Ó zirkonium, symbol Zr, atomové číslo 40, je chemický prvek patřící do skupiny 5 Periodická tabulka. Vyznačuje se vysokou odolností proti korozi a také dobrou tepelnou stabilitou.
prvek je chemicky velmi podobný hafniuma proto má každý vzorek přírodního zirkonia malý obsah hafnia. Hojně se vyskytuje v zemské kůře, s mnohem vyšším obsahem než v široce používaných prvcích, jako je měď, zinek a olovo.
Zirkonium má široké uplatnění v jaderném průmyslu, protože jeho nízká absorpce neutronů z něj činí vynikající povlak pro palivo bohaté na oxid uraničitý. Kromě toho se zirkonium, protože je považováno za netoxické a velmi biokompatibilní, používá v chirurgických protézách a implantátech.
Přečtěte si také: Uran – prvek velkého významu pro výrobu energie
Shrnutí o zirkonu
Zirkonium je a kov patří do skupiny 5 periodické tabulky.
V přírodě se objevuje vždy s malým obsahem hafnia, neboť tyto prvky jsou si chemicky velmi podobné.
Zirkonit a baddeleyit jsou hlavními zirkoniovými rudami.
Oddělení zirkonia a hafnia je velmi obtížné.
Zirkonium má dobrou odolnost proti korozi a vysokým teplotám.
Může být použit v zubních implantátech a jiných protézách, protože je netoxický a má vysokou biokompatibilitu.
Velká část zirkonia se používá v jaderném průmyslu.
Prvek objevil v roce 1789 německý vědec Martin Klaproth.
Vlastnosti zirkonia
Symbol: Zr.
protonové číslo: 40.
atomová hmotnost: 91,224 c.m.u.
elektronegativita: 1,33.
Fúzní bodTeplota tání: 1855 °C.
Bod varuTeplota tání: 4409 °C.
Hustota: 6,52 g.cm-3 (při 20 °C).
elektronická konfigurace: [Kr] 5 s2 4d2.
Chemická řada: skupina 4, přechodné kovy.
Vlastnosti zirkonia
Zirkonium je ve své kovové formě a šedavý kov a který má dobrou odolnost proti korozi, hlavně díky vrstvě ZrO2 který se kolem něj tvoří a chrání vnitřní kovovou hmotu. Je-li však zirkonium jemně rozděleno, je vysoce samozápalné, to znamená, že se může spontánně vznítit při kontaktu se vzduchem, zejména při vysokých teplotách.
Chemicky je zirkonium velmi blízké hafniu, v neposlední řadě proto, že se prvky v přírodě vyskytují společně. Proto, stejně jako hafnium, zirkonium netrpí chemickými útoky kyseliny zředěný (kromě HF), pokud nejsou vytápěny. Alkalické roztoky nejsou na zirkonium příliš účinné ani při vyšších teplotách.
V systémech s vyšší teplotou má zirkonium schopnost reagovat s většinou nekovy. Při reakci je vidět, že nejstabilnější jsou sloučeniny zirkonia s oxidačním číslem +4, stejně jako ZrO2 nebo ZrCl4. Nižší oxidační stavy, jako je +3, jsou méně stabilní, rozdíl od titan, nejlehčí prvek ve skupině 4, který má při tomto zatížení dobrou stabilitu.
Kde lze zirkonium nalézt?
Mezi prvky d-bloku periodické tabulky je zirkonium čtvrtým nejrozšířenějším po žehlička, titan a mangan. Existují více 30 rudy, které mámam zirkonia ve svém složení. Mezi nejznámější a nejdůležitější patří zirkonit (také známý jako zirkon), ZrSiO4 a baddeleyit (nebo baddeleit), ZrO2. Baddeleyit se dokonce vyskytuje v Brazílii.
Země s největšími zásobami zirkonia jsou Austrálie, Jižní Afrika a Mosambik. Největšími producenty jsou však Čína, Francie, Indie, Rusko, Německo a Spojené státy americké.
Zajímavé je zirkonium V některých se hojně vyskytuje hvězdy. Prvek byl dokonce identifikován v slunce a v meteoritech. Lunární vzorky získané prostřednictvím misí Apollo prokázaly vysoký obsah ZrO2 v těchto horninách ve srovnání s těmi pozemskými.
Viz také: Zlato — ušlechtilý kov, který vyniká dobrou elektrickou vodivostí
Získání zirkonia
zirkonium přirozeně se vyskytuje u hafniavždy s obsahem druhého prvku, který se pohybuje od 1 do 3 % hmotnostních. Přes jejich nízký obsah je jejich oddělení velmi obtížné.
Pro extrakci zirkonia se běžně používá Krollův proces. V tomto procesu se ZrO2 obsažený v rudách se při vysoké teplotě přeměňuje na ZrCl4. Tímto způsobem lze získat zirkonium za použití hořčíku jako redukčního činidla. Následující reakce demonstrují proces.
ZrO2 → ZrCl4 (pomocí CCl4 při teplotě 770 K)
ZrCl4 → Zr (s použitím Mg v atmosféře Ar při teplotě 1420 K)
Velká chemická podobnost mezi Zr a Hf však znamená, že hafnium zůstává v konečném systému jako perzistentní nečistota. Je tedy nutné použití metalurgických technik pro separaci mezi Zr a Hf. Průmysl již vyvíjí hydrometalurgické (tj. které se vyskytují ve vodném roztoku) a pyrometalurgické (bez přítomnosti vody) cesty.
