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| Nombres | |
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| Nombres IUPAC Dióxido de circonio Óxido de circonio (IV) | |
| Otros nombres Zirconia Baddeleyita | |
| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
| Tarjeta de información ECHA | 100.013.844  |
| Número CE |
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PubChem CID | |
| UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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| Propiedades | |
| ZrO 2 | |
| Masa molar | 123,218 g / mol |
| Apariencia | polvo blanco |
| Densidad | 5,68 g / cm 3 |
| Punto de fusion | 2715 ° C (4919 ° F; 2988 K) |
| Punto de ebullición | 4.300 ° C (7.770 ° F; 4.570 K) |
| despreciable | |
| Solubilidad | soluble en HF y H 2 SO 4 caliente |
Índice de refracción ( n D ) | 2.13 |
| Termoquímica | |
Entropía molar estándar ( S | 50,3 J K −1 mol −1 |
| –1080 kJ / mol | |
| Peligros | |
| Ficha de datos de seguridad | MSDS |
| Pictogramas GHS |  |
| Palabra de señal GHS | Advertencia |
| H315 , H319 , H335 | |
| P261 , P264 , P271 , P280 , P302 + 352 , P304 + 340 , P305 + 351 + 338 , P312 , P321 , P332 + 313 , P337 + 313 , P362 , P403 + 233 , P405 , P501 | |
| punto de inflamabilidad | No es inflamable |
| Dosis o concentración letal (LD, LC): | |
LD 50 ( dosis mediana ) | > 8,8 g / kg (oral, rata) |
| Compuestos relacionados | |
Otros aniones | Disulfuro de circonio |
Otros cationes | Dióxido de titanio Dióxido de hafnio |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
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| Referencias de Infobox | |
Dióxido de circonio ( ZrO
2), a veces conocida como zirconia (que no debe confundirse con zircon ), es un óxido cristalino blanco de zirconio . Su forma más natural, con una estructura cristalina monoclínica , es el mineral baddeleyita . Una circonita estructurada cúbica estabilizada con dopante, circonita cúbica , se sintetiza en varios colores para su uso como piedra preciosa y simulante de diamante . [1]
Producción, propiedades químicas, ocurrencia [ editar ]
La zirconia se produce calcinando compuestos de zirconio, aprovechando su alta estabilidad térmica . [2]
Estructura [ editar ]
Se conocen tres fases: monoclínica por debajo de 1170 ° C, tetragonal entre 1170 ° C y 2370 ° C, y cúbica por encima de 2370 ° C. [3] La tendencia es a una mayor simetría a temperaturas más altas, como suele ser el caso. Un pequeño porcentaje de los óxidos de calcio o itrio se estabilizan en la fase cúbica. [2] El mineral muy raro tazheranita, (Zr, Ti, Ca) O 2 , es cúbico . A diferencia del TiO 2 , que presenta titanio de seis coordinaciones en todas las fases, la zirconia monoclínica consta de siete centros de circonio coordinados. Esta diferencia se atribuye al mayor tamaño del átomo de circonio en relación con el átomo de titanio. [4]
Reacciones químicas [ editar ]
La zirconia no reacciona químicamente. Es atacado lentamente por ácido fluorhídrico concentrado y ácido sulfúrico . Cuando se calienta con carbón, se convierte en carburo de circonio . Cuando se calienta con carbón en presencia de cloro, se convierte en tetracloruro de circonio . Esta conversión es la base para la purificación de circonio metálico y es análoga al proceso de Kroll .
