Циркониум — хемиски елемент со симбол Zr и атомски број 40. Името циркониум се зема од името на минералот циркон (зборот е поврзан со персиски zargun (циркон, zar-gun , "како злато")), најважниот извор на циркониум. Тоа е сјаен, сиво-бел, силен преоден метал кој многу наликува на хафиум и, во помала мера, на титаниум . Циркониумот главно се користи како огноотпорник и омофикатор, иако мали количини се користат за легирање поради неговата силна отпорност на корозија. Циркониумот формира различни неоргански и органометални соединенија, како што се циркониум диоксид и цирконоцен дихлорид , соодветно. Пет изотопи се јавуваат природно, од кои три се стабилни. Циркониевите соединенија немаат позната биолошка улога. лево|мини| Циркониуомова прачка Циркониум е сјаен , сиво-бел, мек, нодуларен , податлив метал кој е цврст на собна температура, иако е тежок и кршлив во помали чистоти. Во форма на прав, циркониумот е многу запалив, но солидната форма е многу помалку склона кон палење. Циркониумот е високо отпорен на корозија со алкалии, киселини, солена вода и други агенси. Сепак, тој ќе се раствори во хлороводородна и сулфурна киселина , особено кога е присутен флуор . Легумите со цинк се магнетни на помалку од 35 K.
Точка на топење на циркониум е 1855 °C (3371 °F), а точката на вриење е 4371 °C (7900 °C) °F). Циркониумот има електронегативност од 1,33 на скалата Паулин. Од елементите во рамките на d-блокот со познати електронегативности, циркониумот има петта најниска електронегативност по хафниум , итриум , лантан и актиниум .
На собна температура, циркониумот има компактна, шестаголна, кристилна структура, α-Zr, која се менува во β-Zr, структура на кубична кристализација во центарот на телото, на 863 °C. Циркониум постои во β-фаза до точката на топење.
Изотопи Природниот циркониум е составен од пет изотопи. 90 Zr, 91 Zr, 92 Zr и 94 Zr се стабилни, иако 94 Zr е предвидено да подложит на двојно бета распаѓање (не е забележано експериментално) со полуживот поголем од 1,10 × 10 17 години. 96 Zr има полуживот од 2,4 × 10 19 години, и е најдолгиот радиоизотоп на циркониум. Од овие природни изотопи, најзастапени се 90 Zr, што претставува 51,45% од вкупниот циркониум. 96 Zr е најмалку чест, кој содржи само 2,80% циркониум.
Дваесет и осум вештачки изотопи на циркониум се синтетизираат, кои се движат со атомска маса од 78 на 110. <sup id="mwTg">93</sup> Zr е најдолгиот вештачки изотоп, со полуживот од 1.53 × 10 6 години. 110 Zr, најтешкиот изотоп на циркониум, е најрадиоактивен, со приближен полуживот од 30 милисекунди. Радиоактивните изотопи на или над масата број 93 се распаѓаат со емисија на електрони , додека оние кои се наоѓаат на или под деградацијата 89 со позитронска емисија . Единствен исклучок е 88 Zr, кој се распаѓа со електронски апсење .
Пет изотопи на циркониум, исто така, постојат како метастабилни изомери : 83m Zr, 85m Zr, 89m Zr, 90m1 Zr, 90m2 Zr и 91m Zr. Од нив, 90m2 Zr има најкраток полуживот на 131 наносекунди. 89m Zr е најдолготраен со полуживот од 4.161 минути. лево|мини| Светски тренд на производство на циркониумови минерални концентрати Циркониум има концентрација од околу 130 mg / kg во Земјината кора и околу 0,026 μg / L во морска вода . Не се наоѓа во природата како мајчин метал , како одраз на неговата внатрешна нестабилност во однос на водата. Главниот комерцијален извор на циркониум е циркон (ZrSiO 4 ), силикатен минерал , кој се наоѓа првенствено во Австралија, Бразил, Индија, Русија, Јужна Африка и САД, како и во помали депозити ширум светот. Од 2013 година, две третини од цирконското рударство се јавува во Австралија и Јужна Африка. Цирконските ресурси надминуваат 60 милиони тони ширум светот а годишното производство на циркониум во светот изнесува околу 900.000 тони. Циркониум, исто така, се јавува во повеќе од 140 други минерали, вклучувајќи ги и комерцијално корисните руди baddeleyite и kosnarite .
