Lo zircone (simbolo IMA: Zrn) è un minerale del gruppo omonimo appartenente alla famiglia dei "silicati e germanati" con composizione chimica Zr(SiO4).
Da un punto di vista chimico è un silicato di zirconio e strutturalmente appartiene ai nesosilicati. Sono molto tipici gli alti contenuti di afnio, uranio, torio, ittrio, cerio e altri metalli delle terre rare (REE). Lo zircone forma una serie continua di soluzioni solide con il suo analogo afnio-dominante, l'hafnon, molto più raro. La reidite, inoltre, è una modificazione ad alta pressione dello zircone.
Il minerale sviluppa principalmente cristalli prismatici corti con sezione trasversale quadrata ed estremità cristalline piramidali, nonché cristalli con abito dipiramidale. I cristalli, per lo più incarniti e che crescono solo raramente, possono raggiungere dimensioni fino a 30 cm. Lo zircone si trova anche in aggregati radiali, grani irregolari, massicci e sotto forma di cristalli laminati e fortemente arrotondati. Nella sua forma pura, lo zircone è incolore e trasparente. Tuttavia, a causa delle molteplici rifrazioni della luce causate da difetti del reticolo o dalla formazione policristallina, può anche apparire bianco, sebbene raramente si trovino zirconi incolori o bianchi. pp. 124-125 A causa di varie impurità estranee, il minerale assume solitamente un colore grigio, marrone o marrone rossastro e, più raramente, giallo, verde o blu.
Gli esemplari che presentano qualità da gemma grazie alle loro dimensioni e alla loro purezza sono un popolare sostituto dei diamanti, grazie alla loro lucentezza simile a questa pietra preziosa. Lo zircone non deve essere confuso con la zirconia sintetica (formula: ZrO2, ossido di zirconio), anch'essa utilizzata come pietra preziosa e come imitazione del diamante.
Etimologia e storia Il nome zircone deriva dall'arabo zarqun per 'cinabro' o dal persiano زرگون ('zargun', dorato, che a sua volta deriva dalle parole 'zar' (oro) e 'gun' (colore)). Questi termini si ritrovano in una forma modificata nel gergo dei nomi, utilizzato per indicare gli zirconi luminosi.
Il nome giacinto, utilizzato fin dall'antichità, originariamente si riferiva a un minerale di colore blu o viola. Deriva dalla parola greca yάκινθος ('hyakinthos' che significa "giovinezza"): nella mitologia greca, hyakinthos era un fiore che cresceva dal sangue del giovane omonimo. Già nel 300 a.C. Teofrasto chiamò il minerale lyncurion, dal termine greco λυγκύριον. Nella sua Naturalis historia, scritta intorno al 77 d.C., Plinio il Vecchio chiamò chrysolithos un minerale probabilmente identico all'attuale zircone. Il minerale fu chiamato ancora hyacinthus da Georg Agricola nel 1546 e hyacinthe da Barthélemy Faujas de Saint-Fond nel 1772.
Jean-Baptiste Romé de L'Isle fu il primo a rappresentare la caratteristica forma cristallina dello zircone con prisma e piramide, e a distinguere tra varietà dodecaedriche colonnari-allungate e pseudorombiche. Martin Heinrich Klaproth ha sottolineato che Romé fu il primo a pensare al Jargon de Ceylan "come a un tipo speciale di pietra". pp. 147–176 Il minerale fu denominato per la prima volta zircone (silex circonius) nel 1783 da Abraham Gottlob Werner, il cui studente Christian August Siegfried Hoffmann incluse lo zircone nel suo "Handbook of Mineralogy", che scrisse basandosi sulle lezioni di Werner:
Nel 1789 Martin Heinrich Klaproth analizzò degli zirconi giallo-verdi e rossastri provenienti dall'allora Ceylon (oggi Sri Lanka) e scoprì in essi "una terra semplice, indipendente e finora sconosciuta", che chiamò "terra di zirconio" (terra circonia). Klaproth trovò lo stesso terreno in un 'giacinto' di Ceylon, per cui lo zircone da una parte e il giacinto dall'altra si rivelarono essere "due specie o generi di una peculiare famiglia di pietre". Fu René Just Haüy il primo a unire il giacinto e lo zircone in un unico minerale, determinandone con precisione le forme cristalline. L'elemento chimico zirconio fu isolato per la prima volta dal medico e chimico svedese Jöns Jacob Berzelius.