Propiedades de ingeniería [ editar ]
El dióxido de circonio es uno de los materiales cerámicos más estudiados . ZrO 2 adopta una estructura cristalina monoclínica a temperatura ambiente y pasa a tetragonal y cúbica a temperaturas más altas. El cambio de volumen causado por las transiciones de la estructura de tetragonal a monoclínica a cúbica induce grandes tensiones, lo que hace que se agriete al enfriarse por altas temperaturas. [5] Cuando la zirconia se mezcla con algunos otros óxidos, las fases tetragonal y / o cúbica se estabilizan. Los dopantes efectivos incluyen óxido de magnesio (MgO), óxido de itrio (Y 2 O 3, itria), óxido de calcio (CaO) y óxido de cerio (III) (Ce 2 O 3 ). [6]
La zirconia suele ser más útil en su estado de fase "estabilizada". Al calentarse, la zirconia sufre cambios de fase disruptivos. Al agregar pequeños porcentajes de itria, estos cambios de fase se eliminan y el material resultante tiene propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas superiores. En algunos casos, la fase tetragonal puede ser metaestable . Si están presentes cantidades suficientes de la fase tetragonal metaestable, entonces una tensión aplicada, magnificada por la concentración de tensión en la punta de una grieta, puede hacer que la fase tetragonal se convierta en monoclínica, con la expansión de volumen asociada. Esta transformación de fase puede entonces comprimir la grieta, retardando su crecimiento y mejorando la tenacidad de la fractura.. Este mecanismo se conoce como endurecimiento por transformación y extiende significativamente la confiabilidad y la vida útil de los productos fabricados con zirconia estabilizada. [6] [7]
La banda prohibida de ZrO 2 depende de la fase (cúbica, tetragonal, monoclínica o amorfa) y de los métodos de preparación, con estimaciones típicas de 5-7 eV. [8]
Un caso especial de zirconia es el de policristal de zirconia tetragonal , o TZP, que es indicativo de zirconia policristalina compuesta únicamente por la fase tetragonal metaestable.
Usos [ editar ]
El uso principal de la zirconia es en la producción de cerámicas duras, como en odontología, [9] con otros usos, incluido como recubrimiento protector de partículas de pigmentos de dióxido de titanio , [2] como material refractario , en aislamientos , abrasivos y esmaltes. .
La zirconia estabilizada se utiliza en sensores de oxígeno y membranas de pilas de combustible porque tiene la capacidad de permitir que los iones de oxígeno se muevan libremente a través de la estructura cristalina a altas temperaturas. Esta alta conductividad iónica (y una baja conductividad electrónica) la convierte en una de las electrocerámicas más útiles . [2] El dióxido de circonio también se usa como electrolito sólido en dispositivos electrocrómicos .
La zirconia es un precursor del titanato de zirconato de plomo electrocerámico ( PZT ), que es un dieléctrico de alto K, que se encuentra en una miríada de componentes.
Usos de nicho [ editar ]
La muy baja conductividad térmica de la fase cúbica de zirconia también ha llevado a su uso como revestimiento de barrera térmica , o TBC, en motores a reacción y diesel para permitir el funcionamiento a temperaturas más altas. [10] Termodinámicamente, cuanto mayor es la temperatura de funcionamiento de un motor, mayor es la eficiencia posible . Otro uso de baja conductividad térmica es un aislamiento de fibra cerámica para hornos de crecimiento de cristales, aislamiento de pilas de pilas de combustible y sistemas de calefacción por infrarrojos.
Este material también se utiliza en odontología en la fabricación de subestructuras para la construcción de restauraciones dentales como coronas y puentes , que luego se recubren con una porcelana feldespática convencional por razones estéticas, o de prótesis dentales resistentes y extremadamente duraderas construidas completamente con circonio monolítico. , con una estética limitada pero en constante mejora. [11] La zirconia estabilizada con itria (óxido de itrio), conocida como zirconia estabilizada con itria , se puede utilizar como material de base fuerte en algunas restauraciones de coronas de cerámica completas. [12]
La zirconia endurecida por transformación se utiliza para fabricar cuchillos de cerámica. Debido a la dureza, los cubiertos con bordes de cerámica permanecen afilados por más tiempo que los productos con bordes de acero. [13]
Por su infusibilidad y brillante luminosidad en estado incandescente , se utilizaba como ingrediente de los sticks para el protagonismo . [ cita requerida ]
Se ha propuesto que la zirconia electroliza el monóxido de carbono y el oxígeno de la atmósfera de Marte para proporcionar combustible y oxidante que podría usarse como un depósito de energía química para su uso en el transporte de superficie en Marte. Se han sugerido motores de monóxido de carbono / oxígeno para su uso temprano en el transporte de superficie, ya que tanto el monóxido de carbono como el oxígeno se pueden producir directamente mediante electrólisis de zirconia sin requerir el uso de ninguno de los recursos hídricos marcianos para obtener hidrógeno, que sería necesario para la producción de metano o cualquier combustible a base de hidrógeno. [14]
La zirconia se puede utilizar como fotocatalizador [15] ya que su banda prohibida alta (~ 5 eV) [16] permite la generación de electrones y huecos de alta energía. Algunos estudios demostraron la actividad de la zirconia dopada (para aumentar la absorción de la luz visible) en la degradación de compuestos orgánicos [17] [18] y la reducción del Cr (VI) de las aguas residuales. [19]
La zirconia también es un material dieléctrico de alto k potencial con aplicaciones potenciales como aislante en transistores .
