O cirkonijs, simbols Zr, atomskaitlis 40, ir ķīmiskais elements, kas pieder pie 5. grupas Periodiskā tabula. Tas izceļas ar lielisko izturību pret koroziju, kā arī labu termisko stabilitāti.
elements ir ķīmiski ļoti līdzīgs hafnijs, un tāpēc katrā dabiskā cirkonija paraugā ir neliels hafnija saturs. Tas ir daudz zemes garozā, un tā saturs ir daudz lielāks nekā plaši izmantotajos elementos, piemēram, varš, cinks un svins.
Cirkonim ir plašs pielietojums kodolrūpniecībā, jo tā zemā neitronu absorbcija padara to par lielisku pārklājumu ar urāna dioksīdu bagātai degvielai. Turklāt, tā kā cirkoniju uzskata par netoksisku un ļoti bioloģiski saderīgu, to izmanto ķirurģiskajās protēzēs un implantos.
Izlasi arī: Urāns ir ļoti svarīgs elements enerģijas ražošanā
Kopsavilkums par cirkoniju
Cirkonijs ir a metāls kas pieder periodiskās tabulas 5. grupai.
Dabā tas vienmēr parādās ar nelielu hafnija saturu, jo šie elementi ķīmiski ir ļoti līdzīgi.
Cirkonīts un baddeleyīts ir galvenās cirkonija rūdas.
Cirkonija un hafnija atdalīšana ir ļoti sarežģīta.
Cirkonijam ir laba korozijas un augstas temperatūras izturība.
To var izmantot zobu implantos un citās protēzēs, jo tas nav toksisks un tam ir augsta biosaderība.
Lielu daļu cirkonija izmanto kodolrūpniecība.
Elementu 1789. gadā atklāja vācu zinātnieks Martins Klaprots.
Cirkonija īpašības
Simbols: Zr.
atomskaitlis: 40.
atomu masa: 91,224 c.m.u.
elektronegativitāte: 1,33.
Sadales punkts: 1855°C.
Vārīšanās punkts: 4409°C.
Blīvums: 6,52 g.cm-3 (20°C temperatūrā).
elektroniskā konfigurācija: [Kr] 5s2 4d2.
Ķīmijas sērija: 4. grupa, pārejas metāli.
Cirkonija īpašības
Cirkonijs tā metāliskā formā ir a pelēcīgs metāls un kam ir laba izturība pret koroziju, galvenokārt ZrO slāņa dēļ2 kas veidojas ap to, aizsargājot iekšējo metālisko masu. Tomēr, ja cirkonijs ir smalki sadalīts, tas ir ļoti piroforisks, tas ir, tas var spontāni aizdegties saskarē ar gaisu, īpaši augstā temperatūrā.
Ķīmiski cirkonijs ir ļoti tuvs hafnijam, jo īpaši tāpēc, ka elementi dabā sastopami kopā. Tāpēc, tāpat kā hafnijs, cirkonijs necieš ķīmiskus uzbrukumus no skābes atšķaidīts (izņemot HF), ja vien tie nav apsildāmi. Sārmu šķīdumi nav īpaši efektīvi uz cirkonija pat augstākā temperatūrā.
Augstākas temperatūras sistēmās cirkonijs spēj reaģēt ar lielāko daļu nemetāli. Reaģējot var redzēt, ka cirkonija savienojumi ar oksidācijas skaitli +4 ir visstabilākie, tāpat kā ZrO gadījumā2 vai ZrCl4. Zemāki oksidācijas stāvokļi, piemēram, +3, ir mazāk stabili, atšķirība no titāns, vieglākais elements 4. grupā, kam ir laba stabilitāte ar šo slodzi.
Kur var atrast cirkoniju?
Starp periodiskās tabulas d-bloka elementiem cirkonijs ir ceturtais pēc lielākā daudzuma. dzelzs, titāna un mangāns. Tie pastāv vairāk no 30 rūdas, kas man irunm cirkonija sastāvā. Vispazīstamākie un svarīgākie ir cirkonīts (pazīstams arī kā cirkons), ZrSiO4 un baddeleīts (vai baddeleīts), ZrO2. Baddeleyite ir sastopama pat Brazīlijā.
