Informazioni sullo zirconio

Lo zirconio è un metallo di transizione grigio argento, un tipo di elemento che è malleabile e duttile e forma facilmente composti stabili. Inoltre è altamente resistente alla corrosione. Lo zirconio e le sue leghe sono stati usati per secoli in unampia varietà di modi.

È comunemente usato in ambienti corrosivi. Le leghe di zirconio possono essere trovate in tubi, raccordi e scambiatori di calore, secondo Chemicool. Lo zirconio è anche utilizzato in leghe di acciaio, smalti colorati, mattoni, ceramiche, abrasivi, flash, filamenti di lampade, pietre preziose artificiali e alcuni deodoranti, secondo Minerals Education Coalition.

Altri usi per lo zirconio includono convertitori catalitici, fornace mattoni, crogioli da laboratorio, strumenti chirurgici, vetri televisivi, rimozione dei gas residui dai tubi a vuoto e come agente indurente in leghe come lacciaio, secondo Lenntech. Inoltre, il carbonato di zirconio è usato per trattare ledera velenosa, secondo il Jefferson Laboratory.

Lo zirconio è stato trovato nelle stelle di tipo S, nel sole, nei meteoriti e nelle rocce lunari, secondo il Los Alamos National Laboratory . Le rocce lunari sembrano avere un contenuto di zirconi sorprendentemente elevato rispetto alle rocce terrestri, secondo lanalisi dei campioni di roccia lunare delle varie missioni Apollo.

Sulla Terra, le fonti di zirconio sono principalmente i minerali zircone e baddeleyite (biossido di zirconio), che vengono estratti negli Stati Uniti, Australia, Brasile, Sud Africa, Russia e Sri Lanka, secondo Minerals Education Coalizione. La naturale abbondanza di zirconio nella crosta terrestre è di 165 parti per milione in peso, secondo Chemicool.

Solo i fatti

• Atomico numero (numero di protoni nel nucleo): 40
• Simbolo atomico (sulla tavola periodica degli elementi): Zr
• Peso atomico (massa media dellatomo): 91,22
• Densità: 3,77 once per pollice cubo (6,52 grammi per cm cubo)
• Fase a temperatura ambiente: solido
• Punto di fusione: 3,362 gradi Fahrenheit (1.850 gradi Celsius)
• Punto di ebollizione: 7.952 F (4.400 C)
• Numero di isotopi naturali (atomi dello stesso elemento con un diverso numero di neutroni): 5. Sono stati creati anche 20 isotopi artificiali in un laboratorio.
• Isotopi più comuni: Zr-90 (51,5% dellabbondanza naturale), Zr-94 (17,38% dellabbondanza naturale), Zr-92 (17,15% dellabbondanza naturale), Zr- 91 (11,2% dellabbondanza naturale), Zr-96 (2,8% dellabbondanza naturale)

Storia

Lo zircone, una pietra preziosa, è disponibile in blu, giallo , varietà verdi, marroni, arancioni, rosse e occasionalmente viola. La parola deriva dal persiano “zargun” o color oro. È stato utilizzato in gioielleria e altre decorazioni per secoli, secondo Peter van der Krogt, uno storico olandese. Secondo Minerals.net, sembra più simile a un diamante rispetto a qualsiasi altra gemma naturale. Durante il Medioevo, si credeva addirittura che lo zircone inducesse il sonno, promuovesse ricchezza, onore e saggezza e allontanasse piaghe e spiriti maligni.

Martin Heinrich Klaproth, un chimico tedesco, ha scoperto lo zirconio nel 1789 in un campione di zircone dallo Sri Lanka, secondo Chemicool. La composizione del campione è risultata essere il 25% di silice, lo 0,5% di ossido di ferro e il 70% di un nuovo ossido che chiamò zirconerde (o “zircone della terra”). Klaproth trovò in seguito anche zirconerde in jacinth, una varietà giallo pallido di zircone, ma non è stato in grado di separare il metallo, secondo van der Krogt.

Sir Humphry Davy, un chimico inglese, tentò di separare zirconerde per ottenere zirconio puro nel 1808 usando lelettrolisi, ma senza successo, Secondo Chemicool, tuttavia, suggerì il nome di zirconio per il metallo stesso, secondo van der Krogt.

Jons J. Berzelius, un chimico svedese, isolò lo zirconio nel 1824, secondo Chemicool. Ha prodotto zirconio come polvere nera come risultato del riscaldamento di un tubo di ferro contenente una miscela di potassio e fluoruro di zirconio di potassio (Kr2ZrF6).

Anton Eduard van Arkel e Jan Hendrik de Boer, chimici olandesi, hanno prodotto puro zirconio nel 1925 riscaldando tetracloruro di zirconio (ZrCl4) con magnesio, secondo la Royal Society of Chemistry. Questo metodo ha prodotto una barra di cristallo di zirconio puro, secondo Chemicool.

Chi lo sapeva?

