The mineralogy of Zirconium
| General Properties | |
|---|---|
| Symbol: | Zr |
| Atomic Number: | 40 |
| Standard atomic weight (Ar): | 91.224(2) |
| Electron configuration: | [Kr] 4d2 5s2 |
| Photos | ||
|---|---|---|
      | ||
| < | Zirconium crystal bar and cube | > |
| Atomic Properties | |
|---|---|
| Electronegativity (Pauling scale): | 1.33 |
| Atomic Radius: | 206 pm |
| Ionic Radius: | 72 pm (+4) |
| 1st Ionization energy: | 640 kJ/mol |
| 1st Electron affinity: | -41 kJ/mol |
| Oxidation States: | 1,2,3,4 |
| Physical Properties | |
|---|---|
| Standard State: | solid |
| Bonding Type: | metallic |
| Melting Point: | 2128 K |
| Boiling Point: | 4682 K |
| Density: | 6.51 g/cm3 |
| Metal/Non-Metal: | transition metal |
| Main isotopes of Zirconium | ||||
|---|---|---|---|---|
| Isotope | % in Nature | Half Life | Decay type | Decay product |
| 88Zr | synthetic | 83.4d | ε | 88Y |
| 89Zr | synthetic | 78.4h | ε | 89Y |
| β+ | 89Y | |||
| 90Zr | 51.45% | stable | ||
| 91Zr | 11.22% | stable | ||
| 92Zr | 17.15% | stable | ||
| 93Zr | trace | 1.53×106y | β− | 93Nb |
| 94Zr | 17.38% | >1.1×1017y | β-β- ? | 94Mo |
| 96Zr | 2.8% | 2.0×1019y | β-β- | 96Mo |
| β− ? | 96Nb | |||
| Main ions of Zirconium | ||||
|---|---|---|---|---|
| Name | Ion | Example minerals | ||
| zirconium(II) | Zr2+ | |||
| zirconium(III) | Zr3+ | |||
| zirconium(IV) | Zr4+ | Zircon | ||
| Other Information | |
|---|---|
| Year Discovered: | 1789 |
| Discovered By: |  Martin Heinrich Klaproth |
| Year Isolated: | 1824 |
| Isolated By: |  Jöns Jakob Berzelius |
| Named For: |  after zircon (persian - zargun) meaning "gold-colored" |
| CPK color coding: | #94E0E0 |
| External Links: | WikipediaWebElementsLos Alamos National LaboratoryTheodore Gray's PeriodicTable.com |
| Simple Compounds and Mineral Names | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Nitrides | zirconium nitride | ZrN | +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Sulfides | zirconium disulphide | ZrS2 | +4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Selenides | zirconium diselenide | ZrSe2 | +4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tellurides | zirconium ditelluride | ZrTe2 | +4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Hydrides | zirconium dihydride | ZrH2 | +2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fluorides | zirconium tetrafluoride | ZrF4 | +4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chlorides | zirconium dichloride | ZrCl2 | +2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| zirconium tetrachloride | ZrCl4 | +4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Bromides | zirconium tribromide | ZrBr3 | +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| zirconium tetrabromide | ZrBr4 | +4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Iodides | zirconium diiodide | ZrI2 | +2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| zirconium triiodide | ZrI3 | +3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| zirconium tetraiodide | ZrI4 | +4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oxides | zirconium dioxide | ZrO2 | +4 | Baddeleyite | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Mineral Diversity of Zirconium | |
|---|---|
| 4. Oxides | 23 valid mineral species |
| 5. Carbonates | 3 valid mineral species |
| 6. Borates | 1 valid mineral species |
| 7. Sulfates | 1 valid mineral species |
| 8. Phosphates, Arsenates, Vanadates | 8 valid mineral species |
| 9. Silicates | 100 valid mineral species |
| Total: | 136 valid species containing essential Zirconium |
| Geochemistry of Zirconium | |
|---|---|
| Goldschmidt classification: | Lithophile |
| Zr4+ is commonly concentrated in residual soils and sediments. | |
| Zr4+ is concentrated in deep-sea ferromanganese nodules relative to seawater. | |
| Elemental Abundance for Zirconium | ||
|---|---|---|
