О цирконијум, симбол Зр, атомски број 40, је хемијски елемент који припада групи 5 Периодни систем. Истиче се великом отпорношћу на корозију, као и добром термичком стабилношћу.
елемент је хемијски веома сличан хафнијум, и због тога сваки природни узорак цирконијума има мали садржај хафнијума. Има га у изобиљу у земљиној кори, са много већим садржајем него у широко коришћеним елементима као што су бакар, цинк и олово.
Цирконијум има широку примену у нуклеарној индустрији, јер га ниска апсорпција неутрона чини одличним премазом за гориво богато уранијум диоксидом. Поред тога, пошто се сматра нетоксичним и веома биокомпатибилним, цирконијум се користи у хируршким протезама и имплантатима.
Прочитајте такође: Уранијум — елемент од великог значаја за производњу енергије
Резиме о цирконијуму
Цирконијум је а метал који припадају групи 5 периодног система.
У природи се увек појављује са малим садржајем хафнијума, пошто су ови елементи хемијски веома слични.
Цирконит и бадделеит су главне руде цирконијума.
Раздвајање цирконијума и хафнијума је веома тешко.
Цирконијум има добру отпорност на корозију и високе температуре.
Може се користити у зубним имплантатима и другим протезама, јер је нетоксичан и има високу биокомпатибилност.
Већи део цирконијума користи нуклеарна индустрија.
Елемент је 1789. године открио немачки научник Мартин Клапрот.
Својства цирконијума
Симбол: Зр.
атомски број: 40.
атомска маса: 91.224 ц.м.у.
електронегативност: 1,33.
Фусион поинт1855°Ц.
Тачка кључања: 4409°Ц.
ГустинаТежина: 6,52 г.цм-3 (на 20°Ц).
електронска конфигурација: [Кр] 5с2 4д2.
Цхемистри Сериес: група 4, прелазни метали.
Карактеристике цирконијума
Цирконијум, у свом металном облику, је а сивкасти метал и који има добру отпорност на корозију, углавном због слоја ЗрО2 који се формира око њега, штитећи унутрашњу металну масу. Међутим, ако је фино подељен, цирконијум је високо пирофоран, односно може се спонтано запалити у контакту са ваздухом, посебно на високим температурама.
Хемијски, цирконијум је веома близак хафнијуму, не само зато што се елементи јављају заједно у природи. Стога, као и хафнијум, цирконијум не трпи хемијске нападе од киселине разблажен (осим ХФ) осим ако нису загрејане. Алкални раствори нису много ефикасни на цирконијуму, чак и на вишим температурама.
У системима са вишим температурама, цирконијум има способност да реагује са већином неметала. При реаговању се види да су једињења цирконијума са оксидационим бројем +4 најстабилнија, као што је случај са ЗрО2 или ЗрЦл4. Нижа оксидациона стања, као што је +3, су мање стабилна, за разлику од титанијум, најлакши елемент у групи 4, који има добру стабилност са овим оптерећењем.
Где се може наћи цирконијум?
Међу елементима д-блока периодног система, цирконијум је четврти по заступљености, иза гвожђе, титанијум и манган. Они постоје више 30 руде које имамим цирконијум у свом саставу. Међу најпознатијим и најважнијим су цирконит (такође познат као циркон), ЗрСиО4 и бадделеит (или бадделеит), ЗрО2. Бадделеит се чак налази у Бразилу.
Земље са највећим резервама цирконијума су Аустралија, Јужна Африка и Мозамбик. Ипак, највећи произвођачи су Кина, Француска, Индија, Русија, Немачка и Сједињене Америчке Државе.
Занимљиво, цирконијум У некима се налази у изобиљу Звездице. Елемент је чак идентификован у Нед и у метеоритима. Лунарни узорци добијени током мисије Аполо показали су висок садржај ЗрО2 у овим стенама у поређењу са копненим.
Погледајте такође: Злато — племенити метал који се истиче добром електричном проводљивошћу
Добијање цирконијума
цирконијум природно се јавља са хафнијумом, увек са садржајем другог елемента који варира од 1 до 3% по маси. Упркос њиховом малом садржају, раздвајање између њих је веома тешко.
Обично се Кролл процес користи за екстракцију цирконијума. У овом процесу, ЗрО2 садржан у рудама се на високој температури претвара у ЗрЦл4. На овај начин се цирконијум може добити коришћењем магнезијума као редуктора. Следеће реакције демонстрирају процес.
ЗрО2 → ЗрЦл4 (користећи ЦЦл4 на температури од 770 К)
ЗрЦл4 → Зр (користећи Мг у атмосфери Ар на температури од 1420 К)
Међутим, велика хемијска сличност између Зр и Хф значи да хафнијум остаје у коначном систему као упорна нечистоћа. Дакле, неопходно је да се употреба металуршких техника за раздвајање Зр и Хф. Индустрија већ развија хидрометалуршке (тј. који се јављају у воденом раствору) и пирометалуршке (без присуства воде) путеве.
