Elemento chimico · scheda di riferimento

40Zr

Zirconio

Lo zirconio è l’elemento 40 (Zr), nel periodo 5, gruppo 4 e blocco d. A temperatura ambiente il suo stato di riferimento è solido. La configurazione elettronica è [Kr] 4d2 5s2.

Numero atomico40

Peso atomico standard91.222(3)

Gruppo4

Periodo5

Bloccod

Configurazione elettronica[Kr] 4d2 5s2

Struttura elettronica

Che cosa controlla la sua chimica

Gli orbitali d partecipano alla chimica dello zirconio. Gli elettroni di energie vicine possono essere coinvolti nei legami, favorendo stati di ossidazione variabili e complessi di coordinazione.

La configurazione [Kr] 4d2 5s2 cambia quando l’atomo viene ionizzato. Questo può modificare colore, magnetismo, geometria di coordinazione e reattività dei composti.

Forme chimiche

Composti, ioni e materiali

Lo zirconio forma leghe, ossidi, alogenuri e complessi di coordinazione. La varietà degli stati di ossidazione dipende dalla posizione nel blocco d e dall’ambiente chimico.

Comportamento fisico

Stato e cambiamenti di fase

A temperatura ambiente lo stato di riferimento dello zirconio è solido. Tra i dati riportati: densità 6.52 g/cm³, punto di fusione 2 128 K (1 855 °C), punto di ebollizione 4 650 K (4 377 °C). I valori misurati possono dipendere da purezza, pressione, struttura cristallina o forma allotropica.

Presenza e applicazioni

Dove si trova e come viene usato lo zirconio

Lo zirconio si trova in minerali, composti naturali o materiali tecnici a seconda della sua reattività. Le applicazioni riportate in questa scheda comprendono Reattori nucleari, Ceramiche e Leghe; in ciascun caso conta la forma chimica o la struttura del materiale.

Nella pratica

Esempi di usi concreti

Reattori nucleari

Lo zirconio è impiegato o studiato nei reattori nucleari come combustibile, materiale strutturale, assorbitore o componente di sistemi ausiliari, a seconda dell’isotopo e della forma chimica.

Ceramiche

Nell’ambito «Ceramiche», lo zirconio viene utilizzato in una forma chimica o materiale adatta. La proprietà sfruttata dipende dal composto, dalla struttura del materiale e dall’obiettivo tecnico.

Leghe

Lo zirconio viene aggiunto a leghe per modificare resistenza, durezza, corrosione, temperatura di fusione o altre proprietà del materiale.

Posizione periodica

Che cosa mostrano gli elementi vicini

Lo zirconio si trova nel periodo 5, gruppo 4 e blocco d. Nel riquadro compaiono nello stesso periodo l’ittrio a sinistra e il niobio a destra; nello stesso gruppo il titanio sopra e l’afnio sotto. Il confronto aiuta a seguire variazioni di raggio atomico, energia di ionizzazione e comportamento chimico lungo periodi e gruppi.

Dati di riferimento

Proprietà fisiche e atomiche

Classificazionemetallo di transizione

Stato a temperatura ambienteSolido

Gusci elettronici2 · 8 · 18 · 10 · 2

Densità6.52 g/cm³

Punto di fusione2 128 K (1 855 °C)

Punto di ebollizione4 650 K (4 377 °C)

Elettronegatività di Pauling1.33

Prima energia di ionizzazione640.1 kJ/mol

Affinità elettronica41.81 kJ/mol

I valori descrivono l’elemento o l’atomo neutro quando applicabile. Le proprietà fisiche possono dipendere dall’allotropo, dalla pressione e dalle condizioni di misura.

Storia

Scoperta e identificazione

La scoperta dello zirconio è associata a Martin Heinrich Klaproth. Riconoscimento dell’elemento, isolamento di una sostanza pura e assegnazione del moderno numero atomico non coincisero necessariamente nello stesso momento storico.

Isotopi e peso atomico

Come la composizione isotopica modifica i numeri

Il peso atomico standard è 91.222(3). È una media ponderata della composizione isotopica naturale e non la massa di un singolo atomo.

Gli isotopi dello zirconio hanno lo stesso numero di protoni e quindi appartengono allo stesso elemento, ma differiscono per il numero di neutroni e per la massa. Gli isotopi radioattivi si distinguono inoltre per vita media e modalità di decadimento.

Sicurezza

Manipolazione ed esposizione

I rischi associati allo zirconio dipendono dalla forma chimica, dalla dose e dalla via di esposizione. L’elemento, i suoi ioni e i suoi composti possono avere effetti biologici e ambientali molto diversi; occorre consultare i dati di sicurezza della sostanza effettivamente manipolata.