O cirkonis, simbolis Zr, atominis skaičius 40, yra cheminis elementas, priklausantis 5 grupei Periodinė elementų lentelė. Jis išsiskiria dideliu atsparumu korozijai, taip pat geru terminiu stabilumu.
elementas yra chemiškai labai panašus į hafnis, ir dėl to kiekviename natūralaus cirkonio mėginyje yra nedidelis hafnio kiekis. Jo gausu žemės plutoje, kur daug daugiau nei plačiai naudojamų elementų, tokių kaip varis, cinkas ir švinas.
Cirkonis turi platus pritaikymas branduolinėje pramonėje, nes dėl mažos neutronų sugerties jis yra puiki danga urano dioksido turtingam kurui. Be to, kadangi cirkonis laikomas netoksišku ir labai biologiškai suderinamu, jis naudojamas chirurginiuose protezuose ir implantuose.
Taip pat skaitykite: Uranas – labai svarbus energijos gamybos elementas
Santrauka apie cirkonį
Cirkonis yra a metalo priklausantys 5 periodinės lentelės grupei.
Gamtoje jis visada pasirodo su nedideliu hafnio kiekiu, nes šie elementai chemiškai labai panašūs.
Cirkonitas ir baddeleitas yra pagrindinės cirkonio rūdos.
Atskirti cirkonį nuo hafnio yra labai sunku.
Cirkonis turi gerą atsparumą korozijai ir aukštai temperatūrai.
Jis gali būti naudojamas dantų implantams ir kitiems protezams, nes yra netoksiškas ir pasižymi dideliu biologiniu suderinamumu.
Didžioji dalis cirkonio sunaudojama branduolinėje pramonėje.
Elementą 1789 metais atrado vokiečių mokslininkas Martinas Klaprothas.
Cirkonio savybės
Simbolis: Zr.
atominis skaičius: 40.
atominė masė: 91.224 c.m.u.
elektronegatyvumas: 1,33.
Susiliejimo taškas: 1855°C.
Virimo taškas: 4409°C.
Tankis: 6,52 g.cm-3 (20°C temperatūroje).
elektroninė konfigūracija: [Kr] 5s2 4d2.
Chemijos serija: 4 grupė, pereinamieji metalai.
Cirkonio savybės
Cirkonis savo metalo pavidalu yra a pilkšvas metalas ir kuris turi gerą atsparumą korozijai, daugiausia dėl ZrO sluoksnio2 kuri susidaro aplink jį, apsauganti vidinę metalinę masę. Tačiau smulkiai suskaidytas cirkonis yra labai piroforiškas, tai yra, kontaktuodamas su oru, ypač esant aukštai temperatūrai, gali savaime užsidegti.
Cheminiu požiūriu cirkonis yra labai artimas hafniui, ypač dėl to, kad gamtoje elementai randami kartu. Todėl, kaip ir hafnis, cirkonis nepatiria cheminių atakų rūgštys praskiestas (išskyrus HF), nebent jie būtų šildomi. Šarminiai tirpalai nėra labai veiksmingi cirkoniui net esant aukštesnei temperatūrai.
Aukštesnės temperatūros sistemose cirkonis gali reaguoti su dauguma nemetalai. Reaguojant matyti, kad cirkonio junginiai, kurių oksidacijos skaičius +4 yra stabiliausi, kaip ir ZrO2 arba ZrCl4. Žemesnės oksidacijos būsenos, tokios kaip +3, yra mažiau stabilios, skiriasi nuo titano, lengviausias 4 grupės elementas, turintis gerą stabilumą esant šiai apkrovai.
Kur galima rasti cirkonio?
Tarp periodinės lentelės d-bloko elementų cirkonis yra ketvirtas pagal gausumą, atsilieka geležies, titano ir mangano. Jie egzistuoja daugiau 30 rūdos, kurias turiuirm cirkonio jo sudėtis. Tarp geriausiai žinomų ir svarbiausių yra cirkonitas (taip pat žinomas kaip cirkonis), ZrSiO4 ir baddeleitas (arba baddeleitas), ZrO2. Baddeleyite randama net Brazilijoje.