Valstis ar lielākajām cirkonija rezervēm ir Austrālija, Dienvidāfrika un Mozambika. Tomēr lielākie ražotāji ir Ķīna, Francija, Indija, Krievija, Vācija un ASV.
Interesanti, ka cirkonijs Dažos tas ir bagātīgi sastopams zvaigznes. Elements pat tika identificēts Saule un meteorītos. Mēness paraugi, kas iegūti Apollo misiju laikā, pierādīja augstu ZrO saturu2 šajos iežos, salīdzinot ar sauszemes akmeņiem.
Skatīt arī: Zelts — cēlmetāls, kas izceļas ar labu elektrovadītspēju
Cirkonija iegūšana
cirkonijs dabiski sastopams ar hafniju, vienmēr ar otrā elementa saturu, kas svārstās no 1 līdz 3 masas %. Neskatoties uz to zemo saturu, atdalīšana starp abiem ir ļoti sarežģīta.
Parasti cirkonija ekstrakcijai izmanto Kroll procesu. Šajā procesā ZrO2 rūdās esošais, augstā temperatūrā pārvēršas par ZrCl4. Tādā veidā cirkoniju var iegūt, izmantojot magniju kā reducētāju. Tālāk norādītās reakcijas parāda procesu.
ZrO2 → ZrCl4 (izmantojot CCl4 770 K temperatūrā)
ZrCl4 → Zr (izmantojot Mg Ar atmosfērā 1420 K temperatūrā)
Tomēr lielā ķīmiskā līdzība starp Zr un Hf nozīmē, ka hafnijs paliek galīgajā sistēmā kā noturīgs piemaisījums. Tādējādi ir nepieciešams metalurģijas metožu izmantošana Zr un Hf atdalīšanai. Nozare jau izstrādā hidrometalurģiskos (ti, kas notiek ūdens šķīdumā) un pirometalurģiskos (bez ūdens klātbūtnes) ceļus.
Hidrometalurģijas metode ir K sāļu frakcionēta kristalizācija2ZrF6 un K2HfF6, kuriem nav vienāda šķīdība ūdenī. Vēl viens šķīduma paņēmiens ir ekstrakcija ar šķīdinātāju, kurā tiek izšķīdināti Zr un Hf savienojumi. ūdenī un pēc tam selektīvi ekstrahē ar organiskiem šķīdinātājiem, piemēram, metilizobutilketonu un veltījums. Ņemot vērā atdalīšanas grūtības, komerciālais cirkonijs parasti tiek tirgots ar Hf saturu no 1 līdz 3 masas %.
cirkonija pielietojumi
Metāliskais cirkonijs ir gadā nodarbināts līgas, galvenokārt tēraudā, lai tie būtu labāki mehāniskās un korozijas izturības ziņā. To ļauj arī metāla stabilitāte augstā temperatūrā izmanto kosmosa kuģos, kas cieš daudz bojājumu ekstremālo apstākļu dēļ, kas radušies, atkārtoti iekļūstot Zemes atmosfērā.
Tā kā cirkonijs ir atzīts par netoksisku un ļoti izturīgu pret koroziju elementu, papildus tam ir laba bioloģiskā saderība, tiek pētīta arī izmantošana ķirurģijā, tāpat kā zobu protēzēs un implantos.
Cirkonija dioksīds, ZrO2, ir ļoti augsta kušanas temperatūra, diapazonā no 2500 °C. Tādējādi tas tiek izmantots konteineru ražošana ar augstu karstumizturību, papildus ļoti izturīgai keramikai. Šī iemesla dēļ šī keramika ir pat izmantota griešanas mašīnās. ZrO2 To var izmantot arī kosmētikā, pretsviedru līdzekļos, pārtikas iepakojumos un pat viltotos dārgakmeņos.
