O zirkónium, symbol Zr, atómové číslo 40, je chemický prvok patriaci do skupiny 5 Periodická tabuľka. Vyznačuje sa vysokou odolnosťou proti korózii, ako aj dobrou tepelnou stabilitou.
prvok je chemicky veľmi podobný hafniuma preto má každá vzorka prírodného zirkónu malý obsah hafnia. Je hojný v zemskej kôre, s oveľa vyšším obsahom ako v široko používaných prvkoch ako meď, zinok a olovo.
Zirkón má široké uplatnenie v jadrovom priemysle, pretože jeho nízka absorpcia neutrónov z neho robí vynikajúci povlak pre palivo bohaté na oxid uránový. Okrem toho, keďže sa zirkónium považuje za netoxické a veľmi biokompatibilné, používa sa v chirurgických protézach a implantátoch.
Prečítajte si tiež: Urán – prvok veľmi dôležitý pre výrobu energie
Zhrnutie o zirkóniu
Zirkónium je a kov patriace do skupiny 5 periodickej tabuľky.
V prírode sa objavuje vždy s malým obsahom hafnia, keďže tieto prvky sú si chemicky veľmi podobné.
Hlavnými zirkónovými rudami sú zirkónit a baddeleyit.
Oddelenie medzi zirkónom a hafniom je veľmi ťažké.
Zirkónium má dobrú odolnosť proti korózii a vysokej teplote.
Môže byť použitý v zubných implantátoch a iných protézach, pretože je netoxický a má vysokú biokompatibilitu.
Veľká časť zirkónu sa používa v jadrovom priemysle.
Prvok objavil v roku 1789 nemecký vedec Martin Klaproth.
Vlastnosti zirkónu
Symbol: Zr.
atómové číslo: 40.
atómová hmotnosť: 91,224 c.m.u.
elektronegativita: 1,33.
Fúzny bodTeplota topenia: 1855 °C.
Bod varuTeplota topenia: 4409 °C.
Hustota: 6,52 g.cm-3 (pri 20 °C).
elektronická konfigurácia: [Kr] 5 s2 4d2.
Séria o chémii: skupina 4, prechodné kovy.
Vlastnosti zirkónu
Zirkónium vo svojej kovovej forme je a sivastý kov a ktorý má dobrú odolnosť proti korózii, hlavne kvôli vrstve ZrO2 ktorý sa okolo neho tvorí a chráni vnútornú kovovú hmotu. Ak je však zirkónium jemne rozdelené, je vysoko samozápalné, to znamená, že sa môže spontánne vznietiť pri kontakte so vzduchom, najmä pri vysokých teplotách.
Chemicky je zirkónium veľmi blízke hafniu, v neposlednom rade preto, že prvky sa v prírode vyskytujú spoločne. Preto, ako hafnium, zirkónium netrpí chemickými útokmi kyseliny zriedený (okrem HF), pokiaľ nie sú vykurované. Alkalické roztoky nie sú veľmi účinné na zirkónium ani pri vyšších teplotách.
V systémoch s vyššou teplotou má zirkónium schopnosť reagovať s väčšinou nekovy. Pri reakcii je možné vidieť, že zlúčeniny zirkónia s oxidačným číslom +4 sú najstabilnejšie, rovnako ako ZrO2 alebo ZrCl4. Nižšie oxidačné stavy, ako je +3, sú menej stabilné, rozdiel od titán, najľahší prvok v skupine 4, ktorý má pri tomto zaťažení dobrú stabilitu.
Kde možno nájsť zirkónium?
Spomedzi prvkov d-bloku periodickej tabuľky je zirkónium štvrtým najrozšírenejším železo, titán a mangán. Existujú viac 30 rudy, ktoré mámam zirkónu v jeho zložení. Medzi najznámejšie a najdôležitejšie patrí zirkónit (známy aj ako zirkón), ZrSiO4 a baddeleyit (alebo baddeleit), ZrO2. Baddeleyit sa dokonca nachádza v Brazílii.
Krajiny s najväčšími zásobami zirkónu sú Austrália, Južná Afrika a Mozambik. Najväčšími producentmi sú však Čína, Francúzsko, India, Rusko, Nemecko a Spojené štáty americké.
Zaujímavé je, že zirkónium V niektorých sa hojne vyskytuje hviezdy. Prvok bol dokonca identifikovaný v slnko a v meteoritoch. Lunárne vzorky získané prostredníctvom misií Apollo preukázali vysoký obsah ZrO2 v týchto horninách v porovnaní s pozemskými.
Pozri tiež: Zlato — ušľachtilý kov, ktorý sa vyznačuje dobrou elektrickou vodivosťou
Získanie zirkónu
zirkónium prirodzene sa vyskytuje s hafniomvždy s obsahom druhého prvku, ktorý sa pohybuje od 1 do 3 % hmotnostných. Napriek ich nízkemu obsahu je oddelenie medzi nimi veľmi ťažké.
Na extrakciu zirkónu sa bežne používa Krollov proces. V tomto procese sa ZrO2 obsiahnutý v rudách sa pri vysokej teplote premieňa na ZrCl4. Týmto spôsobom je možné získať zirkónium použitím horčíka ako redukčného činidla. Nasledujúce reakcie demonštrujú proces.
ZrO2 → ZrCl4 (pomocou CCl4 pri teplote 770 K)
ZrCl4 → Zr (pomocou Mg v atmosfére Ar pri teplote 1420 K)
Avšak veľká chemická podobnosť medzi Zr a Hf znamená, že hafnium zostáva v konečnom systéme ako perzistentná nečistota. Preto je potrebné použitie metalurgických techník na separáciu medzi Zr a Hf. Priemysel už vyvíja hydrometalurgické (tj. ktoré sa vyskytujú vo vodnom roztoku) a pyrometalurgické (bez prítomnosti vody) cesty.