Didžiausias cirkonio atsargas turinčios šalys yra Australija, Pietų Afrika ir Mozambikas. Tačiau didžiausi gamintojai yra Kinija, Prancūzija, Indija, Rusija, Vokietija ir JAV.
Įdomu tai, kad cirkonis Kai kuriose jo gausu žvaigždės. Elementas netgi buvo identifikuotas Saulė ir meteorituose. Mėnulio mėginiai, gauti per „Apollo“ misijas, parodė didelį ZrO kiekį2 šiose uolienose, palyginti su antžeminėmis.
Taip pat žiūrėkite: Auksas – taurusis metalas, išsiskiriantis geru elektros laidumu
Cirkonio gavimas
cirkonis natūraliai atsiranda su hafniu, visada su antrojo elemento kiekiu, kuris svyruoja nuo 1 iki 3 masės %. Nepaisant mažo turinio, juos labai sunku atskirti.
Paprastai cirkoniui ekstrahuoti naudojamas Kroll procesas. Šiame procese ZrO2 rūdose esantis aukštoje temperatūroje paverčiamas ZrCl4. Tokiu būdu cirkonį galima gauti naudojant magnį kaip reduktorių. Toliau pateiktos reakcijos parodo procesą.
ZrO2 → ZrCl4 (naudojant CCl4 esant 770 K temperatūrai)
ZrCl4 → Zr (naudojant Mg Ar atmosferoje 1420 K temperatūroje)
Tačiau didelis cheminis Zr ir Hf panašumas reiškia, kad hafnis lieka galutinėje sistemoje kaip patvari priemaiša. Taigi, būtina metalurgijos metodų naudojimas Zr ir Hf atskyrimui. Pramonė jau plėtoja hidrometalurginius (ty vandeniniuose tirpaluose) ir pirometalurginius (be vandens) būdus.
Hidrometalurgijos metodas yra frakcinė K druskų kristalizacija2ZrF6 ir K2HfF6, kurių tirpumas vandenyje nėra toks pat. Kitas tirpalo metodas yra ekstrahavimas tirpikliu, kai ištirpinami Zr ir Hf junginiai. vandenyje ir po to selektyviai ekstrahuojamas organiniais tirpikliais, tokiais kaip metilizobutilketonas ir duoklė. Atsižvelgiant į atskyrimo sudėtingumą, komercinis cirkonis paprastai parduodamas su nuo 1 iki 3 masės % Hf.
cirkonio aplikacijos
Metalinis cirkonis yra įdarbintas lygos, daugiausia plieno, kad jie būtų geriau atsparūs mechaniniam ir korozijai. Metalo stabilumas aukštoje temperatūroje taip pat leidžia tai padaryti naudojami erdvėlaiviuose, kurie patiria daug žalos dėl ekstremalių sąlygų, susidariusių grįžtant į Žemės atmosferą.
Kadangi cirkonis yra pripažintas netoksišku ir labai atspariu korozijai elementu, jis turi ne tik gerą biologinį suderinamumą, bet ir Taip pat tiriamas panaudojimas chirurgijoje, kaip ir dantų protezuose bei implantuose.
Cirkonio dioksidas, ZrO2, turi labai aukštą lydymosi temperatūrą, 2500 °C diapazone. Taigi jis naudojamas didelio atsparumo karščiui konteinerių gamyba, be labai atsparios keramikos. Dėl šios priežasties ši keramika netgi buvo naudojama pjovimo mašinose. ZrO2 Jis taip pat gali būti naudojamas kosmetikoje, antiperspirantuose, maisto pakuotėse ir net netikruose brangakmeniuose.
