Ö zirkonyum, sembol Zr, atom numarası 40, grup 5'e ait bir kimyasal elementtir. Periyodik tablo. Korozyona karşı büyük direncinin yanı sıra iyi termal stabilitesi ile öne çıkıyor.
eleman kimyasal olarak çok benzer hafniyumve bu nedenle, her doğal zirkonyum numunesi küçük bir hafniyum içeriğine sahiptir. Yerkabuğunda bol miktarda bulunur ve bakır, çinko ve kurşun gibi yaygın olarak kullanılan elementlerden çok daha yüksek bir içeriğe sahiptir.
zirkonyum var nükleer endüstride geniş uygulamaDüşük nötron emilimi onu uranyum dioksit açısından zengin yakıt için mükemmel bir kaplama haline getirdiğinden. Ayrıca toksik olmayan ve biyolojik olarak çok uyumlu olduğu düşünülen zirkonyum, cerrahi protez ve implantlarda kullanılmaktadır.
Siz de okuyun: Uranyum - enerji üretimi için büyük önem taşıyan element
Zirkonyum hakkında özet
Zirkonyum bir metal Periyodik Tablonun 5. grubuna aittir.
Bu elementler kimyasal olarak çok benzer olduklarından, doğada her zaman küçük bir hafniyum içeriği ile ortaya çıkar.
Zirkonit ve baddeleyit ana zirkonyum cevherleridir.
Zirkonyum ve hafniyum arasındaki ayrım çok zordur.
Zirkonyum, iyi korozyon ve yüksek sıcaklık direncine sahiptir.
Toksik olmadığı ve yüksek biyouyumluluğu olduğu için diş implantlarında ve diğer protezlerde kullanılabilir.
Zirkonyumun çoğu nükleer endüstri tarafından kullanılmaktadır.
Element, 1789'da Alman bilim adamı Martin Klaproth tarafından keşfedildi.
Zirkonyum özellikleri
sembol: Zr.
atomik numara: 40.
atom kütlesi: 91.224 cm.u.
elektronegatiflik: 1,33.
füzyon noktası: 1855 °C.
Kaynama noktası: 4409°C.
Yoğunluk: 6,52 gr.cm-3 (20°C'de).
elektronik konfigürasyon: [Kr] 5s2 4d2.
Kimya Serisi: grup 4, geçiş metalleri.
Zirkonyumun Özellikleri
Zirkonyum, metalik formunda bir grimsi metal ve esas olarak ZrO tabakası nedeniyle iyi korozyon direncine sahip olan2 etrafında oluşan, iç metalik kütleyi koruyan. Bununla birlikte, eğer ince bir şekilde bölünürse, zirkonyum oldukça piroforiktir, yani özellikle yüksek sıcaklıklarda hava ile temasında kendiliğinden tutuşabilir.
Kimyasal olarak, zirkonyum hafniyuma çok yakındır, özellikle elementler doğada bir arada bulunduğundan. Bu nedenle, hafniyum, zirkonyum gibi kimyasal saldırılara maruz kalmaz asitler seyreltilmiş (HF hariç) ısıtılmadıkça. Alkali çözeltiler, daha yüksek sıcaklıklarda bile zirkonyum üzerinde çok verimli değildir.
Daha yüksek sıcaklık sistemlerinde, zirkonyum çoğu ile reaksiyona girme yeteneğine sahiptir. ametaller. Reaksiyona girdiğinde, ZrO durumunda olduğu gibi oksidasyon numarası +4 olan zirkonyum bileşiklerinin en kararlı olduğu görülebilir.2 veya ZrCl4. +3 gibi daha düşük oksidasyon durumları daha az kararlıdır; titanyum, bu yük ile iyi bir stabiliteye sahip olan grup 4'teki en hafif eleman.
Zirkonyum nerede bulunur?
Periyodik Tablonun d-blok elementleri arasında zirkonyum en bol bulunan dördüncü elementtir. Demir, titanyum ve manganez. onlar var Dahası 30 sahip olduğum cevherlerveyapısında m zirkonyum. En iyi bilinen ve en önemlileri arasında zirkonit (zirkon olarak da bilinir), ZrSiO4 ve baddeleyit (veya baddeleit), ZrO bulunur.2. Baddeleyite Brezilya'da bile bulunur.
