Alla scoperta dello ZIRCONIO
Manzon Elias
Liceo Scientifico “Michelangelo Grigoletti”
Classe IV E
E-mail: [email protected]
CARATTERISTICHE GENERALI
APPROFONDIMENTI
Un po' di STORIA
APPLICAZIONI
DISPONIBILITÀ
ZIRCONIO
Lo zirconio è l'elemento
chimico con numero atomico
40. Il suo simbolo è Zr.
È un metallo di transizione biancogrigio, duro, lucente e resistente
alla corrosione.
Viene ottenuto perlopiù dallo
zircone. Lo zirconio è più leggero
dell'acciaio ed ha una durezza
comparabile a quella del rame. In
forma di polvere può infiammarsi
spontaneamente se viene esposto
ad alte temperature.
Conduce bene calore ed elettricità ed
ha un'elevata temperatura di fusione
(circa 1800 °C).
Le proprietà dipendono molto dalle
impurezze che lo possono rendere
fragile e difficile da lavorare (poco
duttile).
A temperature inferiori a 35 K la lega
di zinco e zirconio diventa magnetica.
Nei suoi composti, lo zirconio ha
solitamente numero di ossidazione
pari a +2, +3 o +4.
Un po' di STORIA
Lo zirconio (dall'arabo e dal persiano
zargûn, "simile all'oro") fu scoperto nel
1789 da Martin Heinrich Klaproth e
isolato nel 1824 da Jons Jakob Berzelius.
I minerali dello zirconio, ovvero lo
zircone, la zirconite e lo zaffiro, erano
noti nell'antichità e sono menzionati nelle
scritture bibliche.
Fu però l'analisi di Klaproth di uno zaffiro proveniente da Sri Lanka
(allora Ceylon) a rivelare che questo minerale conteneva un elemento
ancora sconosciuto, che egli battezzò Zirkonertz.
Il metallo fu isolato in forma impura da Berzelius, che lo preparò
scaldando una miscela di potassio e di fluoruro di zirconio e potassio
in un tubo di ferro, provocandone la decomposizione. Lo zirconio
puro fu ottenuto per la prima volta nel 1914.
APPLICAZIONI
L'uso principale dello zirconio è sotto forma di
zircone (ZrSiO4), per materiali refrattari, sabbie
da fonderia e opacizzazione della ceramica.
Lo zircone è anche commerciato come pietra
preziosa, usata in gioielleria.
L'ossido di zirconio può venire trattato per
produrre un facsimile dei diamanti, è utilizzato
nel campo dentale per realizzare strutture in
zirconia con tecnologia CAD-CAM lo zircone
cubico.
Lo zirconio ha una bassa sezione di assorbimento per i neutroni, cosa che lo rende perfetto per
l'impiego in materiali destinati a impianti di produzione di energia nucleare, come il
rivestimento degli elementi di combustibile. Più del 90% di tutto lo zirconio metallico prodotto
viene usato dalle centrali nucleari sparse per il mondo. I moderni reattori nucleari commerciali
possono usare fino a 150 km di tubazioni in lega di zirconio. Le leghe metalliche di zirconio sono
vastamente impiegate nelle strutture di sostegno del nocciolo, e inoltre per la loro resistenza
alla corrosione in acqua.
Estesamente usato in chimica industriale per tubazioni in
ambienti corrosivi.
Lo zirconio è piroforico (infiammabile) ed è stato usato in
ordigni incendiari militari.
Il carbonato di zirconio si usa nelle lozioni contro l'edera.
L'ossido di zirconio viene usato in odontoiatria come
materiale per la costruzioni di protesi fisse.
L'ossido viene usato anche nei trattamenti
antiriflesso delle lenti degli obiettivi.
L'ossido impuro di zirconio, lo zircone, è usato per
fabbricare crogioli da laboratorio in grado di
sopportare forti shock termici, per il rivestimento di
fornaci in metallurgia e dall'industria del vetro e
della ceramica come materiale refrattario.
I tessuti umani tollerano facilmente questo metallo,
che quindi è adatto per giunti e protesi artificiali
impiantabili, nonché nella realizzazione di strutture
per protesi dentarie.
Viene usato anche per produrre scambiatori di calore,
leghe speciali e - come getter, ovvero come agente
degasatore - nelle valvole termoioniche e nelle
lampadine a incandescenza.
Quando è in lega con il niobio (Nb), lo zirconio è
superconduttore a basse temperature e si usa per
costruire magneti superconduttori; è anche
possibile che cavi di tale materiale vengano usati su
larga scala nella produzione e nella distribuzione
dell'energia elettrica.
DISPONIBILITÀ
Lo zirconio non si trova mai in natura
come metallo puro: la principale fonte
commerciale di zirconio è lo zircone
(ZrSiO4), estratto come una polvere scura
e fuligginosa, o come una sostanza
cristallina, di un grigio metallico. Lo
zirconio e l'afnio (Hf) sono contenuti nello
zircone in rapporto di 50 a 1 e sono molto
difficili da separare.
Il metallo si ottiene commercialmente
per riduzione del tetracloruro con
magnesio nel processo Kroll o per
decomposizione
termica
su
un
filamento di tungsteno scaldato a circa
1300 °C del tetraioduro (processo van
Arkel-de Boer) e attraverso altri metodi.