Хидрометалуршка техника је фракциона кристализација К соли2ЗрФ6 и К2ХфФ6, који немају исту растворљивост у води. Друга техника решења је екстракција растварачем, при чему се једињења Зр и Хф растварају. у води и затим селективно екстрахује органским растварачима као што су метил изобутил кетон и поштовање. С обзиром на потешкоће одвајања, комерцијални цирконијум се обично продаје са садржајем од 1 до 3% масе Хф.
апликације од цирконијума
Метални цирконијум је запослен у лиге, углавном у челику, како би били бољи у погледу механичке и корозивне отпорности. Стабилност метала на високим температурама такође омогућава да буде користи се у свемирским бродовима, који трпе велику штету због екстремних услова на које се сусрећу приликом поновног уласка у Земљину атмосферу.
Пошто је цирконијум препознат као нетоксичан и веома отпоран на корозију елемент, поред добре биокомпатибилности, његов такође се истражује употреба у хируршким апликацијама, као код зубних протеза и имплантата.
Цирконијум диоксид, ЗрО2, има веома високу тачку топљења, у опсегу од 2500 °Ц. Дакле, користи се у производња контејнера високе отпорности на топлоту, поред високоотпорне керамике. Из тог разлога ова керамика је чак и експлоатисана у машинама за сечење. Тхе ЗрО2 Такође се може користити у козметици, антиперспирантима, амбалажи за храну, па чак и лажном драгом камењу.
Вреди напоменути да велики део цирконијума користи нуклеарна индустрија. Постоји, на пример, З лигаирцалои®, метална легура цирконијума и калаја развијена искључиво за нуклеарне сврхе.
У нуклеарној индустрији цирконијум је користи се у амбалажи која садржиêм уранијум оксид, гориво од електране. Зато што је веома отпоран на воду и са малим захватањем неутрони, испоставило се да је добар материјал за ову сврху. Вриједно је запамтити да се неутрони користе током фисија, и стога је битно да их цирконијум не захвата. Незахватање такође узрокује да се цирконијум не види радиоактивност. Због тога у овом случају цирконијум не може имати трагове хафнијума, метала који има велику способност да ухвати неутроне.
Погледајте на нашем подцасту:Како раде нуклеарне електране?
историја цирконијума
Назив цирконијум вероватно потиче од саргоне, реч из сиријског језика која се користи за описивање боја драгог камења које је данас познато као цирконијум. Иако су минерали већ били познати, није се знало да садрже нови елемент до Мартин Хајринх Клапрот је 1789. успео да открије елемент у Берлину. Немачки научник је одлучио да назове елемент циркхорн.
1789. година је била веома важна за Клапрота, јер је те исте године научник открио елемент уранијум.
Решене вежбе на цирконијуму
Питање 1
(ФГВ СП/2014 - адаптирано) Нова и обећавајућа класа суперпроводних материјала заснована је на једињењу ванадијум цирконијум диборида. Ово једињење се синтетише из цирконијум (ИВ) соли.
(Часопис Претрага Фапесп, Јуни 2013. адаптирано)
Број протона и електрона у Зр јону4+ једнака је, респективно:
А) 36; 40
Б) 40; 40
Ц) 40; 44
Д) 40; 36
Е) 36; 36
Одговорити
Писмо Д
Као што има цирконијум атомски број једнак 40, можемо закључити да је његов број протона је такође 40, јер је атомски број бројчано једнак броју протона.
Представљајући наелектрисање једнако +4, знамо да цирконијум у овом облику има четири електрона осим у свом неутралном облику.
Када је неутралан, број протона је једнак броју електрона, односно првобитно цирконијум има 40 протона и 40 електрона. Губивши четири електрона, цирконијуму остаје само 36.
питање 2
(Уерј 2013 —прилагођена) Цирконијум диоксид подсећа на дијамант, алотропни облик угљеника, који се може заменити за јефтин накит.
Означите алтернативу која садржи хемијску формулу цирконијум диоксида, као и врсту међуатомске везе ове супстанце.
А) ЗрО4, ковалентна.
Б) ЗрО2, јонски.
Ц) ЗрО2, ковалентна.
Д) ЗрО4, јонски.
Е) ЗрО2, металик.
Одговорити
Писмо Б
Цирконијум диоксид, као што му име говори, мора да садржи само два атома кисеоник. Дакле, очекивана формула је ЗрО2. Поред тога, цирконијум обично добија оксидационо стање једнако +4.
Тип међуатомске везе је јонски, из два разлога:
цирконијум је метал, а кисеоник је неметал;
разлика од електронегативност између оба је већа од 1,7 (3,5 – 1,3 = 2,2).
Аутор Стефано Араухо Новаис
наставник хемије
