ო ცირკონიუმისიმბოლო Zr, ატომური ნომერი 40, არის ქიმიური ელემენტი, რომელიც მიეკუთვნება მე-5 ჯგუფს Პერიოდული ცხრილი. გამოირჩევა კოროზიისადმი დიდი გამძლეობით, ასევე კარგი თერმული სტაბილურობით.
ელემენტი არის ქიმიურად ძალიან ჰგავს ჰაფნიუმიდა ამის გამო, ყველა ბუნებრივი ცირკონიუმის ნიმუშს აქვს ჰაფნიუმის მცირე შემცველობა. ის უხვად არის დედამიწის ქერქში, გაცილებით მაღალი შემცველობით, ვიდრე ფართოდ გამოყენებული ელემენტები, როგორიცაა სპილენძი, თუთია და ტყვია.
ცირკონიუმს აქვს ფართო გამოყენება ბირთვულ ინდუსტრიაში, რადგან მისი დაბალი ნეიტრონის შთანთქმა ხდის მას შესანიშნავ საფარს ურანის დიოქსიდით მდიდარი საწვავისთვის. გარდა ამისა, რადგან იგი ითვლება არატოქსიკურად და ძალიან ბიოთავსებადად, ცირკონიუმი გამოიყენება ქირურგიულ პროთეზებსა და იმპლანტებში.
წაიკითხეთ ასევე: ურანი - ენერგიის გამომუშავებისთვის დიდი მნიშვნელობის ელემენტი
რეზიუმე ცირკონიუმის შესახებ
ცირკონიუმი არის ა ლითონის პერიოდული ცხრილის მე-5 ჯგუფს მიეკუთვნება.
ის ყოველთვის ჩნდება ბუნებაში ჰაფნიუმის მცირე შემცველობით, რადგან ეს ელემენტები ქიმიურად ძალიან ჰგავს.
ცირკონიტი და ბადდელიტი არის ცირკონიუმის მთავარი მადნები.
ცირკონიუმისა და ჰაფნიუმის გამიჯვნა ძალიან რთულია.
ცირკონიუმს აქვს კარგი კოროზიის და მაღალი ტემპერატურის წინააღმდეგობა.
მისი გამოყენება შესაძლებელია დენტალურ იმპლანტებსა და სხვა პროთეზებში, რადგან არატოქსიკურია და აქვს მაღალი ბიოთავსებადობა.
ცირკონიუმის დიდი ნაწილი გამოიყენება ბირთვული ინდუსტრიის მიერ.
ელემენტი აღმოაჩინა გერმანელმა მეცნიერმა მარტინ კლაპროტმა 1789 წელს.
ცირკონიუმის თვისებები
სიმბოლო: ზრ.
ატომური ნომერი: 40.
ატომური მასა: 91.224 სმ.მ.
ელექტრონეგატიურობა: 1,33.
შერწყმის წერტილი: 1855°C.
Დუღილის წერტილი: 4409°C.
სიმკვრივე: 6,52 გ.სმ-3 (20°C-ზე).
ელექტრონული კონფიგურაცია: [Kr] 5s2 4d2.
ქიმიის სერია: ჯგუფი 4, გარდამავალი ლითონები.
ცირკონიუმის თვისებები
ცირკონიუმი, მისი მეტალის სახით, არის ა ნაცრისფერი ლითონი და რომელსაც აქვს კარგი კოროზიის წინააღმდეგობა, ძირითადად ZrO ფენის გამო2 რომელიც იქმნება მის ირგვლივ და იცავს შიდა მეტალის მასას. თუმცა, თუ წვრილად იყოფა, ცირკონიუმი არის ძლიერ პიროფორიული, ანუ მას შეუძლია სპონტანურად აალდეს ჰაერთან კონტაქტისას, განსაკუთრებით მაღალ ტემპერატურაზე.
ქიმიურად, ცირკონიუმი ძალიან ახლოს არის ჰაფნიუმთან, განსაკუთრებით იმიტომ, რომ ელემენტები ბუნებაში ერთად გვხვდება. ამიტომ, ჰაფნიუმის მსგავსად, ცირკონიუმი არ განიცდის ქიმიურ შეტევებს მჟავები განზავებული (გარდა HF) თუ ისინი არ არის გაცხელებული. ტუტე ხსნარები არ არის ძალიან ეფექტური ცირკონიუმზე, თუნდაც მაღალ ტემპერატურაზე.
