O zirkonium, symbol Zr, atomnummer 40, er et kjemisk grunnstoff som tilhører gruppe 5 av Periodiske tabell. Den utmerker seg for sin store motstand mot korrosjon, samt god termisk stabilitet.
elementet er kjemisk veldig lik hafnium, og på grunn av dette har hver naturlig zirkoniumprøve et lite hafniuminnhold. Det er rikelig i jordskorpen, med et mye høyere innhold enn det av mye brukte grunnstoffer som kobber, sink og bly.
Zirkonium har bred anvendelse i atomindustrien, ettersom dens lave nøytronabsorpsjon gjør den til et utmerket belegg for urandioksydrikt drivstoff. I tillegg, siden det anses som ikke-giftig og svært biokompatibelt, brukes zirkonium i kirurgiske proteser og implantater.
Les også: Uran - element av stor betydning for energiproduksjon
Sammendrag om zirkonium
Zirkonium er en metall som tilhører gruppe 5 i det periodiske system.
Den opptrer alltid i naturen med et lite innhold av hafnium, da disse grunnstoffene er kjemisk veldig like.
Zirkonitt og baddeleyitt er de viktigste zirkoniummalmene.
Skillet mellom zirkonium og hafnium er svært vanskelig.
Zirkonium har god korrosjonsbestandighet og høy temperaturbestandighet.
Den kan brukes i tannimplantater og andre proteser, da den er giftfri og har høy biokompatibilitet.
Mye av zirkoniumet brukes av atomindustrien.
Grunnstoffet ble oppdaget i 1789 av den tyske forskeren Martin Klaproth.
Zirkonium egenskaper
Symbol: Zr.
atomnummer: 40.
atommasse: 91.224 c.m.u.
elektronegativitet: 1,33.
Fusjonspunkt: 1855°C.
Kokepunkt: 4409°C.
Tetthet: 6,52 g.cm-3 (ved 20°C).
elektronisk konfigurasjon: [Kr] 5s2 4d2.
Kjemi serien: gruppe 4, overgangsmetaller.
Funksjoner av zirkonium
Zirkonium, i sin metalliske form, er en gråaktig metall og som har god korrosjonsbestandighet, hovedsakelig på grunn av ZrO-laget2 som dannes rundt den, og beskytter den indre metalliske massen. Men hvis det er finfordelt, er zirkonium svært pyrofor, det vil si at det kan antennes spontant i kontakt med luft, spesielt ved høye temperaturer.
Kjemisk er zirkonium svært nær hafnium, ikke minst fordi grunnstoffene forekommer sammen i naturen. Derfor, som hafnium, zirkonium lider ikke av kjemiske angrep syrer fortynnet (unntatt HF) med mindre de er oppvarmet. Alkaliske løsninger er lite effektive på zirkonium, selv ved høyere temperaturer.
I høyere temperatursystemer har zirkonium evnen til å reagere med det meste ikke-metaller. Ved reaksjon kan man se at zirkoniumforbindelser med oksidasjonstall +4 er de mest stabile, slik tilfellet er med ZrO2 eller ZrCl4. Lavere oksidasjonstilstander, som +3, er mindre stabile, en forskjell fra titan, det letteste elementet i gruppe 4, som har god stabilitet med denne belastningen.
Hvor kan man finne zirkonium?
Blant d-blokkelementene i det periodiske system er zirkonium det fjerde mest tallrike, bak jern, titan og mangan. De finnes mer av 30 malmer jeg harogm zirkonium i sin konstitusjon. Blant de mest kjente og viktigste er zirkonitt (også kjent som zirkon), ZrSiO4 og baddeleyitt (eller baddeleite), ZrO2. Baddeleyitt finnes til og med i Brasil.
Landene med de største zirkoniumreservene er Australia, Sør-Afrika og Mosambik. De største produsentene er imidlertid Kina, Frankrike, India, Russland, Tyskland og USA.
Interessant, zirkonium Det finnes rikelig hos noen stjerner. Elementet ble til og med identifisert i Sol og i meteoritter. Måneprøver oppnådd gjennom Apollo-oppdragene viste et høyt innhold av ZrO2 i disse bergartene sammenlignet med jordiske.
Se også: Gull — edelt metall som skiller seg ut for sin gode elektriske ledningsevne
Innhenting av zirkonium
zirkoniumet forekommer naturlig med hafnium, alltid med et innhold av det andre elementet som varierer fra 1 til 3 vekt%. Til tross for deres lave innhold, er skillet mellom de to svært vanskelig.
Vanligvis brukes Kroll-prosessen til utvinning av zirkonium. I denne prosessen vil ZrO2 som finnes i malmene, omdannes, ved høy temperatur, til ZrCl4. På denne måten kan zirkonium oppnås ved å bruke magnesium som reduksjonsmiddel. Følgende reaksjoner demonstrerer prosessen.
ZrO2 → ZrCl4 (ved å bruke CCl4 ved 770 K temperatur)
ZrCl4 → Zr (bruker Mg i en Ar-atmosfære ved 1420 K temperatur)
Den store kjemiske likheten mellom Zr og Hf betyr imidlertid at hafnium forblir i det endelige systemet som en vedvarende urenhet. Dermed er det nødvendig å bruk av metallurgiske teknikker for separasjon mellom Zr og Hf. Industrien utvikler allerede hydrometallurgiske (dvs. som forekommer i vandig løsning) og pyrometallurgiske (uten tilstedeværelse av vann) ruter.
