Цирконий, свойства атома, химические и физические свойства.
Zr 40 Цирконий
91,224(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d2 5s2
Цирконий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 40. Расположен в 4-й группе (по старой классификации — побочной подгруппе четвертой группы), пятом периоде периодической системы.
Атом и молекула циркония. Формула циркония. Строение атома циркония
Изотопы и модификации циркония
Свойства циркония (таблица): температура, плотность, давление и пр.
Физические свойства циркония
Химические свойства циркония. Взаимодействие циркония. Химические реакции с цирконием
Получение циркония
Применение циркония
Таблица химических элементов Д.И. Менделеева
Применение
Цирконий начал широко применяться в промышленности с 30-х гг XX в. Ограниченное применение циркония связанно с его дороговизной.
Металлический цирконий и его сплавы из-за высокой температуры плавления используются в ядерной энергетике для изготовления деталей и конструкций ядерных реакторов. С помощью циркония осуществляется легирование сталей, производство сверхпроводников, кислотостойких реакторов, арматуры, насосов, посуды. Без циркония необходится производство пиротехники, ведь он способен с высокой скоростью сгорать в кислороде без дыма и излучать значительное количество света. Данный металл используется также в медицине при создании хирургических инструментов, костных, суставных и зубных протезов. Биоинертность циркония позволяет ему служить альтернативой титану при изготовлении дентальных имплантов.
Оксид циркония применяется в производстве огнеупоров для металлургической промышленности, керамикометаллических покрытиях, придания белизны и непрозрачности эмалям. Также с оксидом циркония связано получение фианита, применяемого для линз, хирургических инструментов, ювелирных камней, синтетических волокон и проволоки. С диборидом циркония связано производство резцов для обработки деталей, гидрид применяется в ядерной технике для замедления нейтронов, а нитрид для покрытий в стоматологии и ювелирном деле.
Атом и молекула циркония. Формула циркония. Строение атома циркония:
Цирконий (лат. Zirconium, обнаружен в минерале цирконе, давшем название элементу) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Zr и атомным номером 40. Расположен в 4-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе четвертой группы), пятом периоде периодической системы.
Цирконий – металл. Относится к группе переходных металлов.
Цирконий обозначается символом Zr.
Как простое вещество цирконий при нормальных условиях представляет собой пластичный, блестящий металл серебристо-серого цвета.
Молекула циркония одноатомна.
Химическая формула циркония Zr.
Электронная конфигурация атома циркония 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d2 5s2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома циркония равен 640,1 кДж/моль (6,634126(5) эВ).
Строение атома циркония. Атом циркония состоит из положительно заряженного ядра (+40), вокруг которого по пяти оболочкам движутся 40 электронов. При этом 38 электронов находятся на внутреннем уровне, а 2 электрона – на внешнем. Поскольку цирконий расположен в пятом периоде, оболочек всего пять. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья и четвертая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Пятая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома циркония на 4d-орбитали находится два неспаренных электрона. На внешнем энергетическом уровне атома циркония на s-орбитали находятся два спаренных электрона. В свою очередь ядро атома циркония состоит из 40 протонов и 51 нейтрон. Цирконий относится к элементам d-семейства.
Радиус атома циркония (вычисленный) составляет 206 пм.
Атомная масса атома циркония составляет 91,224(2) а. е. м.
История происхождения циркония
Похожие на название циркония натуральные самоцветы цирконы используются давно. Их называли несовершенными алмазами, а темно-красные – гиацинтами. По легенде, это отвердевшие капли крови Гиацинта, убитого богом Зефиром. В русской сказке аленьким цветочком назван цветок, выточенный из бордового циркона.
В Средневековье их называли самоцветами-убийцами. Было подмечено: владелец начинал болеть при носке темно окрашенных крупных камней, затем умирал. Это случалось из-за использования радиоактивных минералов. Такие цирконы и сейчас нельзя применять.
История синтеза циркониевого металла:
- 1789 г. – М. Клапрот впервые выделил окисел циркона из порошка минерала;
- 1824 г. – Й. Берцелиус образовал свободный цирконий;
- 1925 г. – А. Аркель очистил элемент от радиоактивных примесей.
