Цирконий

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 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

Содержание

История и происхождение названия

Цирко́ний в виде двуокиси впервые был выделен в 1789 г. немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа циркона. Происхождение самого слова циркон неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn (киноварь) или от персидского zargun (золотистый цвет).

Получение

Применение циркония и его соединений

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

Металлический цирконий и его сплавы

Ядерная энергетика

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

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(т.самовоспл 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 феерверков), 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

Сверхпроводящий сплав 75 % Nb и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 К) выдерживает нагрузку до 100000 А/см².

Конструкционный материал

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

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.

Одно время были популярны браслеты из циркония, якобы снижающие артериальное давление, но реального терапевтического действия они не оказывают[1].

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, т. к. в 3—4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяется в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в керметах — керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твердостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °С. 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 преломление(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 долл/кг.

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

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

Гидрид циркония применяется в атомной технике как весьма эффективный замедлитель нейтронов. Так же гидрид циркония применяется для покрытия цирконием в виде тонких пленок с помощью термического разложения его на различных поверхностях. Так же гидрид циркония применяется в качестве компонента ракетного топлива.

Биологическая роль

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).

Ссылки


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
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home