Élément chimique · fiche de référence

40Zr

Zirconium

Le zirconium est l’élément 40 (Zr), situé en période 5, groupe 4 et dans le bloc d. À température ambiante, son état de référence est solide. Sa configuration électronique est [Kr] 4d2 5s2.

Numéro atomique40

Poids atomique standard91,222(3)

Groupe4

Période5

Blocd

Configuration électronique[Kr] 4d2 5s2

Structure électronique

Ce qui gouverne sa chimie

La sous-couche d intervient directement dans la chimie du zirconium. Les électrons d et s ont souvent des énergies proches, ce qui favorise plusieurs états d’oxydation, la formation de complexes et, pour de nombreux métaux de transition, des propriétés catalytiques.

La configuration [Kr] 4d2 5s2 doit être lue avec l’état d’oxydation du composé : retirer des électrons modifie l’occupation des orbitales d et peut changer couleur, magnétisme, géométrie de liaison et réactivité.

Formes chimiques

Composés, ions et matériaux

Pour le zirconium, les formes chimiques importantes comprennent le métal et ses alliages, ainsi que des oxydes, des halogénures et des complexes de coordination. Plusieurs états d’oxydation sont souvent possibles car les électrons s et d ont des énergies proches ; les ligands autour de l’ion métallique peuvent modifier fortement couleur, magnétisme et réactivité.

Comportement physique

État et changements de phase

À température ambiante, l’état de référence est solide. La masse volumique indiquée est 6,52 g/cm³. Le point de fusion est 2 128 K (1 855 °C). Le point d’ébullition est 4 650 K (4 377 °C). La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.

Présence et applications

Présence, formes et usages

Le zirconium est surtout extrait du zircon. Très résistant à la corrosion, le métal et ses alliages sont utilisés dans des équipements chimiques et, grâce à leur faible absorption des neutrons, dans le gainage de certains combustibles nucléaires ; le dioxyde de zirconium est aussi une céramique technique importante.

Dans la pratique

Exemples d’utilisations concrètes

réacteurs nucléaires

Le zirconium intervient selon l’isotope et la forme chimique dans les matériaux, combustibles, systèmes de contrôle ou dispositifs spécialisés des réacteurs.

céramiques

Le zirconium entre dans des céramiques choisies pour leur tenue à la chaleur, leur dureté, leur comportement électrique ou leur couleur.

alliages

Le zirconium est ajouté à des métaux pour modifier leur résistance, leur tenue à la corrosion, leur fusion ou leurs performances à haute température.

Position périodique

Ce que montrent les éléments voisins

Le zirconium est en période 5 et dans le groupe 4. Dans le voisinage affiché, il se trouve entre l’yttrium et le niobium sur la même période ; le titane est au-dessus et l’hafnium au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.

Données de référence

Propriétés physiques et atomiques

Classificationmétal de transition

État à température ambiantesolide

Électrons par couche2 · 8 · 18 · 10 · 2

Masse volumique6,52 g/cm³

Point de fusion2 128 K (1 855 °C)

Point d’ébullition4 650 K (4 377 °C)

Électronégativité de Pauling1,33

Première énergie d’ionisation640,1 kJ/mol

Affinité électronique41,81 kJ/mol

Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.

Histoire

Découverte et identification

La découverte du zirconium est associée à Martin Heinrich Klaproth. L’identification de l’élément, son isolement sous forme pure et l’attribution ultérieure de son numéro atomique ne correspondent pas nécessairement au même moment historique.

Isotopes et poids atomique

Ce que signifie la valeur du tableau

Le poids atomique standard est 91.222(3). Cette valeur décrit la composition isotopique de la matière terrestre naturelle ; ce n’est pas la masse d’un atome particulier.

Le zirconium possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.

Précautions

Manipulation et exposition

Les risques associés au zirconium dépendent de la forme chimique, de la dose et de la voie d’exposition. Le zirconium élémentaire, ses ions et ses composés peuvent avoir des effets biologiques très différents : il faut consulter les données de sécurité de la substance réellement manipulée.