Faits sur le zirconium

Le zirconium est un métal de transition gris argenté, un type délément malléable et ductile qui forme facilement des composés stables. Il est également très résistant à la corrosion. Le zirconium et ses alliages sont utilisés depuis des siècles de nombreuses façons.

Il est couramment utilisé dans les environnements corrosifs. Les alliages de zirconium peuvent être trouvés dans les tuyaux, les raccords et les échangeurs de chaleur, selon Chemicool. Selon la Minerals Education Coalition, le zirconium est également utilisé dans les alliages dacier, les glaçures colorées, les briques, les céramiques, les abrasifs, les ampoules flash, les filaments de lampe, les pierres précieuses artificielles et certains déodorants. briques, creusets de laboratoire, instruments chirurgicaux, verre de télévision, élimination des gaz résiduels des tubes à vide et agent de durcissement dans des alliages tels que lacier, selon Lenntech. Selon le laboratoire Jefferson, le carbonate de zirconium est également utilisé pour traiter le sumac vénéneux.

Le zirconium a été trouvé dans les étoiles de type S, le soleil, les météorites et dans les roches lunaires, selon le Los Alamos National Laboratory . Les roches lunaires semblent avoir une teneur en zircon étonnamment élevée par rapport aux roches terrestres, selon lanalyse déchantillons de roches lunaires des différentes missions Apollo.

Sur Terre, les sources de zirconium sont principalement les minéraux zircon et baddeleyite (dioxyde de zirconium), qui sont extraits aux États-Unis, en Australie, au Brésil, en Afrique du Sud, en Russie et au Sri Lanka, selon Minerals Education Coalition. Labondance naturelle du zirconium dans la croûte terrestre est de 165 parties par million en poids, selon Chemicool.

Juste les faits

• Atomic nombre (nombre de protons dans le noyau): 40
• Symbole atomique (sur le tableau périodique des éléments): Zr
• Poids atomique (masse moyenne de latome): 91,22
• Densité: 3,77 onces par pouce cube (6,52 grammes par cm cube)
• Phase à température ambiante: solide
• Point de fusion: 3362 degrés Fahrenheit (1850 degrés Celsius)
• Point débullition: 7,952 F (4,400 C)
• Nombre disotopes naturels (atomes du même élément avec un nombre différent de neutrons): 5. Il y a aussi 20 isotopes artificiels créés dans un laboratoire.
• Isotopes les plus courants: Zr-90 (51,5% de labondance naturelle), Zr-94 (17,38% de labondance naturelle), Zr-92 (17,15% de labondance naturelle), Zr- 91 (11,2% de labondance naturelle), Zr-96 (2,8% de labondance naturelle)

Histoire

Le zircon, une pierre précieuse, est disponible en bleu, jaune , variétés vertes, brunes, oranges, rouges et parfois violettes. Le mot vient du persan « zargun » ou couleur or. Selon Peter van der Krogt, un historien néerlandais, il est utilisé dans les bijoux et autres décorations depuis des siècles. Selon Minerals.net, il ressemble plus à un diamant quà tout autre bijou naturel. Au Moyen Âge, on croyait même que le zircon induisait le sommeil, favorisait la richesse, lhonneur et la sagesse et chassait les fléaux et les mauvais esprits.

Martin Heinrich Klaproth, un chimiste allemand, a découvert le zirconium en 1789 dans un échantillon de zircon du Sri Lanka, selon Chemicool. La composition de léchantillon était de 25 pour cent de silice, 0,5 pour cent doxyde de fer et 70 pour cent dun nouvel oxyde quil a appelé zirconerde (ou « zircon de la terre »). Klaproth a également découvert plus tard le zirconerde dans la jacinthe, une variété jaune pâle de zircon, mais il était incapable de séparer le métal, selon van der Krogt.

Sir Humphry Davy, un chimiste anglais, a tenté de séparer le zirconerde pour obtenir du zirconium pur en 1808 en utilisant lélectrolyse, mais sans succès, Selon Chemicool, il a cependant suggéré le nom de zirconium pour le métal lui-même, selon van der Krogt.

Jons J. Berzelius, un chimiste suédois, a isolé le zirconium en 1824, selon Chemicool. Il a produit du zirconium sous forme de poudre noire en chauffant un tube de fer contenant un mélange de fluorure de potassium et de potassium et de zirconium (Kr2ZrF6).

Anton Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer, chimistes néerlandais, ont produit des produits purs du zirconium en 1925 par chauffage du tétrachlorure de zirconium (ZrCl4) avec du magnésium, selon la Royal Society of Chemistry. Cette méthode a produit une barre de cristal de zirconium pur, selon Chemicool.

Qui savait?