Исследователи причисляют диоксид циркония к металлу с усовершенствованными свойствами. Он подходит для изготовления пластин для костей, коронок, других медицинских конструкций. Изделия безопасны, не противопоказаны для прохождения МРТ.
Смотрите видео о циркониевом металле:
Свойства циркония (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
Подробные сведения на сайте ChemicalStudy.ru
| 100 | Общие сведения | |
| 101 | Название | Цирконий |
| 102 | Прежнее название | |
| 103 | Латинское название | Zirconium |
| 104 | Английское название | Zirconium |
| 105 | Символ | Zr |
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 40 |
| 107 | Тип | Металл |
| 108 | Группа | Переходный металл |
| 109 | Открыт | Мартин Генрих Клапрот, Германия, 1789 г. |
| 110 | Год открытия | 1789 г. |
| 111 | Внешний вид и пр. | Пластичный, блестящий металл серебристо-серого цвета |
| 112 | Происхождение | Природный материал |
| 113 | Модификации | |
| 114 | Аллотропные модификации | 3 аллотропных модификации: – α-цирконий с гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой, – β-цирконий с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой, – ω-цирконий с гексагональной кристаллической решёткой |
| 115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |
| 116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |
| 117 | Двумерные материалы | |
| 118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 0 % |
| 119 | Содержание в земной коре (по массе) | 0,013 % |
| 120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 2,6·10-9 % |
| 121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 5,0·10-6 % |
| 122 | Содержание в Солнце (по массе) | 4,0·10-6 % |
| 123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 0,00066 % |
| 124 | Содержание в организме человека (по массе) | 5,0·10-6 % |
| 200 | Свойства атома | |
| 201 | Атомная масса (молярная масса) | 91,224(2) а. е. м. (г/моль) |
| 202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d2 5s2 |
| 203 | Электронная оболочка | K2 L8 M18 N10 O2 P0 Q0 R0 |
| 204 | Радиус атома (вычисленный) | 206 пм |
| 205 | Эмпирический радиус атома* | 155 пм |
| 206 | Ковалентный радиус* | 148 пм |
| 207 | Радиус иона (кристаллический) | Zr4+ 73 (4) пм, 86 (6) пм, 98 (8) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле) |
| 208 | Радиус Ван-дер-Ваальса | |
| 209 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 40 электронов, 40 протонов, 51 нейтрон |
| 210 | Семейство (блок) | элемент d-семейства |
| 211 | Период в периодической таблице | 5 |
| 212 | Группа в периодической таблице | 4-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 4-ой группы) |
| 213 | Эмиссионный спектр излучения | |
| 300 | Химические свойства | |
| 301 | Степени окисления | -2, +1, +2, +3, +4 |
| 302 | Валентность | II, III, IV |
| 303 | Электроотрицательность | 1,33 (шкала Полинга) |
| 304 | Энергия ионизации (первый электрон) | 640,1 кДж/моль (6,634126(5) эВ) |
| 305 | Электродный потенциал | Zr4+ + 4e– → Zr, Eo = -1,539 В |
| 306 | Энергия сродства атома к электрону | 41,1 кДж/моль |
| 400 | Физические свойства | |
| 401 | Плотность* | 6,52 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 5,8 г/см3 (при температуре плавления 1855 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) |
| 402 | Температура плавления* | 1855 °C (2128 K, 3371 °F) |
| 403 | Температура кипения* | 4377 °C (4650 K, 7911 °F) |
| 404 | Температура сублимации | |
| 405 | Температура разложения | |
| 406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
| 407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 14 кДж/моль |
| 408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 591 кДж/моль |
| 409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | |
| 410 | Молярная теплоёмкость* | 25,36 Дж/(K·моль) |
| 411 | Молярный объём | 14,1 см³/моль |
| 412 | Теплопроводность | 22,6 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 22,7 Вт/(м·К) (при 300 K) |
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | α-цирконий |
| 512 | Структура решётки | Гексагональная плотноупакованная |
| 513 | Параметры решётки | a = 3,231 Å, c = 5,148 Å |
| 514 | Отношение c/a | 1,593 |
| 515 | Температура Дебая | 291 K |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | P63/mmc |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 194 |
| 521 | Кристаллическая решётка #2 | β-цирконий |
| 522 | Структура решётки | Кубическая объёмно-центрированная |
| 523 | Параметры решётки | a = 3,61 Å |
| 524 | Отношение c/a | |
| 525 | Температура Дебая | |
| 526 | Название пространственной группы симметрии | Im_ 3m |
| 527 | Номер пространственной группы симметрии | 229 |
| 900 | Дополнительные сведения | |
| 901 | Номер CAS | 7440-67-7 |
Примечание:
205* Эмпирический радиус атома циркония согласно [1] и [3] составляет 160 пм.