La zirconia también se emplea en la deposición de revestimientos ópticos ; es un material de alto índice utilizable desde el UV cercano al IR medio , debido a su baja absorción en esta región espectral. En tales aplicaciones, normalmente se deposita mediante PVD . [20]
En la fabricación de joyas, algunas cajas de relojes se anuncian como "óxido de circonio negro". [21] En 2015, Omega lanzó un reloj completamente ZrO 2 llamado "El lado oscuro de la luna" [22] con caja, bisel, pulsadores y cierre de cerámica, lo que lo anuncia como cuatro veces más duro que el acero inoxidable y, por lo tanto, mucho más resistente a los arañazos durante el uso diario.
Simulante de diamante [ editar ]
Los monocristales de la fase cúbica de zirconia se utilizan comúnmente como simuladores de diamantes en joyería . Como el diamante, la zirconia cúbica tiene una estructura cristalina cúbica y un alto índice de refracción . Es difícil distinguir visualmente una gema de circonio cúbico de buena calidad de un diamante, y la mayoría de los joyeros tendrán un medidor de conductividad térmica para identificar el circonio cúbico por su baja conductividad térmica (el diamante es un muy buen conductor térmico). Este estado de la zirconia es comúnmente llamado zirconia cúbica , CZ o zircon por los joyeros , pero el apellido no es químicamente exacto. Circónes en realidad el nombre mineral del silicato de circonio natural (ZrSiO 4 ).
Ver también [ editar ]
- Temple
- Sinterización
- Estrella tipo S , que emite líneas espectrales de circonio
- Circonita estabilizada con itria
Referencias [ editar ]
- ^ Wang, SF; Zhang, J .; Luo, DW; Gu, F .; Tang, DY; Dong, ZL; Tan, GEB; Que, WX; Zhang, TS; Li, S .; Kong, LB (1 de mayo de 2013). "Cerámica transparente: Procesos, materiales y aplicaciones". Progreso en Química del Estado Sólido . 41 (1): 20–54. doi : 10.1016 / j.progsolidstchem.2012.12.002 . ISSN 0079-6786 .
- ^ a b c d Ralph Nielsen "Circonio y compuestos de circonio" en Enciclopedia de química industrial de Ullmann, 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002 / 14356007.a28_543
- ^ R. Stevens, 1986. Introducción a Zirconia. Publicación de magnesio Elektron No 113
- ^ Greenwood, NN; Y Earnshaw, A. (1997). Química de los elementos (2ª ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4
- ^ Platt, P .; Frankel, P .; Gass, M .; Howells, R .; Preuss, M. (noviembre de 2014). "Análisis de elementos finitos de la transformación de fase tetragonal a monoclínica durante la oxidación de aleaciones de circonio" . Revista de materiales nucleares . 454 (1-3): 290-297. doi : 10.1016 / j.jnucmat.2014.08.020 .
- ^ a b Evans, AG; Cannon, RM (1986). "Endurecimiento de sólidos frágiles por transformaciones martensíticas" . Acta Metall . 34 : 761. doi : 10.1016 / 0001-6160 (86) 90052-0 .