უფრო მაღალი ტემპერატურის სისტემებში, ცირკონიუმს აქვს უმეტესობასთან რეაგირების უნარი არამეტალები. რეაგირებისას ჩანს, რომ ცირკონიუმის ნაერთები ჟანგვის ნომრით +4 ყველაზე სტაბილურია, როგორც ეს არის ZrO-ს შემთხვევაში.2 ან ZrCl4. ქვედა ჟანგვის მდგომარეობები, როგორიცაა +3, ნაკლებად სტაბილურია, განსხვავება ტიტანის, ყველაზე მსუბუქი ელემენტი მე-4 ჯგუფში, რომელსაც აქვს კარგი სტაბილურობა ამ დატვირთვით.
სად შეიძლება ცირკონიუმის პოვნა?
პერიოდული ცხრილის d-ბლოკის ელემენტებს შორის ცირკონიუმი მეოთხე ადგილზეა ყველაზე უხვი, უკან რკინის, ტიტანის და მანგანუმი. ისინი არსებობენ მეტი 30 მადნები რაც მაქვსდამ ცირკონიუმი თავის კონსტიტუციაში. მათ შორის ყველაზე ცნობილი და მნიშვნელოვანი არის ცირკონიტი (ასევე ცნობილია როგორც ცირკონი), ZrSiO4 და ბადდელიტი (ან ბადდელიტი), ZrO2. ბადდელიტი ბრაზილიაშიც კი გვხვდება.
ცირკონიუმის ყველაზე დიდი მარაგის მქონე ქვეყნებია ავსტრალია, სამხრეთ აფრიკა და მოზამბიკი. თუმცა, უმსხვილესი მწარმოებლები არიან ჩინეთი, საფრანგეთი, ინდოეთი, რუსეთი, გერმანია და შეერთებული შტატები.
საინტერესოა ცირკონიუმი ზოგიერთში უხვად გვხვდება ვარსკვლავები. ელემენტი კი იდენტიფიცირებული იყო მზე და მეტეორიტებში. აპოლონის მისიების შედეგად მიღებული მთვარის ნიმუშებმა დაადასტურა ZrO-ს მაღალი შემცველობა2 ამ კლდეებში ხმელეთის კლდეებთან შედარებით.
იხილეთ ასევე: ოქრო - კეთილშობილი ლითონი, რომელიც გამოირჩევა კარგი ელექტროგამტარობით
ცირკონიუმის მიღება
ცირკონიუმი ბუნებრივად გვხვდება ჰაფნიუმთან ერთად, ყოველთვის მეორე ელემენტის შემცველობით, რომელიც მერყეობს 1-დან 3%-მდე მასის მიხედვით. მიუხედავად მათი დაბალი შემცველობისა, ამ ორს შორის გამიჯვნა ძალიან რთულია.
ჩვეულებრივ, კროლის პროცესი გამოიყენება ცირკონიუმის მოპოვებისთვის. ამ პროცესში, ZrO2 მადნებში შემავალი მაღალ ტემპერატურაზე გარდაიქმნება ZrCl-ად4. ამ გზით, ცირკონიუმის მიღება შესაძლებელია მაგნიუმის, როგორც რედუქტანტის გამოყენებით. შემდეგი რეაქციები აჩვენებს პროცესს.
ZrO2 → ZrCl4 (CCl-ის გამოყენებით4 770 K ტემპერატურაზე)
ZrCl4 → Zr (Mg გამოყენებით Ar ატმოსფეროში 1420 K ტემპერატურაზე)
თუმცა, დიდი ქიმიური მსგავსება Zr-სა და Hf-ს შორის ნიშნავს, რომ ჰაფნიუმი რჩება საბოლოო სისტემაში, როგორც მუდმივი მინარევები. ამრიგად, აუცილებელია მეტალურგიული ტექნიკის გამოყენება Zr-სა და Hf-ს შორის გამიჯვნისათვის. ინდუსტრია უკვე ავითარებს ჰიდრომეტალურგიულ (ანუ წყალხსნარში წარმოქმნილი) და პირომეტალურგიულ (წყლის არსებობის გარეშე) მარშრუტებს.