Hydrometalurgická technika je frakčná kryštalizácia K solí2ZrF6 a K2HfF6, ktoré nemajú rovnakú rozpustnosť vo vode. Ďalšou technikou roztoku je extrakcia rozpúšťadlom, pri ktorej sa zlúčeniny Zr a Hf rozpustia. vo vode a potom selektívne extrahovaná organickými rozpúšťadlami, ako je metylizobutylketón a hold. Vzhľadom na náročnosť oddeľovania sa komerčné zirkónium bežne predáva s obsahom 1 až 3 % hmotn. Hf.
aplikácie zirkónia
Kovové zirkónium je zamestnaný v ligy, hlavne v oceli, aby boli lepšie z hľadiska mechanickej a koróznej odolnosti. Umožňuje to aj stabilita kovu pri vysokých teplotách používané vo vesmírnych lodiach, ktoré utrpeli veľké škody v dôsledku extrémnych podmienok, s ktorými sa stretávajú pri opätovnom vstupe do zemskej atmosféry.
Keďže zirkónium je uznávané ako netoxický a vysoko odolný prvok proti korózii, okrem toho, že má dobrú biologickú kompatibilitu, jeho skúma sa aj použitie v chirurgických aplikáciáchako v zubných protézach a implantátoch.
Oxid zirkoničitý, ZrO2, má veľmi vysokú teplotu topenia, v rozmedzí 2500 °C. Používa sa teda v výroba nádob s vysokou tepelnou odolnosťou, okrem vysoko odolnej keramiky. Z tohto dôvodu bola táto keramika dokonca využívaná v rezacích strojoch. ZrO2 Môže byť tiež použitý v kozmetike, antiperspirantoch, obaloch potravín a dokonca aj v falošných drahých kameňoch.
Stojí za zmienku, že veľkú časť zirkónu používajú jadrový priemysel. Existuje napríklad liga Zircaloy®, kovová zliatina zirkónu a cínu vyvinutá výhradne na jadrové účely.
V jadrovom priemysle je zirkónium používané v obaloch obsahujúcichêm oxid uránový, palivo z elektrárne. Pretože je vysoko odolný voči vode a s nízkym zachytávaním neutróny, ukazuje sa ako dobrý materiál na tento účel. Je potrebné pripomenúť, že neutróny sa používajú počas štiepenie, a preto je nevyhnutné, aby ich zirkónium nezachytilo. Nezachytenie tiež spôsobí, že sa zirkónium nezobrazí rádioaktivita. To je dôvod, prečo v tomto prípade zirkónium nemôže mať stopy hafnia, kovu, ktorý má veľkú schopnosť zachytávať neutróny.
Pozrite si to v našom podcaste:Ako fungujú jadrové elektrárne?
história zirkónu
Názov zirkónium pravdepodobne pochádza z sargon, slovo zo sýrskeho jazyka používané na opis farieb drahokamov, ktoré sú dnes známe ako zirkón. Hoci minerály už boli známe, nevedelo sa, že obsahujú nový prvok až do r Martinovi Heirinchovi Klaprothovi sa v roku 1789 podarilo odhaliť prvok v Berlíne. Nemecký vedec sa rozhodol prvok pomenovať zirkhorn.
Rok 1789 bol pre Klaprotha veľmi dôležitý, keďže v tom istom roku objavil vedec prvok urán.
Vyriešené cvičenia na zirkóniu
Otázka 1
(FGV SP/2014 - upravené) Nová a sľubná trieda supravodivých materiálov je založená na zlúčenine diboridu vanádu a zirkónia. Táto zlúčenina sa syntetizuje zo zirkóniovej (IV) soli.
(Časopis Hľadaj Fopice, Jún 2013. Prispôsobené)
Počet protónov a elektrónov v ióne Zr4+ sa rovná, resp.:
A) 36; 40
B) 40; 40
C) 40; 44
D) 40; 36
E) 36; 36
Odpovedzte
Písmeno D
Ako má zirkónium atómové číslo rovný 40, môžeme konštatovať, že jeho počet protóny je tiež 40, pretože atómové číslo sa číselne rovná počtu protónov.
Ak uvádzame náboj rovný +4, vieme, že zirkónium v tejto forme má štyri elektróny pokiaľ nie je vo svojej neutrálnej forme.
V neutrálnom stave sa počet protónov rovná počtu elektrónov, to znamená, že zirkónium má pôvodne 40 protónov a 40 elektrónov. Pri strate štyroch elektrónov zirkónu zostane iba 36.
otázka 2
(Uerj 2013 —prispôsobené) Oxid zirkoničitý sa podobá diamantu, alotropnej forme uhlíka, ktorý môže nahradiť lacné šperky.
Označte alternatívu, ktorá obsahuje chemický vzorec oxidu zirkoničitého, ako aj typ medziatómovej väzby tejto látky.
A) ZrO4, kovalentné.
B) ZrO2iónový.
C) ZrO2, kovalentné.
D) ZrO4iónový.
E) ZrO2, kovové.
Odpovedzte
Písmeno B
Oxid zirkoničitý, ako už názov napovedá, musí obsahovať iba dva atómy kyslík. Očakávaný vzorec je teda ZrO2. Okrem toho zirkónium bežne nadobúda oxidačný stav rovný +4.
Typ medziatómovej väzby je iónový, a to z dvoch dôvodov:
zirkónium je kov a kyslík je nekov;
rozdiel elektronegativita medzi oboma je väčšia ako 1,7 (3,5 – 1,3 = 2,2).
Autor: Stefano Araújo Novais
Učiteľ chémie