• Lo zircone a volte è confuso con zirconia cubica, un simulante di diamante sintetico e poco costoso. Tuttavia, secondo Minerals.net, le due sono sostanze completamente separate e non hanno alcuna connessione tra loro tranne che entrambe contengono lelemento zirconio nella loro struttura chimica.
• Secondo Lenntech, ogni anno vengono prodotte circa 7000 tonnellate di zirconio.
• Lo zirconio si combina con il silicato per creare lo zircone naturale semiprezioso, secondo Chemicool. Lo zirconio combinato con il biossido crea zirconia cubica, che è comunemente usata come sostituto dei diamanti.
• Lo zirconio ha una tossicità molto bassa e si stima che gli esseri umani ingeriscano circa 50 microgrammi (1,8 x 10-6 once) al giorno , la maggior parte dei quali passa attraverso il sistema digerente senza essere assorbita, secondo Lenntech.
• Il corpo umano è composto da circa lo 0,000001% di zirconio, secondo la Minerals Education Coalition.
• Luso di zirconato di litio può essere utile per assorbire lanidride carbonica in eccesso nellatmosfera, secondo Chemicool.
• Le rocce contenenti zircone che sono state trovate in Australia nel 2000 sono state datate a 4,4 miliardi di anni e il rapporto isotopico dellossigeno ( O16 / O18) ha dimostrato che la vita sulla Terra è iniziata quasi 500 milioni di anni prima di quanto si credesse in precedenza, secondo un articolo scritto da John Emsley, uno scrittore scientifico, pubblicato su Nature nel 2014.
• La polvere di zirconio può infiammarsi spontaneamente nellaria, secondo Chemicool . A causa di questa proprietà, lo zirconio in polvere viene talvolta utilizzato negli ordigni esplosivi, secondo Emsley.
• Secondo i Centers for Disease Control and Prevention, la polvere di zirconio può causare irritazione agli occhi per esposizione a breve termine e può essere dannosa ai polmoni per unesposizione a lungo termine o ripetuta.

Ricerca corrente

Perché se la sua elevata tolleranza alla corrosione e la sua resistenza, lo zirconio è presente in diversi composti in vari usi medici. Secondo Zirconia Concept, luso dei composti di zirconio in medicina è iniziato nel 1969 quando è stato utilizzato per la produzione di protesi danca. Le protesi in zirconia (ZrO2) sono state sviluppate come alternativa a titanio, acciaio e alluminio e si sono dimostrate più resistenti e con una migliore biocompatibilità. Circa 300.000 pazienti negli ultimi quattro decenni con protesi in zirconia non hanno mostrato risposte negative.

La zirconia è anche ampiamente utilizzata nei restauri dentali, secondo Zirconia Concept, ed è tipicamente stabilizzata con ittria (ZrO2Y2O3). Il composto di ittrio-zirconia ha molti vantaggi rispetto ad altri materiali. È più compatibile con il corpo umano e ha il doppio della resistenza alla flessione e quattro volte la resistenza alla compressione dellacciaio. Presenta inoltre una maggiore resistenza alle basi acide presenti in molti alimenti.

Altre nuove idee per lutilizzo di leghe di zirconio in campo medico includono un brevetto depositato nel 1999 da James Davidson e Lee Tuneberg, inventori americani. Descrivono una lega contenente niobio, titanio, zirconio e molibdeno (NbTiZrMo) e i suoi vantaggi per i dispositivi dentali e altri dispositivi medici. Lo zirconio nella lega conferisce proprietà meccaniche superiori e riduce la temperatura di fusione (insieme al titanio), ulteriore stabilizzazione e migliore resistenza alla corrosione.

Un altro brevetto depositato da Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim e Yosuke Sato, scienziati giapponesi, nel 2012 descrive una lega di zirconio che ha proprietà super elastiche che possono essere utilizzate in campo biologico e medico. Lo zirconio è legato con titanio, niobio e stagno o alluminio, o entrambi. La lega è simile allelasticità delle ossa umane, secondo i valori dati dal modulo di Young, rendendola un materiale ideale per gli usi allinterno del corpo umano comprese ossa, articolazioni e denti artificiali oltre a fili ortodontici, stent, placche ossee e altri impianti medici.

Anche se lo zirconio e altri elementi in leghe per usi dentali e medici non sono tossici, ci sono ancora studi in corso per garantire che i materiali stessi non abbiano effetti collaterali negativi nel lungo periodo termine. Uno di questi studi di un gruppo di scienziati in Italia, pubblicato su PLOS One nel 2016, su un gruppo di partecipanti obesi ha scoperto che potrebbe esserci un legame tra gli impianti di zirconio e alcuni problemi di salute, come infiammazioni e disturbi del tessuto scheletrico e connettivo. La quantità di cambiamento in alcuni marcatori biologici (miRNA) era molto piccola e si ritiene che si accumulino nel tempo, il che può rendere difficile individuare la causa esatta. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, lo studio ha aiutato a comprendere il legame tra il corpo umano e i dispositivi medici impiantati. Lobiettivo, secondo gli autori, è quello di sfruttare gli mrRNA per assistere nella guarigione delle ferite e nellintegrazione impianto ospite.