ჰიდრომეტალურგიული ტექნიკა არის K მარილების ფრაქციული კრისტალიზაცია2ZrF6 და კ2HfF6, რომლებსაც წყალში ერთნაირი ხსნადობა არ აქვთ. ხსნარის კიდევ ერთი ტექნიკაა გამხსნელი ექსტრაქცია, რომლის დროსაც Zr და Hf ნაერთები იხსნება. წყალში და შემდეგ შერჩევით ამოღებულია ორგანული გამხსნელებით, როგორიცაა მეთილის იზობუტილ კეტონი და ხარკი. გამოყოფის სირთულის გათვალისწინებით, კომერციული ცირკონიუმი ჩვეულებრივ იყიდება ბაზარზე Hf-ის მასის 1-დან 3%-მდე შემცველობით.
ცირკონიუმის აპლიკაციები
მეტალის ცირკონიუმი არის დასაქმებული ლიგებიძირითადად ფოლადში, რათა უკეთესები იყვნენ მექანიკური და კოროზიული წინააღმდეგობის თვალსაზრისით. ლითონის სტაბილურობა მაღალ ტემპერატურაზე ასევე იძლევა ამის საშუალებას გამოიყენება კოსმოსურ ხომალდებში, რომლებიც დიდ ზიანს აყენებენ დედამიწის ატმოსფეროში ხელახალი შესვლისას წარმოქმნილი ექსტრემალური პირობების გამო.
ვინაიდან ცირკონიუმი აღიარებულია, როგორც არატოქსიკური და მაღალი კოროზიისადმი მდგრადი ელემენტი, გარდა იმისა, რომ აქვს კარგი ბიოთავსებადობა, ასევე შესწავლილია მისი გამოყენება ქირურგიულ პროგრამებშიროგორც კბილის პროთეზებსა და იმპლანტებში.
ცირკონიუმის დიოქსიდი, ZrO2აქვს ძალიან მაღალი დნობის წერტილი, 2500 °C დიაპაზონში. ამრიგად, იგი გამოიყენება კონტეინერების წარმოება მაღალი სითბოს წინააღმდეგობით, გარდა მაღალი მდგრადი კერამიკისა. ამ მიზეზით ეს კერამიკა გამოიყენებოდა საჭრელ მანქანებშიც კი. ZrO2 ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას კოსმეტიკაში, ანტიპერსპირანტებში, საკვების შეფუთვაში და ყალბ ძვირფას ქვებშიც კი.
აღსანიშნავია, რომ ცირკონიუმის დიდ ნაწილს იყენებს ბირთვული ინდუსტრია. არსებობს, მაგალითად, Z ლიგაირკალოი®ცირკონიუმის და კალის ლითონის შენადნობი, რომელიც შექმნილია მხოლოდ ბირთვული მიზნებისთვის.
ბირთვულ ინდუსტრიაში ცირკონიუმია გამოიყენება შეფუთვაში, რომელიც შეიცავსêმ ურანის ოქსიდი, საწვავი ელექტროსადგურები. იმის გამო, რომ იგი ძალიან მდგრადია წყლის მიმართ და აქვს დაბალი დაჭერა ნეიტრონები, ამ მიზნით კარგი მასალა გამოდის. უნდა გვახსოვდეს, რომ დროს გამოიყენება ნეიტრონები გაყოფადა ამიტომ აუცილებელია, რომ ცირკონიუმმა არ დაიპყროს ისინი. დაჭერა ასევე იწვევს ცირკონიუმის არ გამოვლენას რადიოაქტიურობა. სწორედ ამიტომ, ამ შემთხვევაში, ცირკონიუმს არ შეიძლება ჰქონდეს ჰაფნიუმის კვალი, ლითონის, რომელსაც აქვს ნეიტრონების დაჭერის დიდი უნარი.
შეამოწმეთ იგი ჩვენს პოდკასტზე:როგორ მუშაობს ატომური ელექტროსადგურები?
