El circonio o zirconio es un elemento químico de número atómico40 y peso atómico 91.224. Situado en el grupo4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Zr. El nombre de circonio se toma del mineral circón, la fuente más importante de circonio, y que deriva de la palabra persa «zargun - », que significa «dorado».
Es un metal de transición brillante, de color blanco grisáceo, duro, resistente a la corrosión, de apariencia similar al acero. Los minerales más importantes en los que se encuentra son el circón (ZrSiO4) y la baddeleyita (ZrO2), aunque debido al gran parecido entre el circonio y el hafnio (no hay otros elementos que se parezcan tanto entre sí) realmente estos minerales son mezclas de los dos; los procesos geológicos no han sido capaces de separarlos. Se utiliza sobre todo en reactores nucleares (por su baja sección de captura de neutrones). También se emplea como refractario y opacificador, como material abrasivo y, en pequeñas cantidades, como agente de aleación por su fuerte resistencia a la corrosión.
Historia thumb|left|Circonio puro. El circonio (del persa zargun, que significa «color dorado») fue descubierto en 1789 por Martin Heinrich Klaproth a partir del circón (Zr [SiO4]) piedra preciosa conocida desde la antigüedad. En 1824 Jöns Jacob Berzelius lo aisló en estado impuro; hasta 1914 no se preparó el metal puro.
En algunas escrituras bíblicas se menciona el mineral circón, que contiene circonio, o alguna de las variaciones de dicho mineral (jargón, jacinto, etc.) No se conocía que el mineral contenía un nuevo elemento hasta que Klaproth analizó un jergón procedente de Ceilán, en el océano Índico, denominando al nuevo elemento como circonia. Berzelius lo aisló impuro por la reducción de fluoruro de potasio y circonio, K2ZrF6 con potasio, para lo cual calentó una mezcla de fluoruro de potasio y circonio y potasio en un tubo de hierro. Después tratado con agua, secado y calentamiento prolongado en ácido clorhídrico diluido obtuvo un polvo semejante a negro de carbón.Johann Joseph Prechtl: Jahrbücher des kaiserlichen königlichen polytechnischen Instituts in Wien, 1826, Bd. 9, S. 265.
Sin embargo, hasta 1924 no se determinó la correcta masa atómica, ya que se desconocía que el circonio natural siempre contiene pequeñas cantidades de hafnio. Sin esta información, las mediciones de la masa atómica siempre fueron muy elevadas.O. Hönigschmied, E. Zintl, F. Gonzalez: Über das Atomgewicht des Zirconiums. In: Zeitschrift für allgemeine und anorganische Chemie, 1924, 139, S. 293–309.
La primera aplicación práctica de circonio se utiliza como flash en fotografía.
Propiedades Propiedades físicas thumb|izq|Estructura cristalina del α-circonio Es un metal sólido a temperatura ambiente, blanco grisáceo, lustroso. Es un metal pesado (densidad 6,501 g/ cm³ a 25 °CGordon B. Skinner, Herrick L. Johnston: Thermal Expansion of Zirconium between 298°K and 1600°K. In: J. Chem. Phys. 1953, 21, S. 1383-1284, .), pero más ligero que el acero, con una dureza similar a la del cobre.
El punto de fusión de circonio es 1855 °C (3371 °F), y su punto de ebullición es de 4371 °C (7900 °F). circonio tiene una electronegatividad de 1.33 en la escala de Pauling. De los elementos del bloque d, el circonio tiene la cuarta más baja electronegatividad después de itrio, lutecio y hafnio.
A temperatura ambiente el circonio presenta una estructura cristalina hexagonal compacta, α-Zr, del mismo tipo que el magnesio. A 863 °C cambia a una estructura cristalina cúbica centrada, β-Zr, similar a la del wolframio. El circonio conserva la fase-β hasta el punto de fusión.
Las aleaciones con zinc se vuelven magnéticas por debajo de 35K. ZrZn2 es una de las dos sustancias que presentan superconductividad y ferromagnetismo simultáneamente, la otra es UGe2. Por debajo de 0.55K el circonio es superconductor.
Puro es dúctil y maleable, es de fácil laminación y forja. Pero pequeñas impurezas de hidrógeno, carbono o nitrógeno lo vuelven frágil y difícil de procesar. La conductividad eléctrica es relativamente mala para ser un metal, es sólo el 4 % de la del cobre. Pero a pesar de su mal conductividad eléctrica es relativamente buen conductor térmico. Si lo comparamos con el titanio los puntos son de fusión y de ebullición son ligeramente más altos (punto de fusión: titanio: 1667 °C, de circonio: 1857 °C). La conductividad eléctrica y térmica es mejor.
Las propiedades de circonio y el homólogo más pesado, el hafnio, son similares debido a la contracción lantánida. Esta hace que los radios atómicos sean semejantes (Zr: 159pm, Hf: 156pmHolleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1. ) y tanto las propiedades similares. Los dos metales, sin embargo, difieren considerablemente en su densidad, Zr: 6,5 g/cm³ , Hf: 13,3 g/cm³.N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage, VCH Verlagsgesellschaft, 1988, ISBN 3-527-26169-9.