• Zircon est parfois confondu avec la zircone cubique, un simulant de diamant synthétique et peu coûteux. Cependant, selon Minerals.net, les deux sont des substances entièrement distinctes et nont aucun lien entre elles, sauf quelles contiennent toutes deux lélément zirconium dans leur structure chimique.
• Selon Lenntech, environ 7 000 tonnes de zirconium sont produites chaque année.
• Le zirconium se combine avec le silicate pour créer le zircon semi-précieux naturel, selon Chemicool. Le zirconium combiné au dioxyde crée de la zircone cubique, qui est couramment utilisée comme substitut des diamants.
• Le zirconium a une très faible toxicité et on estime que les humains ingèrent environ 50 microgrammes (1,8 x 10-6 onces) par jour , dont la plupart traverse le système digestif sans être absorbé, selon Lenntech.
• Le corps humain est composé denviron 0,000001% de zirconium, selon Minerals Education Coalition.
• Lutilisation de zirconate de lithium peut être utile pour absorber lexcès de dioxyde de carbone dans latmosphère, selon Chemicool.
• Les roches contenant du zircon qui ont été découvertes en Australie en 2000 datent de 4,4 milliards dannées et le rapport isotopique de loxygène ( O16 / O18) a montré que la vie a commencé sur Terre près de 500 millions dannées plus tôt quon ne le croyait auparavant, selon un article écrit par John Emsley, un écrivain scientifique, publié dans Nature en 2014.
• La poudre de zirconium peut senflammer spontanément dans lair, selon Chemicool . En raison de cette propriété, le zirconium en poudre est parfois utilisé dans les engins explosifs, selon Emsley.
• Selon les Centers for Disease Control and Prevention, la poudre de zirconium peut provoquer une irritation des yeux pour une exposition à court terme et peut être nocive aux poumons pour une exposition prolongée ou répétée.

Recherches en cours

Car si sa haute tolérance à la corrosion et sa résistance, le zirconium est présent dans plusieurs composés dans divers usages médicaux. Selon Zirconia Concept, lutilisation de composés de zirconium en médecine a commencé en 1969 lorsquelle a été utilisée pour fabriquer des prothèses de hanche. Les prothèses en zircone (ZrO2) ont été développées comme alternative au titane, à lacier et à laluminium et se sont avérées à la fois plus résistantes et avec une meilleure biocompatibilité. Environ 300 000 patients au cours des quatre dernières décennies avec des prothèses en zircone nont montré aucune réponse négative.

La zircone est également largement utilisée dans les restaurations dentaires, selon Zirconia Concept, et est généralement stabilisée avec de lyttria (ZrO2Y2O3). Le composé yttria-zircone présente de nombreux avantages par rapport aux autres matériaux. Il est plus compatible avec le corps humain et a deux fois la résistance à la flexion et quatre fois la résistance à la compression de lacier. Il a également une plus grande résistance aux bases acides trouvées dans de nombreux aliments.

Dautres nouvelles idées pour lutilisation des alliages de zirconium dans le domaine médical incluent un brevet déposé en 1999 par James Davidson et Lee Tuneberg, inventeurs américains. Ils décrivent un alliage contenant du niobium, du titane, du zirconium et du molybdène (NbTiZrMo) et ses avantages pour les dispositifs dentaires et autres dispositifs médicaux. Le zirconium dans lalliage donne des propriétés mécaniques plus élevées et réduit la température de fusion (avec le titane), une stabilisation supplémentaire et une meilleure résistance à la corrosion.

Un autre brevet déposé par Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim et Yosuke Sato, scientifiques japonais, en 2012 décrit un alliage de zirconium aux propriétés super élastiques utilisable dans les domaines biologiques et médicaux. Le zirconium est allié au titane, au niobium et soit à létain, soit à laluminium, ou aux deux. Lalliage est similaire à lélasticité des os humains, selon les valeurs données par le module de Young, ce qui en fait un matériau idéal pour les utilisations à lintérieur du corps humain, y compris les os artificiels, les articulations et les dents ainsi que les fils orthodontiques, les stents, les plaques osseuses , et autres implants médicaux.

Même si le zirconium et les autres éléments dans les alliages à usage dentaire et médical ne sont pas toxiques, des études sont toujours en cours pour garantir que les matériaux eux-mêmes n’ont pas d’effets indésirables sur le long terme terme. Une de ces études réalisée par un groupe de scientifiques en Italie, publiée dans PLOS One en 2016, sur un groupe de participants obèses a révélé quil pourrait y avoir un lien entre les implants de zirconium et certains problèmes de santé, tels que linflammation et les troubles du squelette et du tissu conjonctif. La quantité de changement dans certains marqueurs biologiques (miARN) était très faible et on pense quils saccumulent avec le temps, ce qui peut rendre difficile lidentification de la cause exacte. Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires, létude a aidé à comprendre le lien entre le corps humain et les dispositifs médicaux implantés. Lobjectif, selon les auteurs, est de tirer parti des ARNm pour aider à la cicatrisation des plaies et à lintégration hôte-implant.