En büyük zirkonyum rezervine sahip ülkeler Avustralya, Güney Afrika ve Mozambik'tir. Ancak en büyük üreticiler Çin, Fransa, Hindistan, Rusya, Almanya ve ABD'dir.
İlginç bir şekilde, zirkonyum Bazılarında bol miktarda bulunur yıldızlar. Öğe, hatta tanımlandı Güneş ve meteorlarda. Apollo misyonları aracılığıyla elde edilen ay örnekleri, yüksek ZrO içeriği olduğunu kanıtladı2 karasal olanlara kıyasla bu kayalarda.
Ayrıca bakınız: Altın - iyi elektrik iletkenliği ile öne çıkan asil metal
zirkonyum elde etmek
zirkonyum doğal olarak hafniyum ile oluşur, her zaman kütlece %1 ila %3 arasında değişen ikinci element içeriği ile. Düşük içeriklerine rağmen, ikisi arasındaki ayrım çok zordur.
Zirkonyum ekstraksiyonu için genellikle Kroll işlemi kullanılır. Bu süreçte ZrO2 cevherlerde bulunan yüksek sıcaklıkta ZrCl'ye dönüştürülür4. Bu şekilde, indirgeyici olarak magnezyum kullanılarak zirkonyum elde edilebilir. Aşağıdaki reaksiyonlar süreci göstermektedir.
ZrO2 → ZrCl4 (CCl kullanarak4 770 K sıcaklıkta)
ZrCl4 → Zr (1420 K sıcaklıkta Ar atmosferinde Mg kullanılarak)
Bununla birlikte, Zr ve Hf arasındaki büyük kimyasal benzerlik, hafniyumun kalıcı bir safsızlık olarak son sistemde kaldığı anlamına gelir. Böylece, gerekli Zr ve Hf arasındaki ayrım için metalurjik tekniklerin kullanılması. Endüstri halihazırda hidrometalurjik (yani sulu çözeltide oluşan) ve pirometalurjik (su olmadan) yollar geliştirmektedir.
Bir hidrometalurjik teknik, K tuzlarının fraksiyonel kristalizasyonudur.2ZrF6 ve K2HfF6Suda aynı çözünürlüğe sahip olmayan. Diğer bir çözelti tekniği, çözücü ekstraksiyonudur, burada Zr ve Hf bileşikleri çözülür. su içinde ve daha sonra metil izobütil keton gibi organik çözücüler ile seçici olarak özütlenir ve takdir. Ayırma zorluğu göz önüne alındığında, ticari zirkonyum yaygın olarak kütlece %1 ila %3 Hf içeriğiyle pazarlanmaktadır.
zirkonyum uygulamaları
metalik zirkonyum Içinde istihdam edilen ligler, esas olarak çelikte, mekanik ve aşındırıcı direnç açısından daha iyi hale getirmek için. Metalin yüksek sıcaklıklardaki kararlılığı, aynı zamanda uzay gemilerinde kullanılırDünya atmosferine yeniden giriş sırasında karşılaşılan aşırı koşullar nedeniyle çok fazla zarar gören .
Zirkonyum, iyi bir biyouyumluluğa sahip olmasının yanı sıra toksik olmayan ve korozyona karşı oldukça dirençli bir element olarak kabul edildiğinden, cerrahi uygulamalarda kullanımı da araştırılmaktadır, diş protezlerinde ve implantlarda olduğu gibi.
Zirkonyum dioksit, ZrO2, 2500 °C aralığında çok yüksek bir erime noktasına sahiptir. Böylece, içinde kullanılır yüksek ısı direncine sahip kapların imalatı, son derece dayanıklı seramiklere ek olarak. Bu seramikler, bu nedenle kesme makinelerinde bile kullanılmıştır. ZrO2 Kozmetiklerde, ter önleyicilerde, gıda ambalajlarında ve hatta sahte değerli taşlarda da kullanılabilir.