Una propiedad de gran importancia para el empleo del circonio en reactores nucleares es su baja sección eficaz de captura de neutrones. Por el contrario el hafnio tiene una sección muy elevada esto hace necesario el proceso de separación para aplicaciones nucleares.
Propiedades químicas Sus estados de oxidación más comunes son +2, +3 y +4.
El circonio forma una delgada y compacta capa de óxido, circonio pasivado y por lo tanto inerte. Presenta una alta resistencia a la corrosión por álcalis, ácidos, agua salada y otros agentes. Las bases acuosas reaccionan con el circonio. Pero se puede disolver mediante ácido fluorhídrico (HF), seguramente formando complejos con los fluoruros. También, se disolverá en una mezcla de ácido clorhídrico y sulfúrico especialmente cuando está presente el flúor.
Cuando está finamente dividido es altamente inflamable, puede arder espontáneamente en contacto con el aire (reacciona antes con el nitrógeno que con el oxígeno), especialmente a altas temperaturas. En forma compacta es mucho menos propenso a la ignición, a presiones moderadas, reacciona solo al rojo vivo con el oxígeno y el nitrógeno. Pero a una presión elevada de circonio reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente, ya que el óxido de circonio formado es soluble en el metal fundido.
Isótopos miniaturadeimagen|Modelo de bolas y palos del complejo de dicloruro de circonoceno, [Cp2ZrCl2], tal como se encuentra en la estructura cristalina. cristalografía de rayos X El circonio de origen natural está formado por cuatro isótopos estables:90Zr, 91Zr, 92Zr, 94Zr y un radioisótopo de muy larga vida media 96Zr. El 94Zr puede sufrir una doble desintegración beta (no observada experimentalmente) con una vida media de más de 1,10×1017años. El 96Zr tiene una vida media de 2,4×1019años, por lo que es el radioisótopo más longevo de circonio. De estos isótopos naturales, el 90Zr es la más común, representa 51,45 % de todo el zirconio, mientras que el 96Zr es el menos común, que comprende solo 2,80 % de circonio.
Se han sintetizado veintiocho isótopos artificiales del circonio, que van en la masa atómica de 78 a 110. El 93Zr es el isótopo artificial de vida más larga, con una vida media de 1,53×106años. El 110Zr es el isótopo más pesado de circonio, y también el de más corta duración, y se estima que la vida media de sólo 30ms. La mayoría tienen periodos de semidesintegración de menos de un día, excepto el 95Zr (64,02días), 88Zr (63,4días) y 89Zr (78,41horas). Los radioisótopos en o por encima de número de masa 93 se desintegran por desintegración beta β -, mientras que los que están en o por debajo de 89 por desintegración β +. La única excepción es el 88Zr, que se desintegra por captura electrónica ε.
También existen cinco isótopos de circonio en la forma de isómeros metaestable: 83mZr, 85mZr, 89mZr, 90M1Zr, 90m2Zr y 91mZr. De estos, 90m2Zr tiene la vida media más corta 131 nanosegundos, mientras que 89mZr es el más longevo con una vida media de 4,161minutos.
Aplicaciones Principalmente (en torno a un 90 % del consumido) se utiliza, generalmente aleado, zircaloy, en reactores nucleares, debido su resistencia a la corrosión y su muy baja sección de captura de neutrones. La sección de captura del hafnio es alta, por lo que es necesario separarlos para esta aplicación (para otras, no es necesario), generalmente mediante un proceso de extracción con dos disolventes no miscibles, o bien empleando resinas de intercambio iónico. Se utiliza como aditivo en aceros obteniéndose materiales muy resistentes. También se emplean aleaciones con níquel en la industria química por su resistencia frente a sustancias corrosivas, especialmente para válvulas, bombas, tuberías e intercambiadores de calor El óxido de circonio impuro se emplea para fabricar crisoles de laboratorio (que soportan cambios bruscos de temperatura), recubrimiento de hornos y como material refractario en industrias cerámicas y de vidrio. El óxido de circonio estabilizado con itrio es ampliamente utilizado en odontología para la confección de prótesis fijas, prótesis removibles y pilares de implantes. Además, es utilizado para el reemplazo de articulaciones, ya que es un material bioinerte al igual que el titanio. También se emplea en intercambiadores de calor, tubos de vacío y filamentos de bombil se emplean para la fabricación de antitranspirantes. Con fines militares se emplea como agente incendiario, como el cartucho aliento de dragón. Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas, por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores. Por otra parte, la aleación con cinc es magnética por debajo de los 35K. El óxido de circonio se usa en joyería; es una gema artificial denominada circonita que imita al diamante. Podemos agregar una industria en sus comienzos: la fabricación de hojas de corte, que pueden ser extremadamente resistentes y duraderas, superando a las mejores aleaciones de acero. Hoy podemos encontrar cuchillos y otros accesorios de cocina de tipo comercial y profesional. Se utiliza como aditivo para fabricar arenas sintéticas.
Abundancia thumb|right|Producción mundial de circón.