Ir vērts atzīmēt, ka lielu daļu cirkonija izmanto kodolrūpniecība. Ir, piemēram, Z līgaircaloy®, cirkonija un alvas metālu sakausējums, kas izstrādāts tikai kodolenerģijas vajadzībām.
Kodolrūpniecībā cirkonijs ir izmanto iepakojumā, kas saturêm urāna oksīds, degviela no elektrostacijas. Jo tas ir ļoti izturīgs pret ūdeni un ar zemu uztveršanu neitroni, izrādās labs materiāls šim nolūkam. Ir vērts atcerēties, ka neitroni tiek izmantoti laikā skaldīšana, un tāpēc ir svarīgi, lai cirkonijs tos neuztvertu. Neuztveršanas dēļ arī cirkonijs netiek parādīts radioaktivitāte. Tāpēc šajā gadījumā cirkonijā nevar būt hafnija, metāla, kam ir lieliska spēja uztvert neitronus, pēdas.
Apskatiet to mūsu podkāstā:Kā darbojas atomelektrostacijas?
cirkonija vēsture
Nosaukums cirkonijs, iespējams, cēlies no sargons, vārds no sīriešu valodas, ko izmanto, lai aprakstītu dārgakmeņu krāsas, kuras tagad sauc par cirkoniju. Lai gan minerāli jau bija zināmi, līdz šim nebija zināms, ka tie satur jaunu elementu Martinam Heirinham Klaprotam 1789. gadā izdevās atklāt elementu Berlīnē. Vācu zinātnieks nolēma elementu nosaukt zirkhorns.
1789. gads Klaprotam bija ļoti nozīmīgs, jo tajā pašā gadā zinātnieks atklāja elementu urāns.
Atrisināja vingrinājumus uz cirkonija
jautājums 1
(FGV SP/2014 – pielāgots) Jauna un daudzsološa supravadošu materiālu klase ir balstīta uz vanādija cirkonija diborīda savienojumu. Šis savienojums tiek sintezēts no cirkonija (IV) sāls.
(Žurnāls Meklēt Fapesp, 2013. gada jūnijs. pielāgots)
Protonu un elektronu skaits Zr jonos4+ ir vienāds ar attiecīgi:
A) 36; 40
B) 40; 40
C) 40; 44
D) 40; 36
E) 36; 36
Atbildēt
Burts D
Kā jau cirkonim ir atomskaitlis vienāds ar 40, mēs varam secināt, ka tā skaits protoni arī ir 40, jo atomskaitlis ir skaitliski vienāds ar protonu skaitu.
Uzrādot lādiņu, kas vienāds ar +4, mēs zinām, ka cirkonim šajā formā ir četri elektroni ja vien tā nav neitrālā formā.
Kad tas ir neitrāls, protonu skaits ir vienāds ar elektronu skaitu, tas ir, sākotnēji cirkonijā ir 40 protoni un 40 elektroni. Zaudējot četrus elektronus, cirkonijā paliek tikai 36.
2. jautājums
(Uerj 2013 —pielāgots) Cirkonija dioksīds atgādina dimantu, alotropu oglekļa formu, ko var aizstāt ar zemu izmaksu rotaslietām.
Atzīmējiet alternatīvu, kas satur cirkonija dioksīda ķīmisko formulu, kā arī šīs vielas starpatomiskās saites veidu.
A) ZrO4, kovalents.
B) ZrO2, jonu.
C) ZrO2, kovalents.
D) ZrO4, jonu.
E) ZrO2, metālisks.
Atbildēt
Burts B
Cirkonija dioksīdam, kā norāda tā nosaukums, jābūt tikai diviem atomiem skābeklis. Tādējādi paredzamā formula ir ZrO2. Turklāt cirkonijs parasti iegūst oksidācijas pakāpi, kas vienāda ar +4.
Starpatomu saites veids ir jonu, divu iemeslu dēļ:
cirkonijs ir metāls, un skābeklis ir nemetāls;
atšķirība no elektronegativitāte starp abiem ir lielāks par 1,7 (3,5–1,3 = 2,2).
Autors Stefano Araújo Novais
Ķīmijas skolotājs
