Nitrate de zirconium

Le zirconium est très résistant à l'acide nitrique même en présence d'impuretés et à haute température, de sorte qu'on ne peut obtenir le nitrate de zirconium par dissolution du métal dans l'acide. On procède en faisant réagir du chlorure de zirconium(IV) ZrCl₄, refroidi à l'azote liquide, avec du pentoxyde d'azote N₂O₅. Après traitement sous vide à température ambiante, on obtient initialement un produit d'addition sans chlorure de composition Zr(NO₃)₄·0,4N₂O₅·0,6N₂O₄ qui ne libère les oxydes d'azote qu'à la mise sous vide à 100 °C et, après sublimation sous vide poussé, produit du nitrate de zirconium d'une assez bonne pureté^[1], contaminé éventuellement par du pentanitratozirconate de nitronium (NO₂)Zr(NO₃)₅^[4] :

ZrCl₄ + 4 N₂O₅ ⟶ Zr(NO₃)₄ + 4 NO₂Cl (en).

Le pentahydrate peut être obtenu en dissolvant du dioxyde de zirconium ZrO₂ dans l'acide nitrique HNO₃, puis en séchant la solution par évaporation, mais cette méthode donne plus facilement du nitrate de zirconyle trihydraté ZrO(NO₃)₂·3H₂O^[4].

Le nitrate de zirconium est produit industriellement comme source de zirconium pour la synthèse d'autres sels^[5] ou comme étalon en chimie analytique^[5], voire comme conservateur^[5]. Il peut être utilisé comme précurseur en dépôt chimique en phase vapeur CVD car il est volatil et se décompose au-dessus de 100 °C en déposant du dioxyde de zirconium ZrO₂^[6]. À 95 °C, le nitrate de zirconium se sublime à une pression de 0,2 mmHg et peut se déposer sous forme de ZrO₂ sur du silicium à 285 °C. Il a l'avantage d'être une source unique, n'ayant pas besoin d'être mélangé avec d'autres substances comme l'oxygène, ainsi que celui de se décomposer à une température relativement basse, et de ne pas contaminer la surface avec d'autres éléments tels que l'hydrogène ou le fluor^[7].

La construction de réacteurs nucléaires fait intervenir du zirconium débarrassé de ses impuretés d'hafnium, qu'on peut obtenir en passant par une solution aqueuse de nitrate d'hafnium Hf(NO₃)₄ et de nitrate de zirconium, ce qui permet de séparer le zirconium à l'aide de phosphate de tributyle dissous dans le kérosène^[8].

Le nitrate de zirconium peut être employé comme catalyseur acide de Lewis pour la formation de pyrroles N-substitués^[9].

Le nitrate de zirconium anhydre peut nitrer certains composés organiques aromatiques de manière inhabituelle : la quinoléine donne ainsi la 3-nitroquinoléine et la 7-nitroquinoléine, tandis que la pyridine donne la 3-nitropyridine et la 4-nitropyridine^[10].

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