Verta paminėti, kad didžioji dalis cirkonio yra naudojama branduolinė pramonė. Yra, pavyzdžiui, Z lygaircaloy®, metalo lydinys iš cirkonio ir alavo, sukurtas išskirtinai branduoliniams tikslams.
Branduolinėje pramonėje cirkonis yra naudojamas pakuotėse, kuriose yraêm urano oksido, kuro iš elektrinės. Kadangi jis yra labai atsparus vandeniui ir mažai sugeria neutronų, pasirodo, kad tai gera medžiaga šiam tikslui. Verta prisiminti, kad neutronai naudojami per dalijimasis, todėl būtina, kad cirkonis jų neužfiksuotų. Dėl neužfiksavimo cirkonis taip pat nerodomas radioaktyvumas. Štai kodėl šiuo atveju cirkonis negali turėti hafnio pėdsakų – metalo, kuris turi puikią galimybę užfiksuoti neutronus.
Patikrinkite tai mūsų podcast'e:Kaip veikia atominės elektrinės?
cirkonio istorija
Pavadinimas cirkonis tikriausiai kilęs iš sargonė, žodis iš sirų kalbos, naudojamas apibūdinti brangakmenių, dabar žinomų kaip cirkonis, spalvas. Nors mineralai jau buvo žinomi, iki tol nebuvo žinoma, kad juose buvo naujas elementas Martinui Heirinchui Klaprothui 1789 m. pavyko aptikti elementą Berlyne. Vokiečių mokslininkas nusprendė pavadinti elementą cirko ragas.
1789 metai Klaprotui buvo labai svarbūs, nes tais pačiais metais mokslininkas atrado elementą uraną.
Išsprendė pratimus ant cirkonio
Klausimas 1
(FGV SP/2014 – pritaikyta) Nauja ir perspektyvi superlaidžių medžiagų klasė yra pagrįsta vanadžio cirkonio diborido junginiu. Šis junginys sintetinamas iš cirkonio (IV) druskos.
(Žurnalas Ieškoti Fapesp, 2013 m. birželis. Pritaikytas)
Protonų ir elektronų skaičius Zr jone4+ yra lygus atitinkamai:
A) 36; 40
B) 40; 40
C) 40; 44
D) 40; 36
E) 36; 36
Atsakyti
D raidė
Kaip turi cirkonis atominis skaičius lygus 40, galime daryti išvadą, kad jo skaičius protonų taip pat yra 40, nes atominis skaičius yra lygus protonų skaičiui.
Pateikdami krūvį, lygų +4, žinome, kad tokios formos cirkonis turi keturis elektronų nebent neutralia forma.
Kai neutralus, protonų skaičius yra lygus elektronų skaičiui, tai yra, iš pradžių cirkonis turi 40 protonų ir 40 elektronų. Netekus keturių elektronų, cirkoniui lieka tik 36.
2 klausimas
(Uerj 2013 —pritaikytas) Cirkonio dioksidas primena deimantą – alotropinę anglies formą, kurią galima pakeisti nebrangiais papuošalais.
Pažymėkite alternatyvą, kurioje yra cirkonio dioksido cheminė formulė, taip pat šios medžiagos tarpatominio ryšio tipą.
A) ZrO4, kovalentinis.
B) ZrO2, joninis.
C) ZrO2, kovalentinis.
D) ZrO4, joninis.
E) ZrO2, metalinis.
Atsakyti
Raidė B
Cirkonio dioksidas, kaip rodo jo pavadinimas, turi turėti tik du atomus deguonies. Taigi laukiama formulė yra ZrO2. Be to, cirkonis paprastai įgyja oksidacijos būseną, lygią +4.
Tarpatominio ryšio tipas yra joninės, dėl dviejų priežasčių:
cirkonis yra metalas, o deguonis yra nemetalas;
skirtumas elektronegatyvumas tarp abiejų yra didesnis nei 1,7 (3,5 – 1,3 = 2,2).
Autorius Stefano Araújo Novais
Chemijos mokytojas