Zirconiul este un element chimic din grupa metalelor tranzitionale, care are numarul atomic 40. Denumirea metalului vine din cuvântul persan zargon, ceea ce înseamnă „colorat ca aurul”, deşi în realitate culoarea zirconiului este gri-alb lucios mai degrabă, decât auriu. Explicaţia este că, în mod sigur persanii nu cunoşteau metalul pur, ci combinaţii ale acestuia.Cum a fost descoperit? In antichitate se cunosteau bijuterii care contineau zirconiu sub numele de zircon. In anul 1789, chimistul german, Martin Klaproth a analizat una dintre aceste bijuterii, reausind sa separe zirconiul in forma de zircona pamantie, anume dioxidul de zirconiu. Insa a esuat in a izola forma pura a sa. Aceeasi soarta a avut-o si incercarea lui Humphry Davy de a folosi electroliza in 1808. Cel care a reusit sa duca la bun sfarsit aceasta sarcina a fost chimistul suedez,  Jöns Berzelius prin incalzirea hexafluorozirconatul de potasiu cu potasiu metalic, obtinand o pulbere neagre de zirconiu.

K 2ZrF 6+4 K→Zr+6KF

Cel mai important compus al sau este dioxidul de zirconiu sau zircona, un oxid alb de forma cristalina. Cum a fost descoperit acest oxid? In anul 1937, Stackelberg si Chudoba erau ocupatii cu studiul elementelor din Pamant cand au descoperit ca zircona cubica crestea in mod natural pe suprafta zirconului vechi. Cea mai raspandita forma naturala a sa este mineralul baddeleyite cu o structura cristalina monoclinica. Zircona este produsa prin calcinara compusilor zirconiului. Se cunosc trei faze ale acesteia: monoclinica (temperaturi mai mici de 1.170 grade Celsius), tetragonala (intre 1.170 si 2.370 garde Celsius) si cubica (>2.370 garde Celsius). Tendinta de simetrie creste o data cu cresterea temperaturii.

Zirconia, din punct de vedere chimic, are reactivitatea mica. Este atacat incet de acidul fluorhidric concentrat si de acidul sulfuric. Cand este incalzita cu carbon se converteste la carbura de zirconiu, iar atunci cand aceasta incalzire are loc in prezenta de clor se transforma in tetraclorura de zirconiu. Aceasta transformare este baza pentru purificarea zirconiului metalic.

Dioxidul de zirconiu este cel mai studiat material ceramic. Acesta adopta o structura monoclinica la temperatura camerei, iar la temperaturi mai mari tinde sa ia forma tetragonalasau cubica. Expansiunea volumului cauzata de transformarea structura cubica-tetragonala-monoclinica provoaca sublimari mari ceea ce conduce la ruperea legaturilor din zircona odata cu scaderea temperaturii. Cand ZrO2 este amestecat cu alti oxizi, formele tetragonala si/sau cubica se stabilizeaza.

Zirconia este mai folosita in faza stabila. Prin adaugarea unor mici procentaje de oxid de ytriu, schimbarile suferite de aceasta la cresterea temperaturii dispar. Astfel se creeaza un material cu proprietati superioare din punct de vedere termic, mecanic si electric. In anumite cazuri forma tetragonala poate fi metastabila. Un caz special de zircon ail reprezinta policristalul de zircona tetragonala.

Principalele aplicatii ale zirconei sunt in biomedicina, la fabricarea pilelor de combustie cu electrolit oxidic solid. Dioxidul de zirconiu este folosit ca material refractor, isolator, abraziv.

Zircona este foarte folosita in biomedical datorita proprietatilor sale mecanice si chimice. Angajat in mare pare in sfera clinica pentru implantul complet de sold, dioxidul de zirconiu ceramic a devenit principalul biomaterial in stomatologie si in implanturile dentare. Prin inlocuirea titanului, principalul biomaterial folosit pana in prezent, zircona ceramica a devenit materialul ‘noii generatii’ de implanturi multumita biocompatibilitatii, tendintei de reducere a placii, a interactiunii cu tesuturile moi cee ace duce la o integrare periodica in organism, osteoconductivity (trebuie sa ointreb pe profa despre asta). Prima referinta legata de aceasta aplicatie in medicina a aparut in anul 1969 cu Helmer si Driskell, urmata 20 de ani mai tarziu de prima publicatie referitoare la operatiile ortopedice si in mod special la inlocuirea complete a soldului rezolvand fragilitatea aluminei si posibilatatea eseului implantului. Abia la sfarsitul anilor 90 zircona si-a gasit aplicatii in operatile protetice dentare cu implanturi endoosoase.

O alta sfera in care acest oxid isi gaseste aplicatii este in fabricarea pilelor de combustie cu electrolit oxidic solid. La baza acestei aplicatii sta conductivitatea ionica a zirconei stabilizate cu oxidul de ytriu, Y2O3, la temperatura camerei. Dioxidul de zirconiu pur este supus unui proces de tranformare de la forma monoclinica (la temperatura camerei), la cea tetragonala (2370 grade Celsius) si cubica (2690 grade Celsius). Obtinerea produsului stabil de zircona ceramica este dificila din cauza volumului mare de schimbari care acompaniaza tranformarea de la faza tetragonala la cea monoclinica. Stabilizarea zirconei cubice polimorfe peste o gama larga de temperaturi este realizata de catre substituatia unor ioni de zirconiu Zr+4 (raza ionica=0.82 Å, prea mica pentru reteaua fluorului caracteristica zirconei tetragonale) in reteau cristalina cu ioni putin mai mari, de exeplu ionii de ytriu Y+3 (raza ionica=0.96 Å ). Acest proces creeaza posturi vacante de oxygen, trei ioni de oxigen inlociuesc patru ioni de oxigen. Deasemenea ii permine zirconei stabilizate cu oxidul de yttrium sa conduca ionii de oxigen O-2, si astfel curentul electric, demonstrand ca exista suficient loc liber pentru mobilitate, proprietate ce creste odata cu temperatura. Aceasta proprietate de a conduce ionii de oxigen fac din zircona stabilizata cu oxid de ytriu un material ideal pentru confectionarea pilelor de combustie cu electrolit oxidic solid, desi necesita folosirea lor la temperaturi inalte.

Conductivitatea mare de ioni de oxigen la temperaturi mari si presiunile oxigenului in stabilizarea zirconei au condus la folosirea lui ca electrolit oxidic solid in diferite aplicatii electrice. Asta include si pilele de combustie cu electrolit solid oxidat la temperaturi inalte cee ace confera curatenie, tehnologie cu nivel scazut al poluatiei pentru electrochimie, avand ca avantaj obtinerea energiei la capacitatea maxima. Datorita grosimini de 50-150 μm a electrolitului de zircona stabilizata cu oxidul de ytriu rezistenta ohmica este mare, ceea cel face perfect pentru efectuarea operatiilor la temperaturi de aproximativ 1000 grade Celsius.