ФЭНДОМ


Цирко́ний / Zirconium (Zr)
Атомный номер 40
Внешний вид светло-серый, блестящий
металл, устойчив к коррозии
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
91,224 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 160 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
659,7 (6,84) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Kr] 4d2 5s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 145 пм
Радиус иона (+4e)79 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,33
Электродный потенциал 0
Степени окисления 0, +1, +2, +3, +4
Термодинамические свойства
Плотность 6,506 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,281 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 22,7 Вт/(м·K)
Температура плавления 2125 K
Теплота плавления 19,2 кДж/моль
Температура кипения 4650 K
Теплота испарения 567 кДж/моль
Молярный объём 14,1 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки гексагональная
Период решётки 3,230 Å
Отношение c/a 1,593
Температура Дебая 250,00 K

История и происхождение названия Править

Цирко́ний в виде двуокиси впервые был выделен в 1789 г. немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа циркона. Элемент цирконий получил в 1829 швед Й. Я. Берцелиус, восстанавливая фторцирконат калия K2[ZrF6] металлическим натрием:

K2[ZrF6] + 4Na = Zr↓ + 2KF + 4NaF.

Этот цирконий имел много примесей. Чистый цирконий был получен в 1925 А. ван Аркелем.

Происхождение самого слова циркон неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn (киноварь) или от персидского zargun (золотистый цвет).

Нахождение в природе Править

Содержание в земной коре 0,02 % по массе. В свободном виде не встречается. Образует более 30 минералов, из которых важнейшими являются циркон ZrSiO4, бадделеит ZrO2 и эвдиалит (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2.

Получение Править

Обогащенную циркониевую руду спекают при 600—700°C с фторсиликатом калия K2SiF6 (фторидный способ):

K2SiF6 + ZrSiO4 = K2ZrF6 + 2SiO2.

Далее фторцирконат калия K2ZrF6 (вместе с фторцирконатом гафния K2HfF6) выщелачивают водой, подвергают дробной кристаллизации (для очистки от примеси гафния). Затем в расплаве цирконий восстанавливают электролизом.

При хлоридном способе руду хлорируют в присутствии кокса, полученный тетрахлорид циркония ZrCl4 очищают сублимационно-десублимационным методом, затем восстанавливают магнием:

ZrCl4 + 2Mg = Zr + 2MgCl2.

При использовании щелочного способа руду спекают с гидроксидом натрия NaOH, содой Na2CO3 или смесью карбоната кальция CaCO3 и хлорида кальция. Затем проводят кислотное выщелачивание Na2ZrO3 или CaZrO3. Чистый Zr получают термическим разложением тетраиодида ZrI4 в парах.

Физико-химические свойства Править

Цирконий — серебристо-серый металл.

Существует в двух модификациях. Ниже 863 °C устойчива гексагональная a-модификация с параметрами элементарной ячейки a = 0,3231 нм, c = 0,5146 нм. Плотность a-Zr 6,51 кг/дм3. Выше 863 °C устойчива кубическая объемно-центрированная b-модификация с параметрами решетки а = 0,361 нм.

Чистый Zr пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Наличие примесей кислорода, азота, углерода, водорода ухудшает пластичность, твердость, прочность на разрыв. При обычной температуре образует поверхностную оксидную пленку ZrO2.

При 400—500°C Zr реагирует с кислородом:

Zr + O2 = ZrO2.

С азотом при 400 °C образует нитрид циркония ZrN:

2Zr + N2 = 2ZrN.

Тетрагалогениды циркония (ZrCl4, ZrBr4 и ZrI4) образуются из простых веществ при нагревании до 200—400°C. При нагревании с сильными восстановителями металлическим порошкообразным цирконием тетрагалогениды циркония переходят в галогениды циркония низших степеней окисления (в ZrCl3, ZrCl2 и ZrCl).

При нагревании выше 250 °C Zr поглощает водород с образованием соединения переменного состава ZrHх, выше 400 °C водород из этого соединения освобождается.

Цирконий взаимодействует с кислотами, если возможно образование его анионных комплексов. Так, мелко раздробленный цирконий растворяется в плавиковой кислоте:

Zr + 6HF = H2[ZrF6] + 2H2↑,

в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Zr + 4HNO3 + 18HF = 3H2[ZrF6] + 4NO↑ + 8H2O,

в царской водке:

3Zr + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[ZrCl6] + 4NO↑ + 8H2O.

Цирконий устойчив к растворам щелочей.

