О цирконий, символ Zr, атомный номер 40, представляет собой химический элемент, принадлежащий к группе 5 Периодическая таблица. Отличается высокой устойчивостью к коррозии, а также хорошей термической стабильностью.
элемент химически очень похож на гафний, и из-за этого каждый образец природного циркония имеет небольшое содержание гафния. Его много в земной коре, и его содержание намного выше, чем у широко используемых элементов, таких как медь, цинк и свинец.
Цирконий имеет широкое применение в атомной энергетике, так как его низкое поглощение нейтронов делает его отличным покрытием для топлива, богатого диоксидом урана. Кроме того, поскольку цирконий считается нетоксичным и очень биосовместимым, он используется в хирургических протезах и имплантатах.
Читайте также: Уран — элемент, имеющий большое значение для производства энергии
Резюме о цирконии
Цирконий представляет собой металл относящийся к 5 группе Периодической таблицы.
Он всегда появляется в природе с небольшим содержанием гафния, так как эти элементы химически очень похожи.
Цирконит и бадделеит являются основными циркониевыми рудами.
Разделить цирконий и гафний очень сложно.
Цирконий обладает хорошей коррозионной стойкостью и устойчивостью к высоким температурам.
Его можно использовать в зубных имплантатах и других протезах, так как он нетоксичен и обладает высокой биосовместимостью.
Большая часть циркония используется в атомной промышленности.
Этот элемент был открыт в 1789 году немецким ученым Мартином Клапротом.
свойства циркония
Символ: Зр.
атомный номер: 40.
атомная масса: 91,224 у.е.
электроотрицательность: 1,33.
Точка слияния: 1855°С.
Точка кипения: 4409°С.
Плотность: 6,52 г.см-3 (при 20°С).
электронная конфигурация: [Кр] 5с2 4д2.
Серия Химия: группа 4, переходные металлы.
Не останавливайся сейчас... После рекламы есть еще ;)
Особенности циркония
Цирконий в металлической форме является сероватый металл и который имеет хорошую коррозионную стойкость, в основном из-за слоя ZrO2 который образуется вокруг него, защищая внутреннюю металлическую массу. Однако в мелкодисперсном состоянии цирконий обладает высокой пирофорностью, то есть может самовозгораться при контакте с воздухом, особенно при высоких температурах.
Химически цирконий очень близок к гафнию, не в последнюю очередь потому, что эти элементы вместе встречаются в природе. Поэтому, как и гафний, цирконий не подвергается химическим воздействиям кислоты разбавленный (кроме HF), если только они не нагреваются. Щелочные растворы не очень эффективны для циркония даже при более высоких температурах.
В более высокотемпературных системах цирконий способен вступать в реакцию с большинством неметаллы. При взаимодействии видно, что наиболее стабильны соединения циркония со степенью окисления +4, как и в случае ZrO.2 или ZrCl4. Более низкие степени окисления, такие как +3, менее стабильны, в отличие от титан, самый легкий элемент в группе 4, обладающий хорошей стабильностью при этой нагрузке.
Где можно найти цирконий?
Среди элементов d-блока Периодической таблицы цирконий занимает четвертое место по распространенности после железо, титан и марганец. Они существуют больше 30 руды, которые у меня естьа такжем цирконий в его составе. Среди наиболее известных и важных — цирконит (также известный как циркон), ZrSiO4 и бадделеит (или бадделеит), ZrO.2. Бадделеит встречается даже в Бразилии.
Странами с наибольшими запасами циркония являются Австралия, Южная Африка и Мозамбик. Однако крупнейшими производителями являются Китай, Франция, Индия, Россия, Германия и США.
Интересно, цирконий. В изобилии встречается в некоторых звезды. Этот элемент был даже идентифицирован в солнце и в метеоритах. Лунные образцы, полученные в ходе миссий «Аполлон», показали высокое содержание ZrO.2 в этих породах по сравнению с земными.
Смотрите также: Золото — благородный металл, отличающийся хорошей электропроводностью.
Получение циркония
цирконий в природе встречается с гафнием, всегда с содержанием второго элемента от 1 до 3% по массе. Несмотря на их низкое содержание, разделение между ними очень сложно.
Обычно процесс Кролла используется для извлечения циркония. В этом процессе ZrO2 содержащийся в рудах, при высокой температуре превращается в ZrCl4. Таким способом можно получить цирконий, используя в качестве восстановителя магний. Следующие реакции демонстрируют этот процесс.
ZrO2 → ZrCl4 (с использованием CCl4 при температуре 770 К)
ZrCl4 → Zr (с использованием Mg в атмосфере Ar при температуре 1420 K)
Однако большое химическое сходство между Zr и Hf означает, что гафний остается в конечной системе в виде устойчивой примеси. Таким образом, необходимо использование металлургических методов для разделения Zr и Hf. В промышленности уже осваиваются гидрометаллургические (т. е. протекающие в водном растворе) и пирометаллургические (без присутствия воды) пути.
