Dióxido de zircônio - Zirconium dioxide
Nomes | |
---|---|
Nomes IUPAC
Dióxido de
zircônio Óxido de zircônio (IV) |
|
Outros nomes
Zirconia
Baddeleyite |
|
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol )
|
|
ECHA InfoCard | 100.013.844 |
Número EC | |
PubChem CID
|
|
UNII | |
Painel CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
Propriedades | |
ZrO 2 |
|
Massa molar | 123,218 g / mol |
Aparência | pó branco |
Densidade | 5,68 g / cm 3 |
Ponto de fusão | 2.715 ° C (4.919 ° F; 2.988 K) |
Ponto de ebulição | 4.300 ° C (7.770 ° F; 4.570 K) |
insignificante | |
Solubilidade | solúvel em HF e H 2 SO 4 quente |
Índice de refração ( n D )
|
2,13 |
Termoquímica | |
Entropia molar padrão ( S |
50,3 J K −1 mol −1 |
–1080 kJ / mol | |
Perigos | |
Ficha de dados de segurança | MSDS |
Pictogramas GHS | |
Palavra-sinal GHS | Aviso |
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 | |
Ponto de inflamação | Não inflamável |
Dose ou concentração letal (LD, LC): | |
LD 50 ( dose mediana )
|
> 8,8 g / kg (oral, rato) |
Compostos relacionados | |
Outros ânions
|
Dissulfeto de zircônio |
Outros cátions
|
Dióxido de titânio Dióxido de háfnio |
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
verificar (o que é ?) | |
Referências da Infobox | |
Dióxido de zircônio ( ZrO
2), Por vezes conhecido como zircónia (que não deve ser confundido com o zircão ), é um cristalino branco de óxido de zircónio . Sua forma de ocorrência mais natural, com uma estrutura cristalina monoclínica , é o mineral badeleíta . Uma zircônia cúbica estruturada estabilizada por dopante, a zircônia cúbica , é sintetizada em várias cores para uso como uma gema e um simulador de diamante .
Produção, propriedades químicas, ocorrência
A zircônia é produzida pela calcinação de compostos de zircônio, explorando sua alta termoestabilidade .
Estrutura
São conhecidas três fases: monoclínica abaixo de 1170 ° C, tetragonal entre 1170 ° C e 2370 ° C e cúbica acima de 2370 ° C. A tendência é de maior simetria em temperaturas mais altas, como costuma ser o caso. Uma pequena porcentagem dos óxidos de cálcio ou ítrio se estabilizam na fase cúbica. O mineral muito raro tazheranita, (Zr, Ti, Ca) O 2 , é cúbico . Ao contrário do TiO 2 , que apresenta titânio com seis coordenadas em todas as fases, a zircônia monoclínica consiste em centros de zircônia com sete coordenadas. Essa diferença é atribuída ao tamanho maior do átomo de zircônio em relação ao átomo de titânio.
Reações químicas
A zircônia não é quimicamente reativa. É lentamente atacado por ácido fluorídrico concentrado e ácido sulfúrico . Quando aquecido com carbono, ele se converte em carboneto de zircônio . Quando aquecido com carbono na presença de cloro, ele se converte em cloreto de zircônio (IV) . Esta conversão é a base para a purificação do metal zircônio e é análoga ao processo Kroll .
Propriedades de engenharia
O dióxido de zircônio é um dos materiais cerâmicos mais estudados . ZrO 2 adota uma estrutura de cristal monoclínica em temperatura ambiente e transições para tetragonal e cúbica em temperaturas mais altas. A mudança de volume causada pelas transições da estrutura de tetragonal para monoclínica para cúbica induz grandes tensões, causando rachaduras no resfriamento de altas temperaturas. Quando a zircônia é misturada com alguns outros óxidos, as fases tetragonal e / ou cúbica são estabilizadas. Os dopantes eficazes incluem óxido de magnésio (MgO), óxido de ítrio (Y 2 O 3 , ítria), óxido de cálcio (CaO) e óxido de cério (III) (Ce 2 O 3 ).
A zircônia costuma ser mais útil em seu estado de fase "estabilizada". Após o aquecimento, a zircônia passa por mudanças de fase disruptivas. Ao adicionar pequenas porcentagens de ítria, essas mudanças de fase são eliminadas e o material resultante tem propriedades térmicas, mecânicas e elétricas superiores. Em alguns casos, a fase tetragonal pode ser metaestável . Se quantidades suficientes da fase tetragonal metaestável estiverem presentes, então uma tensão aplicada, ampliada pela concentração de tensão na ponta de uma trinca, pode fazer com que a fase tetragonal se converta em monoclínica, com a expansão de volume associada. Essa transformação de fase pode então colocar a trinca em compressão, retardando seu crescimento e aumentando a tenacidade à fratura . Esse mecanismo, conhecido como tenacificação por transformação , estende significativamente a confiabilidade e a vida útil dos produtos feitos com zircônia estabilizada.
O gap de ZrO 2 depende da fase (cúbica, tetragonal, monoclínica ou amorfa) e dos métodos de preparação, com estimativas típicas de 5–7 eV.
Um caso especial de zircônia é o de zircônia policristal tetragonal , ou TZP, que é indicativo de zircônia policristalina composta apenas pela fase tetragonal metaestável.
Usos
O principal uso da zircônia é na produção de cerâmicas duras, como na odontologia, com outros usos incluindo como revestimento protetor de partículas de pigmentos de dióxido de titânio , como material refratário , em isolantes , abrasivos e esmaltes .