| Crust (CRC Handbook) | 1.65 x 10-4 | mass fraction, kg/kg |
| Crust (Kaye & Laby) | 1.4 x 10-4 | mass fraction, kg/kg |
| Crust (Greenwood) | 1.62 x 10-4 | mass fraction, kg/kg |
| Crust (Ahrens/Taylor) | 1.00 x 10-4 | mass fraction, kg/kg |
| Crust (Ahrens/Weaver) | 2.10 x 10-4 | mass fraction, kg/kg |
| Upper Crust (Ahrens/Taylor) | 1.90 x 10-4 | mass fraction, kg/kg |
| Upper Crust (Ahrens/Shaw) | 2.40 x 10-4 | mass fraction, kg/kg |
| Sea Water (CRC Handbook) | 3 x 10-11 | mass per volume fraction, kg/L |
| Sea Water (Kaye & Laby) | 2.6 x 10-11 | mass per volume fraction, kg/L |
| The Sun (Kaye & Laby) | 1.12 x 10-5 | atom mole fraction relative to Si=1 |
| Solar System (Kaye & Laby) | 1.14 x 10-5 | atom mole fraction relative to Si=1 |
| Solar System (Ahrens) | 1.14 x 10-5 (6.4%) | atom mole fraction relative to Si=1 (% uncertainty) |
| Element association of Zirconium in the Mineral World | |||
|---|---|---|---|
| This table compares the known valid mineral species listed listed with Zirconium and the other elements listed based on the official IMA formula. Note that unlike other sections on this page this includes non-essential elements. The first data column contains the total number of minerals listed with Zirconium and the element listed for that row. The second data column lists this number as a percentage of all minerals listed with Zirconium. The final data column compares this percentage against the percentage of all minerals that contain the element listed in each row. Click on a heading to sort. |
| Periodic Table | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Yttrium << Zirconium >> Niobium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Most widespread minerals containing Zirconium | |||||||
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| This list of minerals containing Zirconium is built from the mindat.org locality database. This is based on the number of localities entered for mineral species and is therefore slanted towards minerals interesting to collectors with less coverage of common rock-forming-minerals so it does not give an undistorted distribution of Zirconium mineral species. It is more useful when comparing rare species rather than common species. |
| Name | Formula | Crystal System | Mindat Localities |
|---|---|---|---|
| Zircon | Zr(SiO4) | Tetragonal | 7574 |
| Baddeleyite | ZrO2 | Monoclinic | 393 |
| Eudialyte | Na15Ca6Fe3Zr3Si(Si25O73)(O,OH,H2O)3(Cl,OH)2 | Trigonal | 280 |
| Zirconolite | CaZrTi2O7 | Orthorhombic | 190 |
| Catapleiite | Na2Zr(Si3O9) · 2H2O | Monoclinic | 169 |
| Wöhlerite | Na2Ca4ZrNb(Si2O7)2O3F | Monoclinic | 140 |
| Låvenite | Na2Ca2Mn2Zr2(Si2O7)2O2F2 | Monoclinic | 93 |
| Elpidite | Na2ZrSi6O15 · 3H2O | Orthorhombic | 69 |
| Rosenbuschite | Na6Ca6Zr3Ti(Si2O7)4O2F6 | Triclinic | 65 |
| Hiortdahlite | Na2Ca4(Ca0.5Zr0.5)Zr(Si2O7)2OF3 | Triclinic | 47 |
| Photos |
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| Localities with greatest number of different Zirconium mineral species |
|---|
| Important ores of Zirconium | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Name | Formula | Crystal System |
|---|---|---|
| Zircon | Zr(SiO4) | Tetragonal |
| Photos |
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Constants and physical property data from:
David R. Lide (ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005).
Kaye and Laby Tables of Physical & Chemical Constants (2005). Section 3.1.3, Abundances of the elements
A. Earnshaw, N. Greenwood, Chemistry of the Elements, 2nd edition, Butterworth-Heinemann, (1997)
Thomas J. Ahrens (ed.), Global Earth Physics : A Handbook of Physical Constants, American Geophysical Union (1995)
L.B. Railsback, An Earth Scientist's Periodic Table of the Elements and Their Ions : Geology 31:9 p737-740 (2003)
Emsley, J. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. New York: Oxford University Press (2001)
