Zirconium – Tableau Périodique – Propriétés Atomiques

Le zirconium est un métal de transition solide, brillant, gris-blanc, qui ressemble à l’hafnium et, dans une moindre mesure, au titane. Le zirconium est principalement utilisé comme réfractaire et opacifiant, bien que de petites quantités soient utilisées comme agent d’alliage pour sa forte résistance à la corrosion. Le zirconium est largement utilisé comme gaine pour les combustibles des réacteurs nucléaires. Les propriétés recherchées pour ces alliages sont une faible section efficace de capture neutronique et une résistance à la corrosion dans les conditions normales de service.

Sommaire

Numéro atomique – Protons, électrons et neutrons dans le Zirconium

Le zirconium est un élément chimique de numéro atomique 40, ce qui signifie qu’il y a 40 protons dans son noyau. Le nombre total de protons dans le noyau est appelé le numéro atomique de l’atome et reçoit le symbole Z. La charge électrique totale du noyau est donc +Ze, où e (charge élémentaire) vaut 1 602 x 10^-19 coulombs.

Le nombre total de neutrons  dans le noyau d’un atome est appelé le nombre de neutrons de l’atome et reçoit le  symbole N. Le nombre de neutrons plus le numéro atomique est égal au nombre de masse atomique: N+Z=A . La différence entre le nombre de neutrons et le numéro atomique est appelée excès de neutrons: D = N – Z = A – 2Z.

Pour les éléments stables, il existe généralement une variété d’isotopes stables. Les isotopes sont des nucléides qui ont le même numéro atomique et sont donc le même élément, mais diffèrent par le nombre de neutrons. Les nombres de masse des isotopes typiques du zirconium sont de 90; 91; 92; 94.

Masse atomique du Zirconium

La masse atomique du zirconium est de 91,224 u. 

La masse atomique est la masse d’un atome. La masse atomique ou masse isotopique relative fait référence à la masse d’une seule particule et est donc liée à un certain isotope spécifique d’un élément. La masse atomique est portée par le noyau atomique, qui n’occupe qu’environ 10 ^-12  du volume total de l’atome ou moins, mais il contient toute la charge positive et au moins 99,95 % de la masse totale de l’atome. Notez que chaque élément peut contenir plus d’ isotopes, donc cette masse atomique résultante est calculée à partir des isotopes naturels et de leur abondance.

Rayon atomique du Zirconium

Le rayon atomique de l’atome de zirconium est de 175 pm (rayon covalent).

Il faut noter que les atomes n’ont pas de frontière extérieure bien définie. Le rayon atomique d’un élément chimique est une mesure de la distance à laquelle le nuage d’électrons s’étend du noyau. Cependant, cela suppose que l’atome présente une forme sphérique, qui n’est respectée que pour les atomes dans le vide ou l’espace libre. Par conséquent, il existe diverses définitions non équivalentes du rayon atomique.

Électrons et configuration électronique

Le nombre d’électrons dans un atome électriquement neutre est le même que le nombre de protons dans le noyau. Par conséquent, le nombre d’électrons dans l’atome neutre de zirconium est de 40. Chaque électron est influencé par les champs électriques produits par la charge nucléaire positive et les autres électrons négatifs (Z – 1) dans l’atome.

Puisque le nombre d’électrons et leur disposition sont responsables du comportement chimique des atomes, le numéro atomique identifie les différents éléments chimiques. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.

La configuration électronique du zirconium est [Kr] 4d2 5s2.

Les états d’oxydation possibles sont +4.

Densité du Zirconium

La densité du zirconium est de 6,511 g/cm³.

Les densités typiques de diverses substances sont à la pression atmosphérique.

La densité est définie comme la masse par unité de volume. C’est une  propriété intensive, qui est mathématiquement définie comme la masse divisée par le volume:

ρ = m / V

Affinité électronique – Zirconium

L’affinité électronique du zirconium est de 41,1 kJ/mol.

En chimie et en physique atomique, l’ affinité électronique d’un atome ou d’une molécule est définie comme:

la variation d’énergie (en kJ/mole) d’un atome ou d’une molécule neutre (en phase gazeuse) lorsqu’un électron est ajouté à l’atome pour former un ion négatif.

X + e ^–  → X ^–  + énergie Affinité = – ∆H

En d’autres termes, il peut être exprimé comme la probabilité qu’a l’atome neutre de gagner un électron. Notez que les énergies d’ionisation mesurent la tendance d’un atome neutre à résister à la perte d’électrons. Les affinités électroniques sont plus difficiles à mesurer que les énergies d’ionisation.

Electronégativité du Zirconium

L’électronégativité du zirconium est de 1,33.

L’électronégativité, symbole χ, est une propriété chimique qui décrit la tendance d’un atome à attirer des électrons vers cet atome. A cet effet, une  quantité sans dimension l’ échelle de Pauling, symbole χ, est la plus couramment utilisée.

L’électronégativité du Zirconium est: χ = 1,33

Première énergie d’ionisation du Zirconium

La première énergie d’ionisation du zirconium est de  6,6339 eV.

L’énergie d’ionisation, également appelée potentiel d’ionisation, est l’énergie nécessaire pour  retirer un électron de l’atome neutre.

X + énergie → X ⁺  + e ⁻

où X est n’importe quel atome ou molécule capable d’être ionisé, X⁺ est cet atome ou molécule avec un électron retiré (ion positif), et e^– est l’électron retiré.

Un atome de zirconium, par exemple, nécessite l’énergie d’ionisation suivante pour éliminer l’électron le plus externe.

Zr + IE → Zr ⁺  + e ^–        IE = 6,6339 eV

Source : www.luciteria.com

Autres propriétés du Zirconium