زیرکونیم

زیرکونیوم عنصر چهلم جدول تناوبی است. نام این عنصر از سنگ معدنی زیرکن zircon، (مهم‌ترین منبع زیرکونیم) و واژه فارسی «زرگون» به معنی مانند طلا، گرفته شده‌است که با علامت Zr نشان داده می‌شود.[5] از بلورهای دی‌اکسید زیرکونیم در جواهرسازی برای ایجاد شبه الماس‌های بدلی که بسیار ارزانتر از الماس‌های واقعی هستند استفاده می‌شود. رصدخانه آرما در ایرلند ستاره‌ای به نام ال‌اس چهارم-۱۴ ۱۱۶ کشف کرد که سطح این عنصر در این ستاره ۱۰ هزار برابر بیشتر از سطح زیرکونیم موجود در خورشید است.

الماس بدلی که از زیرکونیم ساخته شده‌است
زیرکونیم، 40Zr
ویژگی‌های کلی
تلفظ‎/zərˈkoʊniəm/‎ ​(zər-KOH-nee-əm)
ظاهرنقرهy white
جرم اتمی نسبی (Ar، استاندارد)۹۱٫۲۲۴(۲)[1]
زیرکونیم در جدول تناوبی
Ti
↑
Zr
↓
Hf
ایتریم ← زیرکونیم → نیوبیم
عدد اتمی (Z)40
گروهگروه ۱۲
دورهدوره 5
بلوکبلوک-d
آرایش الکترونی[Kr] 4d2 5s2
لایه الکترونی
2, 8, 18, 10, 2
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب2128 K ​(1855 °C, ​3371 °F)
نقطه جوش4682 K ​(4409 °C, ​7968 °F)
چگالی (near r.t.)6.52 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)5.8 g/cm3
حرارت همجوشی14 kJ/mol
آنتالپی تبخیر 573 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی25.36 J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 2639 2891 3197 3575 4053 4678
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش−2, +1,[2] +2, +3, +4 (an amphoteric اکسید)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 1.33
انرژی یونش
  • 1st: 640.1 kJ/mol
  • 2nd: 1270 kJ/mol
  • 3rd: 2218 kJ/mol
شعاع اتمیempirical: 160 pm
شعاع کووالانسی pm 175±7
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری زیرکونیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری ​hexagonal close-packed (hcp)
سرعت صوت thin rod3800 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی5.7 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی22.6 W/(m·K)
رسانش الکتریکی421 n Ω·m (at 20 °C)
رسانش مغناطیسیپارامغناطیس[3]
مدول یانگ88 GPa
مدول برشی33 GPa
مدول حجمی91.1 GPa
نسبت پواسون0.34
سختی موس5.0
سختی ویکرز903 MPa
سختی برینل650 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس7440-67-7
ایزوتوپ‌های زیرکونیم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
88Zr syn 83.4 d ε - 88Y
γ 0.392D -
89Zr syn 78.4 h ε - 89Y
β+ 0.902 89Y
γ 0.909D -
90Zr 51.45% 90Zr ایزوتوپ پایدار است که 50 نوترون دارد
91Zr 11.22% 91Zr ایزوتوپ پایدار است که 51 نوترون دارد
92Zr 17.15% 92Zr ایزوتوپ پایدار است که 52 نوترون دارد
93Zr ایزوتوپ پرتوزای ناچیز 1.53×106 y β− 0.060 93Nb
94Zr 17.38% 1.1×1017 y β−β− - 94Mo
96Zr 2.8% 2.0×1019 y[4] β−β− 3.348 96Mo

پیدایش

زیرکونیوم در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی‌شود. اصلی‌ترین منبع اقتصادی زیرکونیوم، معدن سیلیکات زیرکونیوم است. زیرکون ZrSiO4 در استرالیا، برزیل، هند، روسیه و ایالات متحده وجود دارد. زیرکون به‌صورت پودر بی‌رنگ یا ماده بلوری و طوسی‌رنگ استخراج می‌شود. زیرکونیوم و Hafnium به نسبت ۵۰ به ۱ در زیرکون وجود دارند و جدا کردن آن‌ها بسیار دشوار است.

زیرکونیم، فراورده فرعی معدن کاری و فرایند تهیه شن‌های معادن سنگین برای معادن تیتانیوم، Ilmenite و Rutile یا معادن قلع است. همچنین زیرکونیوم در ۳۰ نوع از معادن دیگر که شامل Baddeleyite می‌شود، وجود دارد. این فلز با کم کردن کلرید به وسیلهٔ منیزیم در فرایند kroll تولید می‌شود. البته روش‌های دیگری نیز برای تولید این فلز وجود دارد. زیرکونیوم با کیفیت اقتصادی و تجاری نیز حاوی ۱ تا ۳ درصد hafnium است.