Гидрометаллургический метод представляет собой фракционную кристаллизацию солей калия.2ZrF6 и К2HfF6, которые не имеют одинаковой растворимости в воде. Другим методом растворения является экстракция растворителем, при которой соединения Zr и Hf растворяются. в воде, а затем выборочно экстрагируют органическими растворителями, такими как метилизобутилкетон и дань. Учитывая сложность разделения, коммерческий цирконий обычно продается с содержанием Hf от 1 до 3% по массе.
применение циркония
Металлический цирконий это заняты в лиги, в основном из стали, чтобы улучшить их механическую и коррозионную стойкость. Стабильность металла при высоких температурах также позволяет используется в космических кораблях, которые сильно пострадали из-за экстремальных условий, возникших при входе в атмосферу Земли.
Поскольку цирконий признан нетоксичным и высоко коррозионностойким элементом, в дополнение к хорошей биосовместимости, его также изучается использование в хирургии, как в зубных протезах и имплантатах.
Диоксид циркония, ZrO2, имеет очень высокую температуру плавления, в диапазоне 2500 ° C. Таким образом, он используется в изготовление емкостей с повышенной термостойкостью, в дополнение к высокопрочной керамике. По этой причине эта керамика даже использовалась в режущем оборудовании. ZrO2 Его также можно использовать в косметике, антиперспирантах, пищевой упаковке и даже в искусственных драгоценных камнях.
Стоит отметить, что большая часть циркония используется атомная промышленность. Есть, например, лига Zиркалой®, металлический сплав циркония и олова, разработанный исключительно для ядерных целей.
В атомной промышленности цирконий используется в упаковках, содержащихêм оксид урана, топливо электростанции. Потому что он очень устойчив к воде и с низким захватом нейтроны, оказывается, хороший материал для этой цели. Следует помнить, что нейтроны используются во время деление, и поэтому важно, чтобы цирконий не захватывал их. Отсутствие захвата также приводит к тому, что цирконий не отображается. радиоактивность. Вот почему в этом случае цирконий не может иметь следов гафния, металла, обладающего большой способностью улавливать нейтроны.
Смотрите в нашем подкасте:Как работают атомные электростанции?
история циркония
Название цирконий, вероятно, происходит от саргон, слово из сирийского языка, используемое для описания цвета драгоценных камней, которые теперь известны как цирконий. Хотя минералы были уже известны, до тех пор не было известно, что они содержат новый элемент. Мартину Хейринху Клапроту в 1789 году удалось обнаружить этот элемент в Берлине.. Немецкий ученый решил назвать элемент циркхорн.
1789 год был очень важным для Клапрота, так как в том же году ученый открыл элемент уран.
Решенные упражнения на цирконий
Вопрос 1
(ФГВ СП/2014 - адаптировано) Новый и перспективный класс сверхпроводящих материалов основан на дибориде ванадия-циркония. Это соединение синтезируют из соли циркония (IV).
(Журнал Искать Fобезьяна, Июнь 2013. Адаптировано)
Количество протонов и электронов в ионе Zr4+ равен соответственно:
А) 36; 40
Б) 40; 40
В) 40; 44
Г) 40; 36
Д) 36; 36
Отвечать
Буква Д
Поскольку цирконий имеет атомный номер равным 40, можно сделать вывод, что его число протоны тоже 40, потому что атомный номер численно равен количеству протонов.
Представив заряд, равный +4, мы знаем, что цирконий в таком виде имеет четыре электроны разве что в нейтральной форме.
В нейтральном состоянии количество протонов равно количеству электронов, то есть исходно цирконий имеет 40 протонов и 40 электронов. Потеряв четыре электрона, у циркония осталось только 36.
вопрос 2
(Уэрдж 2013 —адаптированный) Диоксид циркония напоминает алмаз, аллотропную форму углерода, которым можно заменить недорогие украшения.
Отметьте вариант, содержащий химическую формулу диоксида циркония, а также тип межатомной связи этого вещества.
А) ZrO4, ковалентн.
Б) ZrO2, ион.
В) ZrO2, ковалентн.
Г) ZrO4, ион.
Д) ZrO2, металлик.
Отвечать
Буква Б
Диоксид циркония, как следует из его названия, должен содержать только два атома кислород. Таким образом, ожидаемая формула ZrO2. Кроме того, цирконий обычно приобретает степень окисления, равную +4.
Тип межатомной связи ионный, по двум причинам:
цирконий — металл, а кислород — неметалл;
разница электроотрицательность между обоими больше 1,7 (3,5 - 1,3 = 2,2).
Стефано Араужо Новаис
Учитель химии
