Dióxido de Circonio, “Circonia” (ZrO2)
Fórmula: ZrO2
Punto de fusión: 2715ºC
Densidad: 5,68 gr/cc
Solubilidad: Virtualmente inerte. Sólo es atacado por los ácidos HF, Hcl, H2SO4 y álcalis en caliente.
Es uno de los óxidos sintéticos más importantes en la industria, y también de los más polivalentes. Se parece mucho a la Alúmina tanto física como químicamente, y de hecho ambas tienen aplicaciones en común.
Propiedades
Antes que nada, hay que saber que la Circonia NO es estable termodinámicamente. ¿Qué significa ésto? Si te has leído la sección donde explico porqué el Diamante se convierte en Grafito lentamente con el paso del tiempo (aunque el lapso pueda llegar a los miles de años) sabrás que algunas modificaciones del mismo elemento, ya sea puro o en forma combinada, son más estables que otros a según que temperatura y presión. Esto obedece a las leyes de la termodinámica y establece que la forma que requiera menos energía para mantenerse será siempre beneficiada en detrimiento de otra más débil dependiendo de las circunstancias exteriores (comportamiento observable dentro de sistema). Para simplificarlo; el hielo que es tan abundante en el Ártico no puede encontrarse en el Sahara, mientras que el vapor de agua es abundante en climas tropicales y no tanto en los fríos. El agua se adapta de forma natural al ambiente que la rodea, o mejor dicho, a las condiciones que la rodean. Para el agua es más “fácil” (se favorece termodinámicamente) estar en forma líquida entre los 0 y 100ºC a presión normal, mientras que a más de 100ºC ebulle y se separa. Debajo del 0ºC el agua se contrae y forma hielo, que no es más que agua sólida. Este fenómeno ocurre con muchos elementos (como el Carbono, Hierro, et cétera) donde la temperatura y la presión influyen en la estabilidad de una estructura o de otra. A temperatura y presión ambiente, la Circonia Cúbica no es estable respecto a otras fases cristalinas, por lo que “se transforma” lentamente, perdiendo propiedades mecánicas. De ahí que la Itria (Y2O3) sea usada como un agente estabilizador que “fija” la fase cúbica de la Circonia. Se mantiene siempre la misma fórmula (en éste caso, ZrO2) pero cambia la disposición de los átomos. Esto resulta en un problema que se ve neutralizado con la adición de la Ytria.
Una vez explicado esto, pasemos a ver las características físicas del óxido.
La Circonia es un compuesto inorgánico, del grupo de las cerámicas (junto al Carburo de Silicio, Alúmina, entre otras) siendo de las más importantes. En estado puro es cristalina, transparente, con una dureza alta (8,5 Mohs) y excelente resistencia química. Ésta es la calidad gema del óxido, que se usa como reemplazo del Diamante. A pesar de ser una imitación, no es precisamente barata, y de hecho tiene buenas características como un mayor índice de dispersión de la luz. Dicho índice recibe el nombre de “fuego” en joyería, y es superior al del Diamante más puro.
La Circonia de calidad industrial se obtiene como polvo blanco y es fácil de sintetizar. Se obtiene mediante la calcinación de los minerales de Circonio, como el Circón (ZrSiO4) que también tiene usos en joyería y en la industria, aunque no debe confundirse con la Circonia propiamente dicha, que es el dióxido del metal puro (ZrO2). En ésta forma presenta un color blanco impoluto, a la vez que retiene su dureza y resistencia química. No se usa en estado masivo salvo en el caso de los abrasivos, pero rara vez se usa como tal ya que aunque rinde bien para ésto hay alternativas más baratas. El uso de la Circonia blanca de calidad industrial es muy amplio y explota ante todo su tenacidad, que está casi a la par del Nitruro de Silicio (Si3N4) más caro y exótico. Se procesa mediante sinterización y nunca se usa (o no debería usarse) sin el acompañamiento de la Itria, que se agrega como estabilizador.
La resistencia al calor extremo se ve mejorada por la misma, y la resistencia a la oxidación a altas temperaturas (crepitación) es excelente. Los ácidos más corrosivos, como el Fluorhídrico, atacan a la Circonia incluso en frío (aunque lleva más tiempo, como es lógico). En caliente la reacción con ácido Clorhídrico y Sulfúrico no concentrado es relativamente fácil, por lo que no se puede decir sea del todo inerte químicamente hablando. Además de todo lo mentado, tiene una densidad bastante alta teniendo en cuenta que se trata de un material cerámico.
Aplicaciones
La Circonia es de las cerámicas de alto rendimiento más famosas por un buen motivo: es muy polivalente. Además de su resistencia al calor y a la abrasión presenta buena resistencia a la rotura, incluso en caliente. Susbtituye al Nitruro de Silicio en muchas aplicaciones que demanden tenacidad pero el presupuesto castigue.
La podemos ver en crisoles, piezas de laboratorio, rodamientos (bolas, agujas y anillas), tuberías, conductos, et cétera. El uso más “mundano” por así decirlo, del material, es el de reemplazo de las piezas dentales. Ésto es posible dado que la Circonia usada en medicina es la de calidad industrial (aunque mejor tratada), con un color original blanco marmóreo puede ser tratada químicamente para imitar la coloración del resto de la dentadura del paciente al cual se le reemplaza la pieza entera, es decir, como prótesis dental puede “oscurecerse” en un laboratorio para que no destaque con respecto al resto de los dientes. Esto es importante desde el punto de vista estético para el paciente ya que la prótesis de Circonia es más fuerte y químicamente inerte que el diente natural, de manera tal que si se realiza un blanqueamiento o cualquier otro procedimiento cosmético para el aclarado de la tonalidad blanca del hueso, idealmente blanca total, la Circonia siga siendo del mismo color que el resto de piezas dentales. En cualquier caso, considero el precio de dichas prótesis desorbitado (independientemente del país del que estemos hablando).
El segundo uso más común o conocido de la Circonia es el de reemplazo no solamente del Diamante, como imitación de la reina de las gemas (a la que repito, supera en brillo), si no que también puede tintarse de prácticamente cualquier color para obtener imitaciones de Zafiros (azul), Rubís (rojo), Amatista (púrpura/morado/violeta), et cétera.
La principal desventaja de la Circonia es su densidad relativamente alta.
Tanto la variedad “gema” como la de calidad industrial se venden como “YCZ” o “CZ” para abreviar. Ésto no es más que las siglas de Yttrium-stabilized-Cubic-Zirconia o Cubic-Zirconia simplemente.