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- ^ Chang, Jane P .; You-Sheng Lin; Karen Chu (2001). "Deposición de vapor químico térmico rápido de óxido de circonio para aplicación de transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal". Journal of Vacuum Ciencia y Tecnología B . 19 (5): 1782-1787. doi : 10.1116 / 1.1396639 .
- ^ Gambogi, José. "Información de minerales de USGS: circonio y hafnio" . minerals.usgs.gov . Archivado desde el original el 18 de febrero de 2018 . Consultado el 5 de mayo de 2018 .
- ^ "Recubrimientos de barrera térmica para motores de turbina de gas más eficientes" . studylib.net . Consultado el 6 de agosto de 2018 .
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- ^ Gionco, Chiara; Paganini, Maria C .; Giamello, Elio; Burgess, Robertson; Di Valentin, Cristiana; Pacchioni, Gianfranco (15 de enero de 2014). "Dióxido de circonio dopado con cerio, un material fotoactivo sensible a la luz visible de tercera generación". La Revista de Cartas de Química Física . 5 (3): 447–451. doi : 10.1021 / jz402731s . hdl : 2318/141649 . PMID 26276590 .
- ^ Yuan, Quan; Liu, Yang; Li, Le-Le; Li, Zhen-Xing; Fang, Chen-Jie; Duan, Wen-Tao; Li, Xing-Guo; Yan, Chun-Hua (agosto de 2009). "Fotocatalizador mesoporoso de titania-zirconia altamente ordenado para aplicaciones en degradación de rodamina-B y desprendimiento de hidrógeno". Materiales microporosos y mesoporosos . 124 (1-3): 169-178. doi : 10.1016 / j.micromeso.2009.05.006 .
- ^ Bortot Coelho, Fabrício; Gionco, Chiara; Paganini, Maria; Calza, Paola; Magnacca, Giuliana (3 de abril de 2019). "Control del ensuciamiento de la membrana en la filtración de sustancias orgánicas utilizando zirconia dopada con Ce y luz visible" . Nanomateriales . 9 (4): 534. doi : 10.3390 / nano9040534 . PMID 30987140 .
- ^ Bortot Coelho, Fabrício Eduardo; Candelario, Victor M .; Araújo, Estêvão Magno Rodrigues; Miranda, Tânia Lúcia Santos; Magnacca, Giuliana (18 de abril de 2020). "Reducción fotocatalítica de Cr (VI) en presencia de ácido húmico utilizando Ce-ZrO2 inmovilizado bajo luz visible" . Nanomateriales . 10 (4): 779. doi : 10.3390 / nano10040779 . ISSN 2079-4991 . PMC 7221772 . PMID 32325680 .
- ^ "Óxido de circonio Zr02 para revestimiento óptico" . Materion . Archivado desde el original el 20 de octubre de 2013 . Consultado el 30 de abril de 2013 .
- ^ "Omega Co-Axial Chronograph 44,25 mm" . Relojes OMEGA . Archivado desde el original el 26 de marzo de 2016 . Consultado el 27 de marzo de 2016 .
- ^ "El lado oscuro de la luna Speedmaster Moonwatch | OMEGA®" . Omega . Archivado desde el original el 9 de febrero de 2018 . Consultado el 8 de febrero de 2018 .
Lectura adicional [ editar ]
- Green, DJ; Hannink, R .; Swain, MV (1989). Endurecimiento por transformación de cerámica . Boca Ratón: CRC Press. ISBN 0-8493-6594-5.
- Heuer, AH; Hobbs, LW, eds. (1981). Ciencia y Tecnología de Zirconia . Avances en cerámica. 3 . Columbus, OH: Sociedad Americana de Cerámica. pag. 475.
- Claussen, N .; Rühle, M .; Heuer, AH, eds. (1984). Proc. Segunda Conf. Int. sobre Ciencia y Tecnología de Zirconia . Avances en cerámica. 11 . Columbus, OH: Sociedad Americana de Cerámica.
Enlaces externos [ editar ]
- Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