206* Ковалентный радиус циркония согласно [1] и [3] составляет 175±7 пм и 145 пм соответственно.
401* Плотность циркония согласно [3] и [4] составляет 6,506 г/см3 (при 0 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) и 6,45 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) соответственно.
402* Температура плавления циркония согласно [3] составляет 1851,85 °С (2125 K, 3365,33 °F).
403* Температура кипения циркония согласно [4] составляет 4320 °С (4593,15 K, 7808 °F).
407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) циркония согласно [3] и [4] составляет 19,2 кДж/моль и 14,6 кДж/моль соответственно.
408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) циркония согласно [3] и [4] составляет 567 кДж/моль и 557,7 кДж/моль соответственно.
410* Молярная теплоёмкость циркония согласно [3] составляет 25,3 Дж/(K·моль).
Цирконий
Цирконий
40
| Иттрий ← Цирконий → Ниобий | |
| Ti ↑ Zr ↓ Hf | 40Zr |
(молярная масса)
(первый электрон)
| 40 | Цирконий |
| Zr 91,224 | |
| 4d25s2 | |
Цирко́ний
(лат.
Zirconium
; обозначается символом
Zr
) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 40.Простое вещество
цирконий
(CAS-номер: 7440-67-7) — блестящий металл серебристо-серого цвета. Обладает высокой пластичностью, устойчив к коррозии. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния, β-Zr с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температура перехода α↔β 863 °C[2].
- 6.1 Металлический цирконий и его сплавы
6.1.1 Ядерная энергетика
История и происхождение названия
Цирко́ний
в виде двуокиси впервые был выделен в 1789 году немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа минерала циркона.
В свободном виде цирконий впервые был выделен шведский химиком Берцелиусом в 1824 году. Свободный от примесей чистый цирконий удалось получить лишь в начале ХХ века[3].
Происхождение самого слова циркон
неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn (киноварь) или от персидского zargun (золотистый цвет).
Нахождение в природе
Соединения циркония широко распространены в литосфере. По разным данным кларк циркония от 170 до 250 г/т. Концентрация в морской воде 5·10−5 мг/л[4]. Цирконий — литофильный элемент. В природе известны его соединения исключительно с кислородом в виде окислов и силикатов. Несмотря на то, что цирконий рассеянный элемент, насчитывается около 40 минералов, в которых цирконий присутствует в виде окислов или солей. В природе распространены главным образом циркон(ZrSiO4)(67,1 % ZrO2), бадделеит (ZrO2) и различные сложные минералы (эвдиалит (Na, Ca)5(Zr, Fe, Mn)[O,OH,Cl][Si6O17] и др.). Во всех земных месторождениях цирконию сопутствует Hf, который входит в минералы циркона благодаря изоморфномузамещению атома Zr.
Циркон является самым распространенным циркониевым минералом. Он встречается во всех типах пород, но главным образом в гранитах и сиенитах. В графстве Гиндерсон (штат Северная Каролина) в пегматитах были найдены кристаллы циркона длиной в несколько сантиметров, а на Мадагаскаре были обнаружены кристаллы, вес которых исчисляется килограммами.
Бадделеит был найден Юссаком в 1892 году в Бразилии, основное месторождение находится в районе Посус-ди-Калдас. Там была найдена глыба бадделеита весом около 30 т, а в водных потоках и вдоль обрыва бадделеит встречается в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, известной под названием фавас (от португ. fava
— боб). Фавас обычно содержит свыше 90 % двуокиси циркония[5].