ცირკონიუმის ისტორია
სახელწოდება ცირკონიუმი ალბათ მომდინარეობს სარგონა, სიტყვა სირიული ენიდან გამოიყენება ძვირფასი ქვების ფერების აღსაწერად, რომლებიც დღეს ცირკონიის სახელით არის ცნობილი. მიუხედავად იმისა, რომ მინერალები უკვე ცნობილი იყო, მანამდე არ იყო ცნობილი, რომ ისინი შეიცავდნენ ახალ ელემენტს მარტინ ჰეირინჩ კლაპროტმა 1789 წელს მოახერხა ელემენტის აღმოჩენა ბერლინში. გერმანელმა მეცნიერმა გადაწყვიტა ელემენტის დასახელება ცირკორნი.
1789 წელი კლაპროთისთვის ძალიან მნიშვნელოვანი იყო, რადგან იმავე წელს მეცნიერმა აღმოაჩინა ელემენტი ურანი.
ამოხსნილი სავარჯიშოები ცირკონიუმზე
კითხვა 1
(FGV SP/2014 - ადაპტირებული) სუპერგამტარი მასალების ახალი და პერსპექტიული კლასი დაფუძნებულია ვანადიუმის ცირკონიუმის დიბორიდზე. ეს ნაერთი სინთეზირებულია ცირკონიუმის (IV) მარილისგან.
(Ჟურნალი ძებნა Fმაიმუნი2013 წლის ივნისი. ადაპტირებული)
პროტონებისა და ელექტრონების რაოდენობა Zr იონში4+ უდრის, შესაბამისად:
ა) 36; 40
ბ) 40; 40
გ) 40; 44
დ) 40; 36
ე) 36; 36
პასუხი
ასო D
როგორც ცირკონიუმს აქვს ატომური ნომერი 40-ის ტოლია, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ მისი რიცხვი პროტონები ასევე არის 40, რადგან ატომური რიცხვი რიცხობრივად უდრის პროტონების რაოდენობას.
+4-ის ტოლი მუხტის წარმოდგენით, ვიცით, რომ ცირკონიუმს ამ ფორმით აქვს ოთხი ელექტრონები თუ მისი ნეიტრალური ფორმით.
როდესაც ნეიტრალურია, პროტონების რაოდენობა უდრის ელექტრონების რაოდენობას, ანუ თავდაპირველად ცირკონიუმს აქვს 40 პროტონი და 40 ელექტრონი. ოთხი ელექტრონის დაკარგვისას ცირკონიუმი რჩება მხოლოდ 36.
კითხვა 2
(Uerj 2013 —ადაპტირებული) ცირკონიუმის დიოქსიდი წააგავს ალმასს, ნახშირბადის ალოტროპულ ფორმას, რომელიც შეიძლება შეიცვალოს იაფფასიანი სამკაულებით.
მონიშნეთ ალტერნატივა, რომელიც შეიცავს ცირკონიუმის დიოქსიდის ქიმიურ ფორმულას, ასევე ამ ნივთიერების ატომთაშორისი ბმის ტიპს.
ა) ZrO4, კოვალენტური.
ბ) ZrO2იონური.
გ) ZrO2, კოვალენტური.
დ) ZrO4იონური.
ე) ZrO2, მეტალიკი.
პასუხი
ასო B
ცირკონიუმის დიოქსიდი, როგორც მისი სახელი გულისხმობს, უნდა შეიცავდეს მხოლოდ ორ ატომს ჟანგბადი. ამრიგად, მოსალოდნელი ფორმულა არის ZrO2. გარდა ამისა, ცირკონიუმი ჩვეულებრივ იძენს ჟანგვის მდგომარეობას +4-ის ტოლი.
ატომთაშორისი ბმის ტიპია იონური, ორი მიზეზის გამო:
ცირკონიუმი მეტალია, ჟანგბადი კი არამეტალი;
განსხვავება ელექტრონეგატიურობა ორივეს შორის არის 1.7-ზე მეტი (3.5 – 1.3 = 2.2).
სტეფანო არაუხო ნოვაისის მიერ
ქიმიის მასწავლებელი