40. Circonio

Seguimos con la segunda fila de metales de transición y lo hacemos estudiando al del núcleo de 40 protones: El circonio o zirconio (Yo estaba más acostumbrado a verlo de la segunda manera, quizás porque sus siglas son Zr).

El zirconio ha sido usado de toda la vida para joyería y decoración. Esto es debido al aspecto de su gema de vivos colores: El zircón, cuyo nombre proviene del persa “zargun”, que significa dorado. Se ha usado, en ocasiones, como sustituto del diamante (se le llama Jergón), incluso se ha llegado a pensar que era lo mismo pero de peor calidad. Existen diferentes tipos y colores de circones. El azul, también conocido como brillante azul o starlite es uno de los más valorados. Al rojo se le conoce como jacinto. 

Existen muestras de más de 4000 millones de años de este mineral. No hay nada más antiguo en la Tierra. De hecho, hay unas muestras australianas que han sido estimadas en unos 4400 millones de años de edad, cuyos isótopos del oxígeno indicarían (según un reciente estudio) que la vida apareció en la Tierra unos 500 años antes de lo que se creía… Casi nada con el zirconio.

Zircón

El caso es que no supimos lo que realmente teníamos delante hasta 1789, cuando Martin Heinrich Klaproth (descubridor también del uranio) analizó unos zircones (concretamente zircón amarillo, más conocido como jergón) que le habían llevado desde Sri Lanka. Los analizó y vio que el 70% de las muestras estaban compuestas por un nuevo óxido al que llamó zirconerde (el zircón de la tierra) (Del resto del mineral, un 20-25% es silicio). Años más tarde, en 1808, Humpry Davy intentaría aislar el zirconio mediante electrólisis, pero no pudo. Al menos propuso el nombre de Zirconio para el nuevo elemento. Sí fue aislado finalmente por un sueco, Jons J. Berzelius, en 1824. Lo consiguió calentando una muestra de potasio con fluorato de zirconio (Kr2Zr2F). El sistema para obtener zirconio puro, no obstante, fue perfeccionado por dos alemanes, Anton Eduard Van Arkel y Jan Hendrik der Boer en 1925, utilizando ioduro de circonio. Más adelante, en 1945, se mejoró el proceso, haciéndolo más barato, en el hoy conocido como Proceso de Kroll (por su inventor, Justin Kroll). Se trata de calentar Tetraclorato de Zirconio (ZrCl4) con magnesio.

Barras de zirconio fabricadas a partir del proceso Van Arkel de Boer. 

El circonio resultó ser un metal maleable, dúctil y que fácilmente se une a otros elementos formando compuestos. Es también muy resistente a la corrosión. Hoy en día tiene multitud de aplicaciones. Es muy utilizado en diferentes aleaciones con acero, itrio, molibdeno, titanio… sobre todo porque aumenta la resistencia a la corrosión allá donde se meta. Por ejemplo es muy usado en la fabricación de tuberías y diferentes tubos, como los que se utilizan en los cambiadores de calor e incluso en naves espaciales o álabes de turbinas de gas.

Fabricación de un cambiador de calor con tubos de circonio

El circonio también se utiliza en ladrillos, cerámicas, filamentos de bombillas o incluso en desodorantes (junto con aluminio) y cuchillos (Los cuchillos de circonio son muy resistentes y como no son detectados en los aeropuertos, los fabricantes se han visto obligados a incluir partículas metálicas en los mismos. Tienen un bonito color negro, debido al óxido y al menos en USA el gobierno monitoriza las ventas del mismo, por su uso en armas y reactores nucleares).

Una de sus mayores aplicaciones a nivel mundial es en centrales nucleares. El circonio tiene un bajo poder de absorción de neutrones, lo que, sumado a su resistencia a la corrosión, hacen de él un metal muy interesante para los reactores nucleares. En las centrales se utiliza una aleación conocida como Zircaloy, que es básicamente circonio más otros metales como hierro, estaño, cromo y níquel. Las barras donde se introduce el combustible son de zircaloy. En España todo el combustible nuclear lo fabrica ENUSA, cuyas instalaciones están en Salamanca.

Y como he empezado diciendo, desde siempre, se ha utilizado en joyería o decoración. Eso sí, no se debe confundir zircón con circonita. El zircón (silicato de circonio) es el mineral del circonio, que, una vez pulido, puede dar lugar a bonitas joyas. El silicato de circonio puro es transparente, pero impurezas de uranio suelen teñirlo de azul (El uranio se comporta de manera parecida al circonio, de ahí sus impurezas, y de ahí lo de que se haya datado la edad de la Tierra, que he mencionado antes, estudiando las imperfecciones y la cantidad de uranio que ha pasado a convertirse en plomo). Con el tiempo, la radiación va dañando la matriz cristalina del zircón y está se va poniendo más roja, marrón, amarillo o verde. (Aunque calentándolos mucho pueden eliminarse esas imperfecciones y vuelven a su color azul original).

Por otro lado está la circonita (ZrO2), que es creada artificialmente a bajo coste para sustituir al diamante que, como ya expliqué en su día, es carbono cristalizado. Hay diferentes formas de distinguir la circonita del diamante (Poniéndotelo en la boca, por ejemplo, notarás frío si la pieza es un diamante auténtico y no notarás nada si no es así, ya que la circonita es un aislante. También, dicen, los diamantes suelen ser de un tono más amarillento o marrón. Además, aunque se ensucien, los diamantes siguen brillando. Por supuesto, también son más duros y menos pesados que la circonita (1´7 veces más densa que un diamante)). Y ya que nos ponemos, otra cosa son, por ejemplo, los cristales Swarovski, empresa fundada por un cristalero de Bohemia (República Checa), especializada en el corte de cristales. Éstos son cristales, pero tallados con mucho estilo.

La mayor parte del circonio mundial procede del Zircón y del óxido de zirconio. Existen depósitos importantes en Australia, USA, Sri Lanka, Rusia o Brasil. Muchas veces aparece mezclado con hafnio (con sus problemas para separarlos) debido a que son dos metales muy parecidos (Dicen que son los elementos más parecidos entre sí, y se debe, en parte a la Contracción lantánida, que hace que los átomos de ambos elementos sean muy parecidos en tamaño aunque el hafnio tenga 72 protones y el circonio 40).

Donde es difícil encontrar circonio es dentro de nosotros, a no ser que sea en forma de prótesis, sobre todo dentales. Aunque comemos al día unos 50 microgramos de circonio, éstos pasan sin inmutarse por nuestro sistema digestivo y son expulsados sin mayor problema.  El zirconio es un elemento muy usado en medicina precisamente, como digo, debido a las prótesis; no se estropea y no es tóxico. En las prótesis dentales resulta, además, más estético y con menor índice de rechazo que las de metal-porcelana de toda la vida.

Aunque no sea tóxico, no obstante, sí puede ser peligroso en forma de polvo de circonio, ya que prende fácilmente en el aire. (Los fabricantes de cuchillos, por ejemplo, saben mucho de esto porque deben extremar las precauciones a la hora de afilarlos). Se utiliza, de hecho, en ciertos explosivos. Y si lo respiras, por supuesto, tendrás problemas.

La buena noticia es que el zirconato de litio (Li2ZrO3) se conoce que puede utilizarse para absorber el CO2 de gases a altas temperaturas, con lo que podría solucionar, quizás, parte del problema de la emisión de CO2 a la atmósfera… Bueno, si no es parte de la solución como elemento clave en las centrales nucleares tendrá que serlo, de alguna manera, en las que sí emiten CO2. J

Badeleyita. 

El siguiente elemento es el niobio.