Месторождения
Наиболее крупные месторождения циркония расположены на территории США, Австралии, Бразилии, Индии[6].
В России, на долю которой приходится 10 % мировых запасов циркония (3 место в мире после Австралии и ЮАР), основными месторождениями являются: Ковдорское коренное бадделит-апатит-магнетитовое в Мурманской области, Туганское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Томской области, Центральное россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Тамбовской области, Лукояновское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Нижегородской области, Катугинское коренное циркон-пирохлор-криолитовое в Читинской области и Улуг-Танзекское коренное циркон-пирохлор-колумбитовое[7].
Получение
В промышленности исходным сырьем для производства циркония являются циркониевые концентраты с массовым содержанием диоксида циркония не менее 60-65 %, получаемые обогащением циркониевых руд.
Основные методы получения металлического циркония из концентратов — хлоридный, фторидный и щелочной процессы.
Хлоридный процесс основан на перевод циркония в летучий тетрахлорид ZrCl4 (Tсублимации 331 °C) с дальнейшей его очисткой и последующим металлотермическим восстановлениеммагнием в циркониевую губку. Используются два варианта хлорирования концентратов: прямое хлорирование смеси циркониевых концентратов с коксом хлорируют при 900—1000 °С и хлорирование предварительно полученных спеканием концентратов с коксом смеси карбидов и карбонитридов циркония при 400—900 °С:
При фторидном методе на первой стадии циркониевый концентрат спекают с гексафторсиликатом калия при 600—700 °С:
Образовавшийся гексафторцирконат калия выщелачивают горячей водой и очищают фракционной перекристаллизацией от примеси гексафторгафната K2HfF6, после чего металлический цирконий получают электролизом расплава смеси гексафторцирконата калия и хлоридов калия и натрия.
Щелочной процесс является методом получения технически чистого диоксида циркония ZrO2, из которого металлический цирконий получают хлоридным или фторидным методом. В этом процессе цирконий переводится в растворимую форму спеканием концентрата с гидроксидом натрия при 600—650 °С, карбонатом натрия при 900—1100 °С либо со смесью карбоната и хлорида кальция при 1000—1300 °С, после чего образовавшиеся цирконаты натрия Na2ZrO3 или кальция CaZrO3 выщелачиваются соляной либо серной кислотами:
Водные растворы хлорида или сульфата цирконила далее очищаются и гидролизуются, осадок ZrO(OH)2 прокаливают и получают технический диоксид циркония ZrO2.
Физико-химические свойства
Цирконий — блестящий серебристо-серый металл. Существует в двух кристаллических модификациях:
- α-Zr — с гексагональной решёткой типа магния (а = 3,231 Å; с = 5,146 Å; z = 2; пространственная группа P63/mmc
)
- β-Zr — с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (a = 3,61 Å; z = 2; пространственная группа Im3m
). Переход α ↔ β происходит при 863 °C, ΔH перехода 3,89 кДж/моль. Добавки Al, Sn, Pb, Cd повышают, а Fe, Cr, Ni, Mo, Cu, Ti, Mn, Co, V и Nb понижают температуру перехода[2].
Плотность α-циркония при 20 °C равна 6,5107 г/см³; температура плавления Tпл — 1855 °C[2]; температура кипения Tкип — 4409 °C; удельная теплоёмкость (25-100 °C) 0,291 кДж/(кг·К) или 0,0693 кал/(г·°C), коэффициент теплопроводности (50 °C) 20,96 Вт/(м·К) или 0,050 кал/(см·сек·°C); температурный коэффициент линейного расширения (20-400 °C) 6,9·10−6; удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты (20 °C) 44,1 мкОм·см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К[8].
Цирконий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании и при −73 °C равна 1,28·10−6, а при 327 °C — 1,41·10−6. Сечение захвата тепловых нейтронов 0,18·10−28 м² (0,18 барн), примесь гафния увеличивает это значение, поэтому для изготовления твэлов применяется цирконий, хорошо очищенный от гафния. Чистый цирконий пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Наличие растворённых в металле малых количеств кислорода, азота, водорода иуглерода (или соединений этих элементов с цирконием) вызывает хрупкость циркония. Модуль упругости (20 °C) 97 ГН/м² (9700 кгс/мм²); предел прочности при растяжении 253 МН/м² (25,3 кгс/мм²); твёрдость по Бринеллю 640—670 МН/м² (64-67 кгс/мм²); на твёрдость очень сильное влияние оказывает содержание кислорода: при концентрации более 0,2 % цирконий не поддаётся холодной обработке давлением.
