La característica de metal circonita

El zirconio (o circonio) es un elemento químico de número atómico 40 situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Zr.

Es un metal duro, resistente a la corrosión, similar al acero. Los minerales más importantes en los que se encuentra son el circón (ZrSiO4) y la badeleyita (ZrO2), aunque debido al gran parecido entre el circonio y elhafnio (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) y para formar parte de aleaciones con alta resistencia a la corrosión.

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Características

Es un metal blanco grisáceo, brillante y muy resistente a la corrosión. Es más ligero que el acero con una dureza similar a la del cobre. Cuando está finamente dividido puede arder espontáneamente en contacto con el aire (reacciona antes con el nitrógeno que con el oxígeno), especialmente a altas temperaturas. Es un metal resistente frente a ácidos, pero se puede disolver conácido fluorhídrico (HF), seguramente formando complejos con losfluoruros. Sus estados de oxidación más comunes son +2, +3 y +4.

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Aplicaciones

* Principalmente (en torno a un 90% del consumido) se utiliza como recubrimiento en reactores nucleares, debido a que su sección de captura de neutrones es muy baja. 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 empleanaleaciones con níquel en la industria química por su resistencia frente a sustancias corrosivas.

* 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 metal es bien tolerado por los tejidos humanos, por lo que puede emplearse en articulaciones artificiales (por ejemplo en la fabricación de dientes artificiales de gran calidad).

* 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.

* Aleado con niobio presenta superconductividad a bajas temperaturas, por lo que se puede emplear para hacer imanes superconductores. Por otra parte, la aleación con zinc es magnética por debajo de los 35 K.

* El óxido de circonio se usa en joyería; es una gema artificial denominada circonita que imita al diamante.

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* 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.

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Historia

El zirconio (del árabe “zargun”, que significa “color dorado”) fue descubierto en 1789 por Martin Klaproth a partir del circón. En 1824 Jons Jakov 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 sus variaciones (jargón, jacinto, etc.) No se sabía que el mineral contenía un nuevo elemento hasta que Klaproth analizó un jargón procedente de Ceilán, en el océano Índico, denominando al nuevo elemento como circonia. Berzelius lo aisló impuro calentando una mezcla de potasio y fluoruro de potasio y circonio en un proceso de descomposición en un tubo de hierro. El circonio puro no se preparó hasta 1914.

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Abundancia y obtención

El circonio no se encuentra en la naturaleza como metal libre, pero sí formando parte de numerosos minerales. La principal fuente de circonio se obtiene del mineral circón (silicato de circonio, ZrSiO4), que se encuentra en depósitos en Australia, Brasil, India, Rusia y Estados Unidos. El circón se obtiene como subproducto de la minería y procesado de minerales de metales pesados de titanio, la ilmenita (FeTiO3) y el rutilo (TiO2), y también de estaño. El circonio y el hafnio se encuentran en el circón en una relación de 50 a 1 y es muy difícil separarlos. También se encuentra en otros minerales, como la badeleyita (ZrO2).

El metal se obtiene principalmente mediante una cloración reductiva a través del denominado proceso de Kroll: primero se prepara el cloruro, para después reducirlo con magnesio. En procesos semi-industriales se puede realizar la electrólisis de sales fundidas, obteniéndose el circonio en polvo que puede utilizarse posteriormente en pulvimetalurgia.

Para la obtención del metal con mayor pureza se sigue el proceso Van Arkel basado en la disociación del yoduro de circonio, obteniéndose una esponja de circonio metal denominada crystal-bar. Tanto en este caso, como en el anterior, la esponja obtenida se funde para obtener el lingote.

También es abundante en las estrellas de tipo S y se ha detectado en el Sol y en meteoritos. Además, se ha encontrado una alta cantidad en óxido de circonio (en comparación con la presente en la corteza terrestre) en muestras lunares.

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Isótopos

En la naturaleza se encuentran cuatro isótopos estables y un radioisótopo de muy larga vida (Zr-96). El radioisótopo que le sigue en estabilidad es el Zr-93 que tiene un periodo de semidesintegración de 1,53 millones de años. Se han caracterizado otros dieciocho radioisótopos. La mayoría tienen periodos de semidesintegración de menos de un día, excepto el Zr-95 (64,02 días), Zr-88 (63,4 días) y Zr-89 (78,41 horas). El principal modo de desintegración es la captura electrónica antes del Zr-92, mientras que después es la desintegración beta.

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Precauciones

No son muy comunes los compuestos que contengan circonio, y su toxicidad inherente es baja. El polvo metálico puede arder en contacto con el aire, por lo que hay que considerarlo como un agente de riesgo de fuego o explosión. No se conoce ningún papel biológico de este elemento.

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El polonio es un elemento químico en la tabla periódica cuyo símbolo es Po y su número atómico es 84. Se trata de un raro metaloide radioactivo, químicamente similar al telurio y al bismuto, presente enminerales de uranio.

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Características

Esta sustancia radiactiva se disuelve con facilidad en ácidos, pero es sólo ligeramente soluble en alcalinos. Está químicamente relacionado a las dos sustancias nombradas en el apartado anterior. El polonio es un metal volátil, reducible al 50% tras 45 horas al aire a una temperatura de 328 Kelvin. Ninguno de los alrededor de 50 isótopos de polonio es estable. Es extremadamente tóxico y altamente radiactivo. Se ha encontrado polonio en minerales de uranio y en el humo del tabaco y como contaminante. Todos los elementos a partir del polonio son significativamente radiactivos.

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Aplicaciones

Mezclado o aleado con berilio, el polonio puede ser una fuente de neutrones.

Se utiliza también en dispositivos destinados a la eliminación de carga estática, en cepillos especiales para eliminar el polvo acumulado en películas fotográficas y también en fuentes de calor para satélites artificiales o sondas espaciales.

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Polonio-210

Este isótopo de polonio es un emisor alfa con un período de semidesintegración de 138,39 días. Un miligramo de 210Po emite tantas partículas alfa como 5 gramos de radio. Por ello libera gran cantidad de energía, alcanzando los dispositivos productores de calor (en los Generadores Termoeléctricos de Radioisótopos o RTG en inglés) una temperatura superior a los 750 K con tan sólo medio gramo. Un único gramo de este isótopo genera 130 vatios de potencia calórica.

El 210Po se ha utilizado como fuente ligera de calor para dar energía a las células termoeléctricas de algunos satélites artificiales y sondas lunares.

Polonio-210 en el tabaco

En 1964 se publicó que el 210Po era un ingrediente del humo del tabaco. El 210Po emite radiación alfa que es una de las formas de radiación carcinógena. Experimentos con animales mostraron que la inhalación de humo de tabaco era una causa de cáncer de pulmón en animales. Se cree que el 210Po se deposita en las bifurcaciones bronquiales, resultando que hay dosis sustanciales de radiación alfa en los lugares donde los carcinomas aparecen con frecuencia. La radiación alfa también se ha demostrado que induce caminos de señales en células que no están directamente expuestas (el llamado efecto transeúnte). Las concentraciones medias de 210Po en el tejido de los fumadores se han observado que son más del doble que las de los no-fumadores. Se calcula que los fumadores de 1.5 cajetillas (30 cigarrillos) diarias están expuestos a tanta radiación como si fueran sometidos a 300 radiografías al año. Se ha

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