Non è nota una località tipo per lo zircone, pertanto non ci sono campioni tipo del minerali definiti in modo corrispondente.
Classificazione La classica nona edizione della sistematica dei minerali di Strunz, aggiornata dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA) fino al 2009, elenca lo zircone nella classe "9. Silicati (germanati)" e nella sottoclasse "9.A Nesosilicati"; questa viene ulteriormente suddivisa in base alla coordinazione dei cationi coinvolti in modo tale da trovare lo zircone nella sezione "9.AD Nesosilicati senza anioni aggiuntivi; cationi in coordinazione e/o maggiore" dove forma il sistema nº 9.AD.30 insieme a coffinite, hafnon, stetindite, thorite e thorogummite.
Tale classificazione viene mantenuta anche nell'edizione successiva, proseguita dal database "mindat.org" e chiamata Classificazione Strunz-mindat.
Nella Sistematica dei lapis (Lapis-Systematik) di Stefan Weiß lo zircone si trova nella classe dei "silicati" e nella sottoclasse dei "nesosilicati con gruppo [SiO4]4-"; qui è nella sezione dei "cationi in coordinazione cubica e ottaedrica [8+6]; gruppo dello zirconio" dove forma il sistema nº VIII/A.09 insieme ad atelisite-(Y), coffinite, hafnon, reidite, stetindite-(Ce), thorite e thorogummite.
Anche nella classificazione dei minerali secondo Dana, usata principalmente nel mondo anglosassone, lo zircone si trova nella famiglia dei "silicati"; qui è nella classe dei "nesosilicati" e nella sottoclasse dei "nesosilicati: gruppi SiO4 solo con cationi in coordinazione >", dove forma il "gruppo dello zircone" con il numero di sistema 51.05.02 insieme a coffinite, hafnon, stetindite, thorite e thorogummite.
Chimica La formula dello zircone puro con composizione dell'elemento terminale Zr[SiO4] richiede contenuti del 67,1% in peso di ossido di zirconio (ZrO2) e del 32,9% in peso di silice (SiO2). pp. 468–471 Gli zirconi naturali contengono spesso un'ampia gamma di elementi estranei e inclusioni di altri minerali, tra cui segregazioni, inclusioni e intercrescite zonate. Gli elementi più importanti sono afnio, torio, uranio, ittrio, cerio e altri metalli delle terre rare, nonché fosforo, niobio, tantalio, alluminio, ferro e calcio. L'isotipo dello zirconio (Zr[SiO4]) e dello xenotime-(Y) (Y[PO4]) è la ragione della sostituzione accoppiata (eterovalente) di Zr4+ e Si4+ con Y3+ e P5+. Tuttavia, la maggior parte dei contenuti di ittrio a volte molto elevati non è dovuta a un'incorporazione di sostituzione di ittrio per lo zircone, ma a intercrescite zonate, a volte persino epitassiche, con i minerali del tipo "xenotime".Lo xenotime esiste in due "varianti", entrambi minerali approvati dall'IMA: xenotime-(Y) e xenotime-(Yb).
L'afnio fu rilevato per la prima volta negli zirconi norvegesi mediante spettroscopia a raggi X dai fisici Dirk Coster e George Charles de Hevesy a Copenaghen nel 1923. È diventato rapidamente chiaro che l'afnio è sempre presente nei minerali contenenti zirconio - e quindi in tutti gli zirconi - perché gli ioni Hf4+ hanno un raggio ionico paragonabile all'omologo più leggero Zr4+ a causa della contrazione dei lantanidi e quindi si adattano perfettamente alle strutture cristalline dei composti di zirconio. Con il suo analogo afnio dominante, l'hafnon (Hf[SiO4]), lo zirconio forma quindi una serie continua di soluzioni solide. Il contenuto di biossido di afnio (HfO2) pari al 45,30% in peso e di diossido di zirconio (ZrO2) pari al 27,69% in peso caratterizza il centro della serie di soluzioni solide con la formula
(Zr_{0,50} Hf_{0,50})_{\Sigma =1,00} SiO_{4}
I cristalli con contenuto di biossido di afnio superiore al 45,30% in peso sono afnoni; se il valore è inferiore al 45,30% in peso, sono zirconi. Normalmente, il contenuto di HfO2 degli zirconi è di circa l'1-1,5% in peso, il rapporto Hf/Zr è 0,02-0,04. pp. 418–442
Nei casi estremi, lo zircone può contenere anche fino al 12% in peso di diossido di torio (ThO2) o l'1,5% in peso di octaossido di triuranio (U3O8). Una varietà di zircone contenente ittrio era chiamata ribeirite e contiene il 7,45% in peso di ossido di ittrio (Y2O3). In uno zircone grigio-verde o grigio-marrone proveniente da Hayamadake, nella prefettura di Fukushima (Giappone), è stato trovato il 10,14% in peso di ossido di ittrio.