Zirkonyumun çoğunun nükleer endüstri. Örneğin, Z ligi var.ircaloy®, sadece nükleer amaçlar için geliştirilmiş bir zirkonyum ve kalay metal alaşımı.
Nükleer endüstride, zirkonyum içeren ambalajlarda kullanılır.êuranyum oksit, yakıtı enerji santralleri. Suya karşı son derece dayanıklı olduğundan ve düşük yakalama özelliğine sahiptir. nötronlar, bu amaç için iyi bir malzeme olduğu ortaya çıkıyor. sırasında nötronların kullanıldığını hatırlamakta fayda var. fisyonve bu nedenle zirkonyumun onları yakalamaması esastır. Yakalanmaması da zirkonyumun görünmemesine neden olur. radyoaktivite. Bu nedenle, bu durumda, zirkonyum, nötronları yakalamak için büyük bir yeteneğe sahip bir metal olan hafniyum izlerine sahip olamaz.
Podcast'imize göz atın:Nükleer santraller nasıl çalışır?
zirkonyum tarihi
Zirkonyum adı muhtemelen sargon, şimdi zirkon olarak bilinen değerli taşların renklerini tanımlamak için kullanılan Süryanice dilinden bir kelime. Mineraller önceden bilinmesine rağmen yeni bir element içerdikleri o zamana kadar bilinmiyordu. Martin Heirinch Klaproth, 1789'da Berlin'deki elementi tespit etmeyi başardı.. Alman bilim adamı elementi adlandırmaya karar verdi. zirkorn.
1789 yılı Klaproth için çok önemliydi, çünkü aynı yıl bilim adamı uranyum elementini keşfetti.
Zirkonyum üzerinde çözülmüş egzersizler
soru 1
(FGV SP/2014 - uyarlanmış) Yeni ve gelecek vaat eden bir süper iletken malzeme sınıfı, bileşik vanadyum zirkonyum diboride dayanmaktadır. Bu bileşik, bir zirkonyum (IV) tuzundan sentezlenir.
(Dergi F'de Aramaymun, Haziran 2013. Uyarlanmış)
Zr iyonundaki proton ve elektron sayısı4+ sırasıyla şuna eşittir:
A) 36; 40
B) 40; 40
C) 40; 44
D) 40; 36
E) 36; 36
Cevap vermek
D harfi
Zirkonyum olduğu gibi atomik numara 40'a eşit olduğu sonucuna varabiliriz. protonlar ayrıca 40'tır, çünkü atom numarası sayısal olarak proton sayısına eşittir.
+4'e eşit bir yük sunan bu formdaki zirkonyumun dört tane olduğunu biliyoruz. elektronlar nötr formda olmadığı sürece.
Nötr olduğunda, proton sayısı elektron sayısına eşittir, yani başlangıçta zirkonyumun 40 protonu ve 40 elektronu vardır. Dört elektron kaybederek, zirkonyum sadece 36 ile kalır.
soru 2
(Uerj 2013 —uyarlanmış) Zirkonyum dioksit, düşük maliyetli mücevherlerin yerini alabilecek allotropik bir karbon formu olan elmasa benzer.
Zirkonyum dioksitin kimyasal formülünü içeren alternatifi ve bu maddenin atomlar arası bağ türünü işaretleyin.
A) ZrO4, kovalent.
B) ZrO2, iyonik.
C) ZrO2, kovalent.
D) ZrO4, iyonik.
E) ZrO2, metalik.
Cevap vermek
B 'harfi
Zirkonyum dioksit, adından da anlaşılacağı gibi, sadece iki atom içermelidir. oksijen. Böylece, beklenen formül ZrO2. Ek olarak, zirkonyum genellikle +4'e eşit bir oksidasyon durumu kazanır.
Atomlar arası bağın türü iyonik, iki nedenden dolayı:
zirkonyum bir metaldir ve oksijen ametaldir;
farkı elektronegatiflik ikisi arasında 1,7'den büyük (3,5 – 1,3 = 2,2).
Stefano Araújo Novais
Kimya hocası