A zircônia estabilizada é usada em sensores de oxigênio e membranas de células de combustível porque tem a capacidade de permitir que os íons de oxigênio se movam livremente através da estrutura cristalina em altas temperaturas. Esta alta condutividade iônica (e baixa condutividade eletrônica) a torna uma das eletrocerâmicas mais úteis . O dióxido de zircônio também é usado como eletrólito sólido em dispositivos eletrocrômicos .
A zircônia é um precursor do titanato de zirconato de chumbo eletrocerâmico ( PZT ), que é um dielétrico κ alto, encontrado em uma miríade de componentes.
Nicho usa
A baixíssima condutividade térmica da fase cúbica da zircônia também levou ao seu uso como revestimento de barreira térmica , ou TBC, em motores a jato e diesel para permitir a operação em temperaturas mais elevadas. Termodinamicamente, quanto mais alta a temperatura de operação de um motor, maior será a eficiência possível . Outro uso de baixa condutividade térmica é como isolamento de fibra cerâmica para fornos de crescimento de cristal, pilhas de células de combustível e sistemas de aquecimento infravermelho.
Este material também é utilizado na odontologia na fabricação de sobrechassis para a construção de restaurações dentárias , como coroas e pontes , que são então folheadas com porcelana feldspática convencional por razões estéticas, ou de próteses dentárias fortes e extremamente duráveis construídas inteiramente em zircônia monolítica , com estética limitada, mas em constante melhoria. Zircónia estabilizada com ítria (óxido de ítrio), conhecidos como zircónia estabilizada com ítria , pode ser utilizado como um material de base forte em alguns restaurações coroa de cerâmica cheio.
A zircônia temperada por transformação é usada para fazer facas de cerâmica . Por causa da dureza, os talheres com borda de cerâmica permanecem afiados por mais tempo do que produtos com borda de aço.
Devido à sua infusibilidade e luminosidade brilhante quando incandescente , era utilizado como ingrediente de bastões para os holofotes .
Zircônia foi proposta para eletrolisar monóxido de carbono e oxigênio da atmosfera de Marte para fornecer combustível e oxidante que poderia ser usado como um armazenamento de energia química para uso com transporte de superfície em Marte. Motores de monóxido de carbono / oxigênio foram sugeridos para o uso inicial de transporte de superfície, uma vez que tanto o monóxido de carbono quanto o oxigênio podem ser produzidos diretamente pela eletrólise de zircônia sem exigir o uso de qualquer um dos recursos hídricos marcianos para obter hidrogênio, que seria necessário para a produção de metano ou quaisquer combustíveis à base de hidrogênio.
A zircônia pode ser usada como fotocatalisador, pois seu alto band gap (~ 5 eV) permite a geração de elétrons e lacunas de alta energia. Alguns estudos demonstraram a atividade da zircônia dopada (com o objetivo de aumentar a absorção de luz visível) na degradação de compostos orgânicos e na redução de Cr (VI) de águas residuárias.
A zircônia também é um material dielétrico de alto κ potencial com aplicações potenciais como isolante em transistores .
A zircônia também é empregada na deposição de revestimentos ópticos ; é um material de alto índice utilizável de UV próximo a infravermelho médio , devido à sua baixa absorção nesta região espectral. Em tais aplicações, é normalmente depositado por PVD .
Na fabricação de joias, algumas caixas de relógios são anunciadas como sendo "óxido de zircônio preto". Em 2015, a Omega lançou um relógio totalmente ZrO 2 chamado "The Dark Side of The Moon" com caixa de cerâmica, moldura, botões e fecho, anunciando-o como quatro vezes mais duro do que o aço inoxidável e, portanto, muito mais resistente a arranhões durante o uso diário.
Na soldagem a arco com gás de tungstênio , os eletrodos de tungstênio contendo 1% de óxido de zircônio (também conhecido como zircônia ) em vez de 2% de tório têm boa partida de arco e capacidade de corrente, e não são radioativos.
Simulador de diamante
Os monocristais da fase cúbica da zircônia são comumente usados como simuladores de diamante em joalheria . Como o diamante, a zircônia cúbica tem uma estrutura cristalina cúbica e um alto índice de refração . É difícil discernir visualmente uma gema de zircônia cúbica de boa qualidade de um diamante, e a maioria dos joalheiros terá um testador de condutividade térmica para identificar a zircônia cúbica por sua baixa condutividade térmica (o diamante é um condutor térmico muito bom). Este estado de zircônia é comumente chamado de zircônia cúbica , CZ ou zircão pelos joalheiros , mas o sobrenome não é quimicamente preciso. Zircão é na verdade o nome mineral do silicato de zircônio (IV) que ocorre naturalmente (ZrSiO 4 ).
Veja também
- Têmpera
- Sinterização
- Estrela do tipo S , emitindo linhas espectrais de monóxido de zircônio
- Zircônia estabilizada com ítria
Referências
Leitura adicional
- Green, DJ; Hannink, R .; Swain, MV (1989). Transformação Toughening of Ceramics . Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-6594-5.
- Heuer, AH; Hobbs, LW, eds. (1981). Ciência e Tecnologia da Zircônia . Avanços em Cerâmica. 3 . Columbus, OH: American Ceramic Society. p. 475.
- Claussen, N .; Rühle, M .; Heuer, AH, eds. (1984). Proc. 2ª Conf. Internacional em Ciência e Tecnologia da Zircônia . Avanços em Cerâmica. 11 . Columbus, OH: American Ceramic Society.