En hydrometallurgisk teknikk er fraksjonert krystallisering av K-salter2ZrF6 og K2HfF6, som ikke har samme løselighet i vann. En annen løsningsteknikk er løsningsmiddelekstraksjon, hvor Zr- og Hf-forbindelser løses opp. i vann og deretter selektivt ekstrahert med organiske løsningsmidler som metylisobutylketon og hyllest. Gitt vanskeligheten med å separere, markedsføres kommersielt zirkonium vanligvis med et innhold på 1 til 3 masseprosent Hf.
zirkoniumapplikasjoner
Den metalliske zirkonium er ansatt i ligaer, hovedsakelig i stål, for å gjøre dem bedre når det gjelder mekanisk og korrosiv motstand. Metallets stabilitet ved høye temperaturer gjør det også mulig brukt i romskip, som lider mye skade på grunn av de ekstreme forholdene som oppstår under gjeninntreden i jordens atmosfære.
Siden zirkonium er anerkjent som et ikke-giftig og svært korrosjonsbestandig element, i tillegg til å ha god biokompatibilitet, bruk i kirurgiske applikasjoner er også utforsket, som i tannproteser og implantater.
Zirkoniumdioksid, ZrO2, har et meget høyt smeltepunkt, i området 2500 °C. Dermed brukes den i produksjon av beholdere med høy varmebestandighet, i tillegg til svært motstandsdyktig keramikk. Denne keramikken har til og med blitt utnyttet i kuttemaskineri av denne grunn. ZrO2 Den kan også brukes i kosmetikk, antiperspiranter, matemballasje og til og med falske edelstener.
Det er verdt å merke seg at mye av zirkoniumet brukes av atomindustrien. Det er for eksempel Z-ligaenircaloy®, en metalllegering av zirkonium og tinn utviklet eksklusivt for kjernefysiske formål.
I kjernekraftindustrien er zirkonium brukes i emballasje som inneholderêm uranoksid, drivstoff av kraftverk. Fordi den er svært motstandsdyktig mot vann og med lav fangst av nøytroner, viser det seg å være et godt materiale for dette formålet. Det er verdt å huske at nøytroner brukes under fisjon, og derfor er det viktig at zirkonium ikke fanger dem. Ikke-fangsten fører også til at zirkonium ikke vises radioaktivitet. Derfor kan ikke zirkonium i dette tilfellet ha spor av hafnium, et metall som har stor evne til å fange opp nøytroner.
Sjekk den ut på podcasten vår:Hvordan fungerer atomkraftverk?
zirkoniums historie
Navnet zirkonium stammer sannsynligvis fra sargon, et ord fra det syriske språket som brukes til å beskrive fargene på edelstener som nå er kjent som zirconia. Selv om mineralene allerede var kjent, var det ikke kjent at de inneholdt et nytt grunnstoff før Martin Heirinch Klaproth, i 1789, klarte å oppdage elementet i Berlin. Den tyske forskeren bestemte seg for å navngi elementet zirkhorn.
Året 1789 var veldig viktig for Klaproth, da forskeren samme år oppdaget grunnstoffet uran.
Løste øvelser på zirkonium
Spørsmål 1
(FGV SP/2014 - tilpasset) En ny og lovende klasse av superledende materialer er basert på forbindelsen vanadiumzirkoniumdiborid. Denne forbindelsen er syntetisert fra et zirkonium (IV) salt.
(Blad Søk i Fapesp, juni 2013. Tilpasset)
Antall protoner og elektroner i Zr-ionet4+ er lik henholdsvis:
A) 36; 40
B) 40; 40
C) 40; 44
D) 40; 36
E) 36; 36
Svare
Bokstav D
Som zirkonium har atomnummer lik 40, kan vi konkludere med at dets antall protoner er også 40, fordi atomnummeret er numerisk lik antall protoner.
Ved å presentere en ladning lik +4, vet vi at zirkonium i denne formen har fire elektroner med mindre i sin nøytrale form.
Når nøytral er antall protoner lik antall elektroner, det vil si at zirkonium opprinnelig har 40 protoner og 40 elektroner. Ved å miste fire elektroner blir zirkonium igjen med bare 36.
spørsmål 2
(Uerj 2013 —tilpasset) Zirkoniumdioksid ligner diamant, en allotropisk form for karbon, som kan erstatte rimelige smykker.
Merk alternativet som inneholder den kjemiske formelen for zirkoniumdioksid, samt typen interatomisk binding til dette stoffet.
A) ZrO4, kovalent.
B) ZrO2ionisk.
C) ZrO2, kovalent.
D) ZrO4ionisk.
E) ZrO2, metallisk.
Svare
Bokstav B
Zirkoniumdioksid, som navnet tilsier, må inneholde bare to atomer oksygen. Dermed er den forventede formelen ZrO2. I tillegg får zirkonium vanligvis en oksidasjonstilstand lik +4.
Typen interatomisk binding er ionisk, av to grunner:
zirkonium er et metall, og oksygen er et ikke-metall;
forskjellen på elektronegativitet mellom begge er større enn 1,7 (3,5 – 1,3 = 2,2).
Av Stefano Araújo Novais
Kjemilærer