Диоксид ZrO2 не реагирует с водой, концентрированными соляной HCl и азотной HNO3 кислотами. Взаимодействует с концентрированной плавиковой и серной кислотами. С расплавленными щелочами ZrO2 реагирует с образованием солей — цирконатов:

ZrO2 + 2КOH = К2ZrO3 + H2O.

При подкислении растворов цирконатов выделяется гидратированный гелеобразный оксид ZrO2·xH2O (гидроксид циркония):

Na2ZrO3 + HCl = NaCl + ZrO2·xH2O.

При нагревании ZrO2·xH2O теряет воду, превращаясь в ZrO2.

Применение циркония и его соединений Править

В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов 20 века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено.

Металлический цирконий и его сплавы Править

Ядерная энергетика Править

Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, теплообменников и других конструкций ядерных реакторов.

Легирование Править

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 Править

Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения — 250 °C) практически без выделения дыма, с высокой скоростью и развивая наиболее высокую температуру из всех 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). В этой сфере повышеный интерес имеет не только металлический цирконий но и его сплавы с церием (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.

Сверхпроводник Править

Сверхпроводящий сплав 75 % Nb и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 K) выдерживает нагрузку до 100 000 А/см².

Конструкционный материал Править

В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких химических реакторов, арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов.

Циркон «обезжелезненный» применяется в виде различных огнеупоров для футеровки стекловаренных и металлургических печей. Он также применятся в производстве строительной керамики, эмалей и глазурей для сантехнических изделий.

Медицина Править

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.

Быт Править

Цирконий применяется для изготовления разнообразной посуды, обладающей отличными гигиеническими свойствами благодаря высокой химической стойкости.

Соединения Править

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 ФИАНа где 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 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.

Диборид циркония — кермет. В различных смесях с нитридом тантала и карбидом кремния материал для производства резцов. Цены на металлический цирконий в 2006 году составили в среднем 120 долларов США за килограмм.

Карбид циркония (т. пл. 3530 °C) важнейший конструкционный материал для твердофазных ядерных реактивных двигателей.

Бериллид циркония чрезвычайно твёрд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической технике (двигатели, сопла, реакторы, радиоизотопные электрогенераторы).

Гидрид циркония применяется в качестве компонента ракетного топлива, 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.

Биологическая роль и физиологическое действие Править

Цирконий не играет биологической роли в организме. Жителям России памятны пресловутые циркониевые браслеты, рекламируемые В.Кикабидзе, якобы снижающие артериальное давление, но реального терапевтического действия они не оказывают[1].

О воздействии соединений циркония на организм ничего не известно. Пыль циркония представляет собой вещество с большой пожаро- и взрывоопасностью, поскольку может самовоспламениться на воздухе.

Изотопы Править

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).

Ссылки Править


Периодическая система элементов
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 Uub Uut Uuq Uup Uuh 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

  1. Википедия Цирконий адрес
  2. Викисловарьадрес
  3. Викицитатникадрес
  4. Викиучебникадрес
  5. Викитекаадрес
  6. Викиновостиадрес
  7. Викиверситетадрес
  8. Викигидадрес

Выделить Цирконий и найти в:

  1. Вокруг света адрес
  2. Академик адрес
  3. Астронет адрес
  4. Элементы адрес
  5. Научная Россия адрес
  6. Кругосвет адрес
  7. Научная Сеть
  8. Традицияадрес
  9. Циклопедияадрес
  10. Викизнаниеадрес
  1. Google
  2. Bing
  3. Yahoo
  4. Яндекс
  5. Mail.ru
  6. Рамблер
  7. Нигма.РФ
  8. Спутник
  9. Google Scholar
  10. Апорт
  11. Онлайн-переводчик
  12. Архив Интернета
  13. Научно-популярные фильмы на Яндексе
  14. Документальные фильмы
  1. Список ru-вики
  2. Вики-сайты на русском языке
  3. Список крупных русскоязычных википроектов
  4. Каталог wiki-сайтов
  5. Русскоязычные wiki-проекты
  6. Викизнание:Каталог wiki-сайтов
  7. Научно-популярные сайты в Интернете
  8. Лучшие научные сайты на нашем портале
  9. Лучшие научно-популярные сайты
  10. Каталог научно-познавательных сайтов
  11. НАУКА В РУНЕТЕ: каталог научных и научно-популярных сайтов

  • Страница 0 - краткая статья
  • Страница 1 - энциклопедическая статья
  • Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
  • Прошу вносить вашу информацию в «Цирконий 1», чтобы сохранить ее

Комментарии читателей:Править