Циркониумот е релативно изобилен кај ѕвездите од типот S , и е откриен на сонце и во метеорити. Примероците на месечевите карпи, вратени од неколку мисии на Аполо до Месечината, имаат висока содржина на циркониум оксид во однос на копнените карпи. мини|Производство на циркониум во 2005 година Циркониум е нус-производ на рударството и обработка на титаниум минерали лименит и рутил , како и калај рударството. Од 2003 до 2007 година, додека цените за минералниот циркон постојано се зголемуваа од 360 до 840 долари за тон, цената на необработениот метал циркониум се намали од 39,900 долари на 22,700 долари по тон. Металот на циркониум е на многу повисока цена отколку цирконот, бидејќи процесите на намалување се скапи.
Собран од крајбрежните води, цирконскиот песок се прочистува со спирални концентратори за отстранување на полесни материјали, кои потоа се враќаат во водата, бидејќи тие се природни компоненти на песокот на плажа. Користејќи магнетна сепарација , титанските руди илменит и рутил се отстранети.
Повеќето циркон се користи директно во комерцијални апликации, но мал процент се претвора во метал. Повеќето Zr метали се произведуваат со редукција на циркониум (IV) хлорид со метал од магнезиум во процесот на Крол . Добиениот метал се синтерува сè додека не е доволно пластичен за обработка на метали.
Одделување на циркониум и хафниум Комерцијалниот циркониумски метал обично содржи 1-3% од хафиум , кој обично не е проблематичен бидејќи хемиските својства на хафниум и циркониум се многу слични. Меѓутоа, нивните својства за апсорпција на неутроните се разликуваат силно, со што се бара одвојување на хафниум од циркониум за јадрени реактори. Во употреба се неколку шеми за раздвојување.Nielsen, Ralph (2005) "Zirconium and Zirconium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim. Течно-течната екстракција на дериватите на тиоцијанат -оксид го експлоатира фактот дека дериватот на хафиум е малку повеќе растворлив во метил-изобутил кетон отколку во вода. Овој метод се користи главно во САД.
Zr и Hf, исто така, може да се одделат со фракционална кристализација на калиум хексафлуороцирконат (K 2 ZrF 6 ), кој е помалку растворлив во вода од аналогниот дериват на хафиум.
Фракционалната дестилација на тетрахлоридите, исто така наречена екстрактивна дестилација , се користи првенствено во Европа.
Производот од четворчен VAM (вакуум лак) топење, во комбинација со топло екструдирање и различни апликации за валање се излечи со користење на висок притисок, висока температура автоклав на гас. Ова произведува циркониум реактор-одделение, што е околу 10 пати поскапо од комерцијалната одбрана заразена со хафиум.
Хафниум мора да се отстрани од циркониум за јадрените апликации бидејќи хафниум има пресек на апсорпција на неутрон 600 пати поголем од циркониум. Одделениот хафиум може да се користи за прачки за контрола на реакторот.
Соединенија Како и другите транзициони метали , циркониумот формира широк спектар на неоргански соединенија и координатни комплекси . Во принцип, овие соединенија се безбојни дијамагнетни цврсти материи при што циркониумот има оксидациона состојба +4. Значително помалку Zr (III) соединенија се познати, а Zr (II) е многу ретка.
Оксиди, нитриди и карбиди Најчест оксид е циркониум диоксид , ZrO 2 , исто така познат како цирконија . Оваа јасна до бела боја солидна супстанца има исклучителна цврстина на фрактури и хемиска отпорност, особено во својата кубна форма. Овие својства ја прават цирконијата корисна како топлинска бариера, иако тоа е исто така заедничка дијамантна замена. Циркониум моноксид, ZrO, исто така е познат и кај ѕвезди од типот S кои се препознаваат со откривање на нејзините оддавни линии во видливиот спектар.
Циркониевиот волан има невообичаено својство да се намалува во сите димензии кога се загрева, додека повеќето други супстанции се шират кога се загреваат. Цирконил хлоридот е редок, во вода растворлив циркониумов комплекс со релативно комплицирана формула [Zr 4 (OH) 12 (H 2 O) 16 ] Cl 8 .
