente aos neutrões — eles passam diretamente através dele sem serem absorvidos. Isso torna as ligas de zircónio perfeitas para o revestimento do combustível de reatores nucleares, contendo o combustível radioativo e permitindo que os neutrões se movimentem livremente para sustentar a reação em cadeia nuclear. Mais de 90% dos reatores nucleares em todo o mundo usam varetas de combustível de liga de zircónio. O zircónio tem uma resistência incrível à corrosão, superando até mesmo o aço inoxidável em ambientes agressivos. Ele forma uma camada de óxido ultrafina e autorregenerativa que o protege de ácidos, álcalis e água do mar. Isso torna o zircónio perfeito para equipamentos de processamento químico, implantes médicos e aplicações marítimas, nas quais outros metais sofreriam corrosão rapidamente. Aqui está algo deslumbrante: a zircónia cúbica (dióxido de zircónio sintético) é um dos simulantes de diamante mais populares já criados. É quase tão dura quanto o diamante, possui propriedades ópticas brilhantes e pode ser produzida em qualquer cor, sendo a base de uma indústria de joias de bilhões de dólares.
Martin Heinrich Klaproth descobriu o zircónio em 1789 durante a análise de gemas de zircão. Jöns Jakob Berzelius isolou pela primeira vez o metal zircónio impuro em 1824, embora o zircónio puro tenha exigido o desenvolvimento do processo Kroll na década de 1940.
Aplicações
A excepcional resistência à corrosão e a baixa absorção de neutrões do zircónio tornam-no indispensável para reatores nucleares, enquanto a sua biocompatibilidade e resistência permitem implantes médicos avançados e aplicações aeroespaciais.
O revestimento de combustível Zircaloy envolve as pastilhas de combustível de urânio nos reatores nucleares, proporcionando resistência à corrosão em água a alta temperatura e permitindo a transmissão de neutrões para manter a fissão nuclear. A baixa secção transversal de absorção de neutrões do zircónio torna-o ideal para componentes do núcleo do reator, nos quais a economia de neutrões é crítica.
Os equipamentos de zircónio lidam com produtos químicos altamente corrosivos, incluindo ácido clorídrico, ácido sulfúrico e ácidos orgânicos, em temperaturas e concentrações que destroem o aço inoxidável em poucas horas. A fabricação farmacêutica e de produtos químicos finos depende da inércia química do zircónio para o processamento de alta pureza.
As ligas de zircónio proporcionam excelentes relações resistência/peso para componentes de aeronaves que operam em ambientes corrosivos. As aplicações espaciais utilizam a resistência do zircónio ao oxigénio atômico e aos ciclos térmicos em componentes estruturais de satélites.
De onde vem
165 mg/kg da crosta terrestre · mais abundante do que 85% dos elementos
O zircónio ocorre principalmente nos minerais zircão (ZrSiO₄) e baddeleyita (ZrO₂). O zircão é um dos minerais mais duráveis da Terra, sobrevivendo por bilhões de anos e fornecendo informações cruciais sobre a história da Terra primitiva e a formação planetária.
Manuseio
O metal zircónio e a maioria dos seus compostos apresentam baixa toxicidade e excelente biocompatibilidade. O pó de zircónio apresenta riscos de incêndio e explosão que exigem procedimentos adequados de armazenamento e manuseio.
Aplicam-se procedimentos padrão de segurança para trabalho com metais à usinagem e fabricação de zircónio. Sistemas de supressão de incêndios e o armazenamento em atmosfera inerte evitam a ignição do pó de zircónio.
Respostas rápidas
Zircónio (símbolo Zr) é o elemento 40 da tabela periódica, um Metal de transição do período 5, grupo 4. Praticamente transparente aos neutrões, e por isso reveste as barras de combustível de quase todos os reatores nucleares. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Kr] 4d² 5s², resultando em 5 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 18, 10, 2.Zircónio derrete a 2128 K (1854.9 °C) e entra em ebulição a 4682 K (4408.9 °C). Isso o coloca entre os elementos mais refratários — ele permanece sólido em temperaturas que vaporizam a maioria dos metais.
A massa atómica padrão de Zircónio é 91.224 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Zircónio tem densidade de 6.52 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Zircónio é aproximadamente 6.5× mais pesado.
Zircónio tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.33. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Zircónio foi descoberto em 1789 por Martin Heinrich Klaproth. Recebe esse nome em homenagem a persa zargun, "da cor do ouro".
Zircónio constitui sobre 165 mg/kg da crosta terrestre — é comum o suficiente para ser extraído em grande escala.