Il contenuto a volte considerevole di uranio e torio rende lo zircone il principale vettore di radioattività nelle rocce. pp. 669–670 Tuttavia, anche lo zirconio puro è debolmente radioattivo, poiché è costituito dal 2,8% dell'isotopo 96Zr, che decade in 96Mo con un'emivita estremamente lunga di 24·1018 anni tramite doppio decadimento beta. pp. 110–115
Abito cristallino Lo zircone cristallizza nel sistema tetragonale nel gruppo spaziale I41/amd (gruppo nº 141) con i parametri reticolari a = 6,61 Å e c = 5,98 Å, oltre a 4 unità di formula per cella unitaria.
La struttura dello zircone contiene tetraedri [SiO4]4- simili a isole in una cella unitaria centrata sul corpo di ioni Zr4+, con ogni ione Zr4+ circondato da otto ioni O2−. I tetraedri [SiO4]4− sono simmetrici speculari e disposti lungo assi a vite quadrupli. Questi ultimi hanno direzioni di rotazione opposte parallele a attraverso il centro delle quattro celle del quarto. L'elemento strutturale principale nello zircone sono catene a zigzag di dodecaedri ZrO8 paralleli alternati e con spigoli condivisi , che sono collegati ai tetraedri [SiO4]4− da angoli e spigoli comuni per formare una struttura tridimensionale. Lo zircone è isotipico con xenotime-(Y), béhierite (Ta[BO4]), chernovite-(Y), hafnon, thorite e wakefieldite-(Y) così come con un certo numero di composti artificiali, vale a dire che cristallizza con la stessa struttura di questi minerali e fasi.
In alcuni zirconi, la struttura reticolare è parzialmente distrutta (metamictizzata) dall'azione di particelle radiogeniche ad alta energia (derivanti dal decadimento radioattivo degli elementi uranio e torio contenuti nello zircone); tali cristalli hanno solitamente colori più scuri, marroni. Attraverso la metamictizzazione, l'acqua può essere incorporata nel reticolo cristallino: il risultato è una notevole riduzione dell'indice di rifrazione, della densità e della durezza e a questo punto non c'è più alcuna birifrangenza. A questo proposito, gli zirconi vengono differenziati in base alle loro fasi in:
zirconi alti (zirconi normali, cristallini), zirconi profondi (zirconi metamittici), zirconi intermedi,
le cui proprietà si trovano tra i primi due gruppi. Riscaldandoli a oltre 1000 °C, gli zirconi bassi possono ricristallizzarsi in zirconi alti.
Proprietà Morfologia Lo zircone forma quasi sempre cristalli che si sviluppano attorno al corpo del minerale, ma che raramente si insinuano al suo interno e crescono; spesso hanno una sezione trasversale quadrata e una dimensione media, per esempio nelle rocce granitoidi, tra 100 e 300 µm. Occasionalmente, tuttavia, raggiungono anche dimensioni di diversi centimetri, soprattutto nelle pegmatiti o nei placer minerali pesanti. Lo zircone più grande conosciuto fino a oggi misura 10 cm × 10 cm × 30 cm, pesa oltre 7 kg ed è stato trovato vicino a Brudenell nella provincia canadese dell'Ontario.
Nella maggior parte dei casi i cristalli di zircone terminano a entrambe le estremità. I loro rapporti lunghezza/larghezza, che riflettono la velocità di cristallizzazione, variano tra 1 e 5. Infatti, cristalli aghiformi si trovano spesso in intrusioni subvulcaniche porfiriche a cristallizzazione rapida, così come in graniti e gabbri intrusi in prossimità della superficie.