Lo zirconio di qualità commerciale
contiene ancora dall'1% al 3% di afnio.
Lo zirconio nell'ODONTOIATRIA
Le protesi in zirconio porcellana hanno una estetica
eccellente perché la struttura base, portante della porcellana
è in zirconio che è bianco, quindi dona alla ceramica una
traslucentezza del tutto simile a quella del dente naturale.
L’unico problema è il costo più elevato, dovuto non solo allo
zirconio, ma anche al metodo sofisticato di lavorazione con
l'impiego congiunto e integrato di sistemi software per la
progettazione assistita da computer (Computer-AidedDesign = CAD) e fabbricazione assistita dal computer
(Computer-Aided-Manufacturing = CAM).
L’odontotecnico scannerizza al computer il modello dei
monconi preparati dal dentista ricavando una immagine
tridimensionale perfetta. A questo punto inizia la fase nella
quale si procede, tramite un altro software computerizzato,
ad una fresatura con una macchina dei blocchi di ossido di
zirconio ad uno stato di consistenza morbida e di buona
lavorabilità.
Dopo la fresatura del materiale morbido si procede alla
sinterizzazione e alla vetrificazione a 1350 °C per circa 6/7
ore. La zirconia così diventa stabile con caratteristiche
meccaniche eccellenti e potrà essere utilizzata come
supporto per la ceramica dentale.
Tra i grandi pregi del composto c’è anche la
biocompatibilità e l’assoluta stabilità ionica,
importante non solo per la fissità del prodotto ma
anche per l’assenza assoluta di movimenti ionici che
creino correnti galvaniche, inoltre ha peso specifico
ridotto che la rende resistentissima ed allo stesso
tempo leggerissima. Altro grande pregio è la sua
resistenza alla flessione (1.320 MPa) e la resistenza
alla rottura.
Lo zirconio e le LENTI ANTIRIFLESSO
Il trattamento antiriflesso consiste nella deposizione
di un sottilissimo strato di particolari sali minerali,
oppure ossidi di metallo, su dispositivi ottici quali le
lenti degli obiettivi o degli occhiali, per ridurre i
riflessi di luce parassiti che riducono la nitidezza delle
immagini fornite dal sistema ottico.
Lo strato antiriflesso deve avere uno spessore pari ad
un quarto della lunghezza d'onda della luce che viene
assorbita. Questo conferisce alle lenti trattate un
caratteristico riflesso colorato.
I primi trattamenti antiriflesso furono introdotti dalla
Carl Zeiss nel 1935. Solo dopo la Seconda Guerra
Mondiale fu possibile utilizzare i brevetti ad uso civile,
perché considerati di importanza strategica.
Successivamente il procedimento venne perfezionato
aggiungendo strati di diverso spessore in modo da
assorbire lunghezze d'onda diverse. Un deciso passo avanti
fu la messa in commercio da parte dell'Asahi Pentax degli
obiettivi Super Multi Coated (SMC) che utilizzavano sette
strati alternati di ossido di zirconio e fluoruro di magnesio
su ogni lente.
Oggi tutti gli obiettivi vengono fabbricati con trattamenti
antiriflesso multistrato. Altri sistemi antiriflessi famosi sono
il NIC (Nikon Integrated Coating), i Canon SC ed SSC
(Spectra Coating e Super Spectra Coating), il Tamron BBAR
(Broad Band Anti Reflection), i Fuji EBC e SEBC (Electric
Beam Coating e Super Electric Beam Coating).
Lo zirconio e il DIAMANTE
Il diamante è un minerale composto da cristalli di
carbonio. L’etimologia della parola “diamante” deriva
dalla parola greca “adàmas” (invincibile), la quale si
riferisce alla notevole durezza di questo minerale (la sua
durezza Mohs è pari a 10/10). Il diamante può essere
sottoposto a diverse lavorazioni e viene utilizzato a livello
commerciale nelle gioiellerie, ma anche per utilizzi di tipo
industriale. È utilizzato ad esempio nelle attrezzature per
la perforazione petrolifera o come materiale primario
nella fabbricazione di utensili specifici.
Lo zircone è un minerale appartenente al gruppo dei
nesosilicati e la sua formula chimica è ZrSiO4. Lo zircone si
raccoglie sotto forma di cristalli o in granuli. I colori che
può assumere lo zircone variano dal trasparente al giallo,
rosso, marrone, blu o verde. Lo zircone è molto
apprezzato per il fatto che la sua lucentezza lo rende
simile al diamante, anche se quest’ultimo è molto più
resistenze ed è un minerale monorifrangente.
Fonti:
http://it.wikipedia.org/wiki/Zirconio
http://www.dentisti-italia.it/dentista_domande/implantologia/2969_ponte-zirconio-ceramica.html
http://italiasalute.leonardo.it/news2pag.asp?ID=5306
http://it.wikipedia.org/wiki/Trattamento_antiriflesso
http://www.differenzatra.it/differenza-tra-diamante-e-zircone/
GRAZIE dell'ATTENZIONE