Hydrometalurgická technika je frakční krystalizace K solí2ZrF6 a K2HfF6, které nemají stejnou rozpustnost ve vodě. Další technikou roztoku je extrakce rozpouštědlem, při které se sloučeniny Zr a Hf rozpustí. ve vodě a poté selektivně extrahována organickými rozpouštědly, jako je methylisobutylketon a hold. Vzhledem k obtížnosti separace je komerční zirkonium běžně prodáváno s obsahem 1 až 3 % hmotnostních Hf.
aplikace zirkonia
Kovové zirkonium je zaměstnán v ligy, hlavně v oceli, aby byly lepší z hlediska mechanické a korozní odolnosti. Stabilita kovu při vysokých teplotách to také umožňuje používané ve vesmírných lodích, které utrpěly velké škody kvůli extrémním podmínkám, se kterými se setkáte při opětovném vstupu do zemské atmosféry.
Vzhledem k tomu, že zirkonium je uznáváno jako netoxický a vysoce korozivzdorný prvek, kromě toho, že má dobrou biologickou kompatibilitu, jeho zkoumá se také použití v chirurgických aplikacích, jako u zubních náhrad a implantátů.
Oxid zirkoničitý, ZrO2, má velmi vysoký bod tání, v rozmezí 2500 °C. Používá se tedy v výroba nádob s vysokou tepelnou odolností, navíc vysoce odolná keramika. Z tohoto důvodu byla tato keramika dokonce využívána v řezacích strojích. ZrO2 Může být také použit v kosmetice, antiperspirantech, balení potravin a dokonce i falešných drahokamech.
Stojí za zmínku, že velká část zirkonia se používá v jaderný průmysl. Existuje například Z ligaircaloy®, kovová slitina zirkonia a cínu vyvinutá výhradně pro jaderné účely.
V jaderném průmyslu je zirkonium používané v obalech obsahujícíchêm oxid uranu, palivo z elektrárny. Protože je vysoce odolný vůči vodě a s nízkým zachycením neutrony, ukazuje se, že je to pro tento účel dobrý materiál. Stojí za to připomenout, že neutrony se používají během štěpení, a proto je nezbytné, aby je zirkonium nezachytilo. Nezachycení také způsobí, že se zirkonium nezobrazí radioaktivita. To je důvod, proč v tomto případě zirkonium nemůže mít stopy hafnia, kovu, který má velkou schopnost zachycovat neutrony.
Podívejte se na náš podcast:Jak fungují jaderné elektrárny?
historie zirkonia
Název zirkonium pravděpodobně pochází z sargon, slovo ze syrského jazyka používané k popisu barev drahokamů, které jsou nyní známé jako zirkonie. Minerály byly sice již známé, ale až do r se nevědělo, že obsahují nový prvek Martinu Heirinchovi Klaprothovi se v roce 1789 podařilo detekovat prvek v Berlíně. Německý vědec se rozhodl prvek pojmenovat zirkhorn.
Rok 1789 byl pro Klaprotha velmi významný, neboť ve stejném roce vědec objevil prvek uran.
Řešené cviky na zirkonium
Otázka 1
(FGV SP/2014 - upraveno) Nová a slibná třída supravodivých materiálů je založena na sloučenině vanadium zirkonium diborid. Tato sloučenina je syntetizována ze zirkoniové (IV) soli.
(Časopis Hledat Fopice, Červen 2013. Přizpůsobeno)
Počet protonů a elektronů v iontu Zr4+ se rovná, respektive:
A) 36; 40
B) 40; 40
C) 40; 44
D) 40; 36
E) 36; 36
Odpověď
Písmeno D
Jako má zirkonium protonové číslo rovný 40, můžeme usoudit, že jeho počet protony je také 40, protože atomové číslo se číselně rovná počtu protonů.
Představíme-li náboj rovný +4, víme, že zirkonium v této formě má čtyři elektrony pokud není v neutrální podobě.
Když je neutrální, počet protonů se rovná počtu elektronů, to znamená, že původně zirkonium mělo 40 protonů a 40 elektronů. Při ztrátě čtyř elektronů zirkonu zbylo pouze 36.
otázka 2
(Uerj 2013 —přizpůsobený) Oxid zirkoničitý připomíná diamant, alotropní formu uhlíku, kterou lze nahradit levné šperky.
Označte alternativu, která obsahuje chemický vzorec oxidu zirkoničitého a také typ meziatomové vazby této látky.
A) ZrO4, kovalentní.
B) ZrO2, iontové.
C) ZrO2, kovalentní.
D) ZrO4, iontové.
E) ZrO2, kovové.
Odpověď
Písmeno B
Oxid zirkoničitý, jak jeho název napovídá, musí obsahovat pouze dva atomy kyslík. Očekávaný vzorec je tedy ZrO2. Kromě toho zirkonium běžně získává oxidační stav rovný +4.
Typ meziatomové vazby je iontový, a to ze dvou důvodů:
zirkonium je kov a kyslík je nekov;
rozdíl v elektronegativita mezi oběma je větší než 1,7 (3,5 – 1,3 = 2,2).
Autor: Stefano Araújo Novais
Učitel chemie