Циркониум карбид и циркониум нитрид се рефрактерни цврсти материи. Карбидот се користи за алатки за дупчење и за сечење рабови. Исто така, се познати фази на циркониум хидрид.
Олово цирконат титанат (PZT) е најчесто користениот пиезоелектричен материјал, со апликации како што се ултразвучни трансформери, хидрофони, заеднички шински вбризгувачи, пьезоэлектрични трансформатори и микро-актуатори.
Халиди и псевдохалиди Сите четири заеднички халиди се познати, ZrF <sub id="mwvQ">4</sub> , ZrCl <sub id="mwvw">4</sub> , ZrBr <sub id="mwwQ">4</sub> и ZrI <sub id="mwww">4</sub> . Сите имаат полимерни структури и се далеку помалку испарливи од соодветните мономерни титан тетрахалиди. Сите имаат тенденција да се хидролизираат за да ги добијат т.н. оксихариди и диоксиди.
Соодветните тетра алкоксиди се исто така познати. За разлика од халогените, алкоксидите се раствораат во неполарни растворувачи. Диводород хексафлуороцирконат се користи во индустријата за метална завршна обработка како средство за офорт за промовирање на слепување на боја.MSDS лист за Duratec 400, DuBois Chemicals, Inc. десно|мини| Цирконоцен дихлорид, претставник на органо-циркониум соединение Хемијата на органо-циркониум е проучување на соединенија кои содржат врска на јаглерод- циркониум. Првото вакво соединение било цирконоцен дибромид ((C 5 H 5 ) 2 ZrBr 2 ), објавено во 1952 година од Бирмингем и Вилкинсон . Реагенсот на Шварц , подготвен во 1970 од страна на PC Wailes и H. Weigold, е металоцен кој се користи во органската синтеза за трансформации на алкени и алкини .
Циркониумот е исто така компонента на некои катализатори на Циглер-Натта , кои се користат за производство на полипропилен . Оваа апликација ја експлоатира способноста на циркониумот реверзибилно да формира врски кон јаглерод. Повеќето комплекси на Zr (II) се деривати на цирконоцен, еден пример е (C 5 Me 5 ) 2 Zr (CO) 2 .
Историја Циркониумово-содржински минерали и сродните минерали (на jargoon , зумбул, хијацинт , Ligure) беа споменати во библиските текстови. Минералот не беше познат да содржи нов елемент до 1789, кога Клапрот анализира жаргон од островот Цјетлен (сега Шри Ланка). Тој го именувал новиот елемент Зирконерде (цирконија). Хамфри Дејви се обидел да го изолира овој нов елемент во 1808 година преку електролиза, но не успеа. Металот на циркониум првпат бил добиен во нечиста форма во 1824 година од страна на Берцелиус со загревање на мешавина на калиум и калиум циркониум флуорид во железната цевка.
Процесот на кристална лента (познат и како процес на јодид ), откриен од Антон Едуард ван Аркел и Јан Хендрик де Бур во 1925 година, бил првиот индустриски процес за комерцијално производство на метални циркониум. Тоа вклучува формирање и последователно топлинско разложување на циркониум тетраиодид и беше заменето во 1945 од страна на многу поевтиниот процес на Крол, развиен од Вилијам Џастин Крол , во кој циркониум тетрахлорид е намален со магнезиум:
ZrCl 4 + 2 Mg → Zr + 2 MgCl 2
Примена Околу 900.000 тони циркониум руди беа ископани во 1995 година, претежно како циркон.
Соединенија Повеќето циркон се користи директно во апликации за висока температура. Овој материјал е огноотпорен, тврд и отпорен на хемиски напад. Поради овие својства, циркон наоѓа многу апликации, од кои неколку се високо рекламирани. Неговата главна употреба е како пупка, која дава бел, нетранспарентен изглед на керамичките материјали. Поради својата хемиска отпорност, цирконот се користи и во агресивни средини, како што се калапи за стопени метали.
Циркониум диоксид (ZrO 2 ) се користи во лабораториски садови, во металуршки печки и како огноотпорен материјал. Поради тоа што е механички силен и флексибилен, може да се синтерува во керамички ножеви и други сечила. Циркон (ZrSiO 4 ) и кубни циркони (ZrO 2 ) се сечат во скапоцени камења за накит.
Цирконијата е составен дел на некои абразиви , како што се мелење тркала и шмиргла .
Метал