Внешняя электронная конфигурация атома циркония 4d25s2. Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом.
Компактный цирконий медленно начинает окисляться в пределах 200—400 °C, покрываясь плёнкой циркония двуокиси ZrO2; выше 800 °C энергично взаимодействует с кислородомвоздуха. Порошкообразный металл пирофорен — может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °C, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и ZrH2; при 1200—1300 °C в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом цирконий образует при 700—800 °C нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °C с образованием карбида ZrC. Карбид
и
нитрид циркония
— твёрдые тугоплавкие соединения;
карбид циркония
— полупродукт для получения хлорида ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию со фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °C, образуя высшие галогениды ZrHal4 (где Hal — галоген).
Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °C, при более высоких температурах (начиная с примерно 700 °C) начинается экзотермическая пароциркониевая реакция
Zr + 2H2O = ZrO2 + 2H2,
которая имеет важное значение при развитии аварий в ядерных реакторах с водным теплоносителем и/или замедлителем[9].
Не реагирует с соляной и серной (до 50 %) кислотами, а также с растворами щелочей (цирконий — единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотойи царской водкой он взаимодействует при температуре выше 100 °C. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50 %) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов циркония осаждается кристаллогидрат Zr(SO4)2·4H2O; из разбавленных растворов — основные сульфаты общей формулы x
ZrO2·
y
SO3·
z
H2O (где
х
:
y
> 1). Сульфаты циркония при 800—900 °C полностью разлагаются с образованием двуокиси циркония. Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr(NO3)4·5H2O или ZrO(NO3)2·
x
H2O (где
x
= 2-6), из солянокислых растворов — ZrOCl2·8H2O, который обезвоживается при 180—200 °C.
Биологическая роль и физиологическое действие
Цирконий не играет биологической роли в организме. Металлический цирконий и его нерастворимые соединения (оксид, силикат) обладают высокой биологической инертностью (свойством никак не взаимодействовать с тканями и жидкостями организма благодаря химической стойкости). О воздействии соединений циркония на организм ничего не известно. Пыль циркония представляет собой вещество с большой пожаро- и взрывоопасностью, поскольку может самовоспламениться на воздухе.
Циркониевые браслеты, рекламировавшиеся В.Кикабидзе и якобы снижающие артериальное давление, не оказывают реального терапевтического воздействия[10], их возможное субъективное действие объясняется эффектом плацебо.
Применение циркония и его соединений
В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов XX века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено.
Единственным предприятием, специализирующемся на производстве циркония в России (и на территории бывшего СССР), является Чепецкий механический завод (Глазов, Удмуртия). Цирконий производится также на Украине Государственным научно-производственным предприятием «Цирконий», в городе Днепродзержинск Днепропетровской области.
Металлический цирконий и его сплавы
Ядерная энергетика
Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов и высокую температуру плавления. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавыприменяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок и других конструкций ядерных реакторов.
Легирование
В металлургии применяется в качестве лигатуры. Хороший раскислитель и деазотатор, по эффективности превосходит Mn, Si, Ti. Легирование сталей цирконием (до 0,8 %) повышает их механические свойства и обрабатываемость. Делает также более прочными и жаростойкими сплавы меди при незначительной потере электропроводности.
Пиротехника
Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения — 250 °C) практически без выделения дыма и с высокой скоростью. При этом развивается самая высокая температура для металлических горючих (4650 °C). За счет высокой температуры образующаяся двуокись циркония излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и фейерверков), производстве химических источников света, применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ — фотоавиабомбы; широко применялся в фотографии в составе одноразовых ламп-вспышек, пока не был вытеснен электронными вспышками). Для применения в этой сфере представляет интерес не только металлический цирконий, но и его сплавы с церием, дающие значительно больший световой поток. Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями (бертолетова соль) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя гремучую ртуть и азид свинца. Проводились удачные эксперименты по использованию горения циркония в качестве источника света для накачки лазера.
