지르코늄(Zr): 특성, 생산, 응용

영형 지르코늄, 기호 Zr, 원자 번호 40은 의 5족에 속하는 화학 원소입니다. 주기율표. 부식에 대한 저항성이 뛰어나고 열 안정성이 우수합니다.

요소는 화학적으로 매우 유사 하프늄이 때문에 모든 천연 지르코늄 샘플에는 소량의 하프늄 함량이 있습니다. 그것은 지각에 풍부하며 구리, 아연 및 납과 같이 널리 사용되는 원소보다 훨씬 높은 함량을 가지고 있습니다.

지르코늄은 원자력 산업에서의 폭넓은 적용, 중성자 흡수가 낮기 때문에 이산화우라늄이 풍부한 연료에 탁월한 코팅이 됩니다. 또한, 지르코늄은 독성이 없고 생체 적합성이 매우 높아 외과용 보철물 및 임플란트에 사용됩니다.

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지르코늄에 대한 요약

지르코늄은 금속 주기율표 5족에 속한다.
이러한 원소는 화학적으로 매우 유사하기 때문에 항상 소량의 하프늄 함량으로 자연에 나타납니다.
Zirconite와 Baddeleyite는 주요 지르코늄 광석입니다.
지르코늄과 하프늄의 분리는 매우 어렵습니다.
지르코늄은 내식성과 고온 저항성이 우수합니다.
인체에 무해하고 생체적합성이 높아 치과용 임플란트 및 기타 보철물에 사용할 수 있습니다.
지르코늄의 대부분은 원자력 산업에서 사용됩니다.
이 원소는 1789년 독일 과학자 Martin Klaproth에 의해 발견되었습니다.

지르코늄 속성

상징: Zr.
원자 번호: 40.
원자 질량: 오전 91시 224분
전기 음성도: 1,33.
퓨전 포인트: 1855°C
비점: 4409°C.
밀도: 6.52g.cm^-3 (20°C에서).
전자 구성: [크] 5초² 4d².
화학 시리즈: 4족, 전이금속.

지르코늄의 특징

금속 형태의 지르코늄은 칙칙한 금속 주로 ZrO 층으로 인해 내식성이 우수합니다.₂ 그 주위에 형성되어 내부 금속 덩어리를 보호합니다. 그러나 미분할 경우 지르코늄은 높은 발화성, 즉 특히 고온에서 공기와 접촉하여 자발적으로 발화할 수 있습니다.

화학적으로 지르코늄은 하프늄에 매우 가깝습니다. 특히 자연에서 함께 발생하기 때문입니다. 따라서 하프늄과 같은 지르코늄 화학적 공격을 받지 않는다. 산 희석 (HF 제외) 가열되지 않는 한. 알칼리 용액은 더 높은 온도에서도 지르코늄에서 그다지 효율적이지 않습니다.

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고온 시스템에서 지르코늄은 대부분의 물질과 반응할 수 있습니다. 비금속. 반응시 ZrO의 경우와 같이 산화수 +4의 지르코늄 화합물이 가장 안정함을 알 수 있다.₂ 또는 ZrCl₄. +3과 같은 더 낮은 산화 상태는 덜 안정적입니다. 티탄, 그룹 4에서 가장 가벼운 요소로 이 하중에 대한 안정성이 좋습니다.

지르코늄은 어디에서 찾을 수 있습니까?

주기율표의 d 블록 원소 중 지르코늄은 다음으로 네 번째로 풍부합니다. 철, 티타늄 및 망간. 그들은 존재한다 더 많은 30 내가 가지고 있는 광석그리고m 구성의 지르코늄. 가장 잘 알려져 있고 가장 중요한 것은 지르코나이트(지르콘이라고도 함), ZrSiO4 및 배드델리라이트(또는 배드델라이트)인 ZrO입니다.₂. Baddeleyite는 브라질에서도 발견됩니다.

지르코늄 매장량이 가장 큰 국가는 호주, 남아프리카, 모잠비크입니다. 그러나 가장 큰 생산국은 중국, 프랑스, 인도, 러시아, 독일 및 미국입니다.

흥미롭게도 지르코늄 일부에서 많이 발견된다. 별. 요소는 심지어 태양 그리고 운석에서. 아폴로 임무를 통해 얻은 달 샘플은 ZrO 함량이 높음을 입증했습니다.₂ 지상의 암석과 비교할 때 이러한 암석에서.

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지르코늄 얻기

지르코늄 자연적으로 하프늄과 함께 발생, 항상 두 번째 요소의 함량이 1~3질량%로 다양합니다. 낮은 함량에도 불구하고 둘 사이의 분리는 매우 어렵습니다.

일반적으로 Kroll 공정은 지르코늄 추출에 사용됩니다. 이 과정에서 ZrO₂ 광석에 포함된 물질은 고온에서 ZrCl로 전환됩니다.₄. 이러한 방식으로 마그네슘을 환원제로 사용하여 지르코늄을 얻을 수 있습니다. 다음 반응은 프로세스를 보여줍니다.

ZrO₂ → ZrCl₄ (CCl을 사용하여₄ 770K 온도에서)

ZrCl₄ → Zr(1420K 온도에서 Ar 분위기에서 Mg 사용)

그러나 Zr과 Hf 사이의 화학적 유사성이 크다는 것은 하프늄이 최종 시스템에 영구적인 불순물로 남아 있다는 것을 의미합니다. 따라서 다음을 수행할 필요가 있습니다. Zr과 Hf 사이의 분리를 위한 야금 기술의 사용. 업계에서는 이미 습식 야금(즉, 수용액에서 발생) 및 건식 야금(물 없이) 경로를 개발하고 있습니다.