این فلز همچنین در ستاره‌های S-Type بسیار فراوان است و در خورشید و سنگ‌های آسمانی نیز شناسایی شده‌است. نمونه سنگ‌های قمری که در چندین مأموریت آپولو جمع‌آوری شده‌اند، نشان می‌دهند که این سنگ‌ها به نسبت صخره‌های زمینی از مقدار بسیار بیشتری اکسید زیرکونیوم برخوردارند.

خصوصیات قابل توجه

زیرکونیوم، فلزی به رنگ سفید-طوسی و درخشان است که به‌طور استثنایی در برابر زنگ‌زدگی مقاوم است. زیرکونیوم سبک‌تر از فولاد بوده و سختی آن شبیه به مس است. این عنصر وقتی به ذرات ریز تقسیم شود، به سرعت در هوا مشتعل می‌شود (مشتعل کردن این فلز در حالت جامد بسیار دشوارتر است) فلز "Zirconium Zinc" در دمای پایین‌تر از ۳۵ کلوین خاصیت آهن‌ربایی پیدا می‌کند. حالت اکسیداسیون متداول برای زیرکونیوم +۲و+۳و+۴ است.

کاربردها

مهمترین کاربردهای زیرکونیوم در صنعت سفال‌سازی به‌صورت جسم نسوز و ماسه ریخته‌گری می‌باشد.

به‌عنوان سنگ جواهر مورد استفاده در جواهرات به بازار عرضه شده و اکسید آن برای تولید کردن محرک الماس و زیرکونیای مکعبی شکل تهیه شده‌است.

زیرکونیوم قدرت جذب پایینی در جذب نوترون‌ها دارد که این ویژگی آن را برای استفاده از انرژی اتمی مطلوب می‌سازد، (مانند عناصر فلز کاری سوختی). بیش از ۹۰٪ محصولات فلز زیرکونیوم به مصرف تجاری در تولید نیروی اتمی می‌رسد. رآکتورهای جدید تجاری می‌توانند نیم میلیون فوت فلز زیرکونیوم را برای لوله‌سازی بکار ببرند.

زیرکونیوم به‌طور گسترده، توسط صنایع شیمیایی برای لوله‌کشی در محیط خورنده استفاده می‌شود.

زیرکونیوم آتش‌زا است و در جنگل‌ها برای آتش زدن استفاده می‌شد.

کربن آن به‌عنوان محلول ضدعفونی‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اکسید زیرکونیوم ناخالص، زیرکونیا، برای ساختن ظرف مخصوص ذوب فلز در آزمایشگاه بکار می‌رود که بتواند در برابر گرمای زیاد مقاوم باشد. همچنین برای پوشاندن کوره ذوب استفاده شده، به‌عنوان جسم نسوز در صنایع شیشه‌سازی و سفال‌سازی بکار می‌رود.

بافت انسانی به‌راحتی می‌تواند این فلز را به‌صورت مفاصل و بازوهای مصنوعی تحمل کند.

در تهویه‌کننده‌های هوا به‌عنوان گیرنده، در لوله جارو برقی، رشته‌های لامپ و فلزات خاص دیگر استفاده می‌شود. آلیاژ زیرکونیوم و Niobium، خاصیت ابررسانایی در دماهای پایین را برای زیرکونیوم دربردارد که برای ساختن آهن‌رباهای بسیار قوی توسط نیروی الکتریکی در مقیاس زیاد استفاده می‌شود.

ایزوتوپها

زیرکونیوم طبیعی از چهار ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپ رادیواکتیو Zr-96 که طول عمر درازی دارد تشکیل شده‌است. دومین ایزوتوپ رادیواکتیو و پایدار این عنصر، Zr-93 است که نیمه عمر آن ۱٫۵۳ میلیون سال می‌باشد. برای این عنصر ۱۸ ایزوتوپ رادیواکتیو دیگر شناسایی شده‌اند که بیشتر آن‌ها نیمه عمری کمتر از یک روز دارند، به جز Zr-95 با نیمه عمر ۶۴٫۰۲ روز Zr-88 با نیمه عمر ۶۳٫۴ روز و Zr-89 با نیمه عمر ۷۸٫۴ ساعت. حالت Decay اولیه قبل از Zr-92 الکترون‌گیری و حالت اولیه بعد از آن خوردگی بتا می‌باشد. هشدارها انسان با ترکیباتی که حاوی زیرکونیوم است، کمتر روبرو می‌شود با این حال این فلز زیاد سمی نیست. گرد این فلز در هوا آتش می‌گیرد و باید به آن به صورت عاملی برای آتش سوزی گسترده یا انفجار توجه کرد. زیرکونیوم هیچ گونه نقش بیولوژیکی ندارد.

منابع
  1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. "Zirconium: zirconium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. Retrieved 2007-12-10.
  3. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  4. Pritychenko, Boris. "Adopted Double Beta Decay Data". National Nuclear Data Center. Retrieved 2008-02-11. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  5. Harper, Douglas. "zircon". واژه‌نامه ریشه‌شناسی زبان انگلیسی برخط.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.