Сверхпроводник
Сверхпроводящий сплав 75 % Nb и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 K) выдерживает нагрузку до 100 000 А/см².
Конструкционный материал
В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких химических реакторов, арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов. В атомной энергетике цирконий является основным материалом оболочек твэлов.
Медицина
Цирконий обладает высокой стойкостью к воздействию биологических сред, даже более высокой, чем титан, и отличной биосовместимостью, благодаря чему применяется для создания костных, суставных и зубных протезов, а также хирургического инструмента. В стоматологии керамика на основе диоксида циркония является материалом для изготовления зубопротезных изделий. Кроме того, благодаря биоинертности этот материал служит альтернативой титану при изготовлении дентальных имплантатов.
Быт
Цирконий применяется для изготовления разнообразной посуды, обладающей отличными гигиеническими свойствами благодаря высокой химической стойкости.
Соединения
Диоксид циркония
(т. пл. 2700 °C). Область применения — производство огнеупоров-бакоров (бакор — бадделеит-корундовая керамика). Применяется в качестве заменителя шамота, так как в 3—4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяются в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в керметах — керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C. Двуокись — глушитель эмалей, придает им белый и непрозрачный цвет. На основе кубической модификации двуокиси циркония, стабилизированной скандием, иттрием, редкими землями, получают материал — фианит (от ФИАНагде он был впервые получен), фианит применяется в качестве оптического материала с большим коэффициентом преломления (линзы плоские), в медицине (хирургический инструмент), в качестве синтетического ювелирного камня (дисперсия, показатель преломления и игра цвета больше, чем у бриллианта), при получении синтетических волокон и в производстве некоторых видов проволоки (волочение). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов, устойчивых на воздухе при очень высокой температуре. Нагретый цирконий способен проводить ионы кислорода как твердый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода.
Диборид циркония
ZrB2 — тугоплавкое соединение. Диборид циркония в промышленности синтезируют как из тетрахлорида циркония:
ZrCl4 + 2 BBr3 + 5 H2 ZrB2 + 4 HCl + 6 HBr, так и из металлического циркония:
7 Zr + 3 B4C + B2O3 7 ZrB2 + 3 CO
В различных смесях с нитридом тантала и карбидом кремния является материалом для производства резцов.
Карбид циркония
(температура плавления 3530 °C)
Бериллид циркония
Гидрид циркония
применяется в атомной технике как весьма эффективный замедлитель нейтронов. Также гидрид циркония служит для покрытия цирконием в виде тонких плёнок с помощью термического разложения его на различных поверхностях.
Нитрид циркония
материал для керамических покрытий, температура плавления около 2990 °C , гидролизуется в царской водке. Нашёл применение в качестве покрытий в стоматологии и ювелирном деле.
Соли циркония входят в состав эмульсии для пропитки тканей, благодаря которой они становятся влагонепроницаемыми.
Изотопы
В природной смеси содержится пять изотопов циркония (90Zr, 91Zr, 92Zr, 94Zr и 96Zr), причём 96Zr слабо радиоактивен (двойной бета-распад с периодом полураспада 2,4·1019 лет).
Примечания
↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu.
Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) //
Pure and Applied Chemistry
. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
- ↑ Перейти к:1
234Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.)
Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 384. - ↑ Венецкий С.И.
Цирконий // Рассказы о металлах. — Москва: Металлургия, 1979. — 240 с. — 60 000 экз.
- ↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
- ↑ У. Б. Блюменталь
, «Химия циркония», Москва, 1963.
- ↑ Производство ферросплавов :: Книги по металлургии
- ↑ Цирконий. Информационно-аналитический
- ↑ Enhanced superconductivity in zirconium after H(D) implantation
- ↑ Louis, Baker, Jr. and Louis C. Just.EXPERIMENTAL AND THEORETICAL STUDIES OF THE ZIRCONIUM-WATER REACTION. AEC Research and Development Report ANL-6548. May 1962.
- ↑ Циркониевые браслеты ничего не лечат