습식 제련 기술은 K 염의 분별 결정화입니다.₂ZrF₆ 그리고 케이₂HfF₆, 물에 대한 용해도가 동일하지 않습니다. 또 다른 솔루션 기술은 Zr 및 Hf 화합물이 용해되는 용매 추출입니다. 메틸이소부틸케톤과 같은 유기용매로 선택적으로 추출 공물. 분리의 어려움을 감안할 때 상업용 지르코늄은 일반적으로 1~3질량%의 Hf 함량으로 판매됩니다.

지르코늄 응용

금속성 지르코늄은 에 고용 리그, 주로 강철에 사용하여 기계적 및 내식성 측면에서 더 우수합니다. 고온에서 금속의 안정성은 또한 다음을 가능하게 합니다. 우주선에 사용, 지구 대기권으로 재진입하는 동안 발생하는 극한 상황으로 인해 많은 피해를 입습니다.

지르코늄은 무독성, 고내식성 원소로 인식되어 생체적합성이 우수할 뿐만 아니라 외과 응용 분야에서의 사용도 탐구됩니다., 치과 보철물 및 임플란트에서와 같이.

치과 임플란트의 지르코늄 — 독성이 없고 생체 적합성이 매우 높기 때문에 지르코늄은 치과 임플란트에 사용할 수 있습니다.

이산화지르코늄, ZrO₂, 2500 °C 범위의 매우 높은 융점을 가지고 있습니다. 따라서 다음에서 사용됩니다. 내열성이 높은 용기 제조, 저항력이 높은 세라믹 외에도. 이러한 이유로 이러한 세라믹은 절단 기계에도 활용되었습니다. ZrO₂ 또한 화장품, 발한 억제제, 식품 포장 및 가짜 보석에도 사용할 수 있습니다.

지르코늄이 많이 사용된다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 원자력 산업. 예를 들어 Z 리그가 있습니다.ircaloy®, 핵용으로만 개발된 지르코늄과 주석의 금속 합금.

원자력 산업에서 지르코늄은 포함하는 포장에 사용êm 산화 우라늄, 연료 발전소. 물에 강하고 포집량이 적기 때문에 중성자, 이 목적에 좋은 자료임이 밝혀졌습니다. 중성자는 동안 사용된다는 것을 기억할 가치가 있습니다. 분열, 따라서 지르코늄이 이들을 포착하지 않는 것이 중요합니다. 캡처하지 않으면 지르코늄이 표시되지 않습니다. 방사능. 그렇기 때문에 이 경우 지르코늄은 중성자를 포획하는 능력이 뛰어난 금속인 하프늄의 흔적을 가질 수 없습니다.

팟캐스트에서 확인하세요:원자력 발전소는 어떻게 작동합니까?

지르코늄의 역사

지르코늄이라는 이름은 아마도 사르곤, 현재 지르코니아로 알려진 보석의 색상을 설명하는 데 사용되는 시리아어 단어. 광물은 이미 알려져 있었지만 새로운 원소를 함유하고 있다는 사실은 그때까지 알려지지 않았습니다. 1789년 Martin Heirinch Klaproth는 베를린에서 요소를 감지했습니다.. 독일 과학자는 요소의 이름을 지정하기로 결정했습니다. 지크혼.

1789년은 Klaproth에게 매우 중요한 해였습니다. 같은 해에 과학자가 우라늄 원소를 발견했기 때문입니다.

지르코늄에 대한 해결 연습

질문 1

(FGV SP/2014 - 적응) 새롭고 유망한 초전도 물질 부류는 바나듐 지르코늄 디보라이드 화합물을 기반으로 합니다. 이 화합물은 지르코늄(IV) 염에서 합성됩니다.

^(잡지^{검색 F}^에이스프^{, 2013년 6월. 적응)}

Zr 이온의 양성자와 전자 수⁴⁺ 는 각각 다음과 같습니다.

가) 36; 40

나) 40; 40

다) 40; 44

라) 40; 36

마) 36; 36

회신하다

편지 D

지르코늄이 가지고 있는 것처럼 원자 번호 40과 같으면 그 수가 양성자 원자 번호가 숫자로 양성자 수와 같기 때문에 도 40입니다.

+4와 동일한 전하를 나타낼 때 이 형태의 지르코늄에는 4개의 전자 중립적인 형태가 아닌 한.

중성일 때 양성자의 수는 전자의 수와 같습니다. 즉, 원래 지르코늄에는 40개의 양성자와 40개의 전자가 있습니다. 4개의 전자를 잃으면 지르코늄은 36개만 남게 됩니다.

질문 2

(Uerj 2013 —적응) 이산화지르코늄은 탄소의 동소체 형태인 다이아몬드와 흡사하여 저가 보석을 대체할 수 있습니다.

이산화지르코늄의 화학식과 이 물질의 원자간 결합 유형을 포함하는 대안을 표시하십시오.

가) ZrO₄, 공유.

나) ZrO₂, 이온.

다) ZrO₂, 공유.

라) ZrO₄, 이온.

마) ZrO₂, 금속성.

회신하다

편지 B

이산화지르코늄은 이름에서 알 수 있듯이 산소. 따라서 예상 공식은 ZrO₂. 또한 지르코늄은 일반적으로 +4와 같은 산화 상태를 얻습니다.

원자간 결합의 종류는 이온, 두 가지 이유:

지르코늄은 금속이고 산소는 비금속입니다.
의 차이 전기 음성도 둘 다 1.7보다 큽니다(3.5 – 1.3 = 2.2).

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