Цирконій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Цирконій (Zr)
Атомний номер 40
Зовнішній вигляд
простої речовини
світло-сірий, блискучий
метал, стійкий до корозії
Два зразки кристалічних брусків найчистішого цирконію 99,97% з різними текстурами поверхні, отримані методом ван-Аркеля-де-Бура (йодидним методом), а також куб об'ємом 1 см³ з цирконію високої чистоти 99,95% для порівняння. Для фотографування шматки металу були розміщені на білій скляній пластині
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
91,224 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 160 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
659,7(6,84) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Kr] 4d2 5s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 145 пм
Радіус іона (+4e)79 пм
Електронегативність
(за Полінгом)
1,33
Електродний потенціал 0
Ступені окиснення 4
Термодинамічні властивості
Густина 6,506 г/см³
Питома теплоємність 0,281 Дж/(K моль)
Теплопровідність 22,7 Вт/(м К)
Температура плавлення 2125 K
Теплота плавлення 19,2 кДж/моль
Температура кипіння 4650 K
Теплота випаровування 567 кДж/моль
Молярний об'єм 14,1 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,230 Å
Відношення c/a 1,593
Температура Дебая 250,00 K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Цирконій (Zr) — хімічний елемент із атомним номером 40, перехідний метал. Особливістю цирконію є стійкість до корозії. Використовується в сплавах.

Історія[ред.ред. код]

Найважливіший цирконовмісним мінералом є Циркон (Zr[SiO4]) який відомий з античних часів. Цирконій як елемент було відкрито німецьким хіміком М. Клапротом у 1789 році у цирконі. Металевий цирконій вперше отримав Йонс Якоб Берцеліус у 1824 році відновленням його з K2ZrF6 металевим калієм. Правильна атомна маса його була визначена лише у 1924 році, оскільки не було відомо, що отриманий цирконій містив домішки гафнію — внаслідок чого атомна маса була завжди більша.

Походження назви[ред.ред. код]

Назва цирконій походить від мінералу Циркон

Основні характеристики. Властивості[ред.ред. код]

Ат. м. 91,22. У природі існує 5 стабільних ізотопів 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%), 94Zr (17,40%) і 96Zr (2,80%).

Проста речовина – цирконій. Сріблясто-білий блискучий метал. Чистий Ц. пластичний. Хімічно малоактивний. Стійкий до дії води, кислот і лугів. Реагує з киснем, галогенами, поглинає водень і азот. При нагріванні взаємодіє з розчинами HF, концентрованою H2SO4 та царською горілкою. Густина 6,5; tплав 1855оС, tкип бл. 4371оС. Кристалічна ґратка при т-рі нижче 863 оС гексагональна, щільноупакована, вище цієї т-ри – кубічна.

Поширення[ред.ред. код]

Сер. вміст Ц. в земній корі (1,7-2,0)•10-2% (мас). У морській воді цирконій має концентрацію 0,026 мкг/л. Усього відомо бл. 30 мінералів Ц., але практичне значення мають тільки циркон Zr[SiO4] і баделеїт ZrO2.

Осн. типом промисл. родовищ є прибережно-морські і елювіально-делювіальні розсипи, а також лужні і ґранітні пегматити.

Отримання[ред.ред. код]

Кристалічний цирконій отриманий за допомогою газотранспортної реакції.

Ц. отримують шляхом спікання рудного концентрату циркону з K2[SiF6], наступного вилуговування і відновлення ZrF4 магнієм або натрієм до Zr-губки або хлоруванням концентрату при т-рі 900-1000оС у присутності коксу і потім металотермічним відновленням ZrCl4 до Zr. Компактний ковкий Ц. отримують плавленням у вакуумних дугових печах Zr-губки.

Спочатку цирконовмісну сировину переводять в оксид цирконію у розплаві гідроксиду натрію. Потім оксид цирконію сплавляють з коксом у дуговій печі та переводять хлором у тетрахлорид:

\mathrm{ ZrO_2\ + 2\ C + 2\ Cl_2 \ \xrightarrow{900^{\circ}C} \ ZrCl_4 +\ 2\ CO }


Далі тетрахлорид відновлюють магнієм у гелієвій атмосфері:

\mathrm{ ZrCl_4\ + 2\ Mg \ \longrightarrow \ Zr +\ 2\ MgCl_2}


Для отримання чистого цирконію використовують газотранспортну реакцію з йодом (при 200°С) із розщепленням йодиду цирконію на розжареному дроті (при 1300 °C) із утворенням кристалів елементарного цирконію:

\mathrm{Zr + 2\ I_2 \ \rightleftharpoons \ ZrI_4}

Застосування[ред.ред. код]

Висока температура плавлення, хімічна інертність по відношенню до кислот і розплавлених середовищ, малий перетин захоплення нейтронів (0,18 барн) і ряд інших властивостей визначають основні області застосування Ц. Він є ідеальним матеріалом для обладнання ядерних реакторів. Застосовується для легування сплавів кольорових металів, що використовуються в літако- і автомобілебудуванні, у ракетобудуванні, хім. машинобудуванні тощо. Зростає використання циркону у виробництві керамічної плитки та санітарного фаянсу – найбільшому секторі його споживання, де витрачається більше половини (54%) всього використовуваного в світі циркону. Власні потреби промисловості України у 1998 році становили 90 т цирконію при виробництві 180 т. У 2010 р. планувалося збільшення виробництва до 360 т.

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]