Википедија

Цирконијум

хемијски елемент са симболом Zr и атомским бројем 40.

Цирконијум (Zr, лат. zirconium) метал је IVB групе, познате и као група прелазних метала, са атомским бројем 40.[4] Име је добио по истоименом минералу — цирконијуму (ZrSiO4). Цирконијум поседује и минерал баделеит (ZrO2).[5] Заступљен је у земљиној кори у количини од 130 ppm (енгл. parts per million).

Цирконијум
Општа својства
Име, симболцирконијум, Zr
Изгледсребрнасто бео
У периодноме систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
Ti
↑
Zr
↓
Hf
итријум ← цирконијум → ниобијум ‍
Атомски број (Z)40
Група, периодагрупа 4, периода 5
Блокd-блок
Категорија  прелазни метал
Рел. ат. маса (Ar)91,224(2)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 10, 2
Физичка својства
Тачка топљења2128 K ​(1855 °‍C, ​3371 °F)
Тачка кључања4650 K ​(4377 °‍C, ​7911 °F)
Густина при с.т.6,52 g/cm3
течно ст., на т.т.5,8 g/cm3
Топлота фузије14 kJ/mol
Топлота испаравања591 kJ/mol
Мол. топл. капацитет25,36 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 2639 2891 3197
P (Pa) 103 104 105
на T (K) 3575 4053 4678
Атомска својства
Електронегативност1,33
Енергије јонизације1: 640.1 kJ/mol
2: 1270 kJ/mol
3: 2218 kJ/mol
Атомски радијус160 pm
Ковалентни радијус175±7 pm
Линије боје у спектралном распону
Спектралне линије
Остало
Кристална структура ​збијена хексагонална (HCP)
Збијена хексагонална (HCP) кристална структура за цирконијум
Брзина звука танак штап3800 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење5,7 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост22,6 W/(m·K)
Електроотпорност421 nΩ·m (на 20 °‍C)
Магнетни распоредпарамагнетичан[2]
Јангов модул88 GPa
Модул смицања33 GPa
Модул стишљивости91,1 GPa
Поасонов коефицијент0,34
Мосова тврдоћа5,0
Викерсова тврдоћа820–1800 MPa
Бринелова тврдоћа638–1880 MPa
CAS број7440-67-7
Историја
Именовањепо zircon, zargun زرگون са значењем „боје злата”.
ОткрићеМартин Хајнрих Клапрот (1789)
Прва изолацијаЈакоб Берцелијус (1824)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (t1/2) ТР ПР
88Zr syn 83,4 d ε 88Y
γ –
89Zr syn 78,4 h ε 89Y
β+ 89Y
γ –
90Zr 51,45% стабилни
91Zr 11,22% стабилни
92Zr 17,15% стабилни
93Zr трагови 1,53×106 y β− 93Nb
94Zr 17,38% стабилни
96Zr 2,80% 2,0×1019 y[3] β−β− 96Mo
референце • Википодаци

Назив елемента је узет од имена његовог минерала цирконијума (ZrSiO4), најважнијег познатог извора овог елемента. Реч cirkon изведена је из персијске речи zargun زرگون што значи „златно обојен”.[6] Цирконијум је сјајни, сиво-бели снажни прелазни метал који доста наликује хафнијуму, и нешто мање, титанијуму. Најчешће се користи у ватросталним средства и као средство за постизање непрозирности (матирање), мада се у мањим количинама користи у легурама због своје веома велике отпорности на корозију. Цирконијум гради бројне неорганска и органска једињења, попут цирконијум диоксида и цирконоцен дихлорида. Пет Zr изотопа се налази у природи, од чега су три стабилна. Једињења цирконијума немају познату биолошку улогу.

Историја

уреди

Минерал циркон који садржи цирконијум и њему слични минерали (јаргун, хијацинт, јацинт, лигур) су споменути у библијским натписима.[7][8] Међутим, није се знало да минерал садржи нови елемент, све до 1789,[9] када је Мартин Хајнрих Клапрот анализирао јаргун са острва Цејлон (данас Шри Ланка). Новом елементу је дао име цирконијумска земља (цирконијумија).[7] Хамфри Дејви је такође покушао да издвоји нови елемент 1808. помоћу електролизе, али није успео.[10] Метални цирконијумиј први је добио, мада у нечистом облику, Берцелијус 1824. тако што је загрејавао мешавину калијума и калијум-цирконијум-флуорида у жељезној цеви.[7]

Процес кристалне шипке (такође познат и као јодидни процес) којег су 1925. открили Антун Едуарт ван Аркел и Јан Хендрик де Бор био је први индустријски процес за комерцијалну производњу металног цирконијума. Процес укључују добијање и касније распадање цирконијум тетрајодида деловањем топлоте. Овај метод је од 1945. замењен доста јефтинијим Кроловим процесом који је развио Вилијам Јустин Крол, у којем се цирконијум тетрахлорид редукује помоћу магнезијума:[11][12]

ZrCl4 + 2 Mg → Zr + 2 MgCl2

Особине

уреди

Цирконијум је сјајни, сивкасто-бели, меки, дуктилни и ковни метал. На собној температури је у чврстом стању, али ако су у њему присутне нечистоће постаје веома тврд и крхак.[10][11] У прашкастом облику је веома запаљив, а у већим комадима је далеко отпорнији на запаљење. Цирконијум је изузетно добро отпоран на корозију и деловање база, соли, слане воде и других материја.[7] Међутим, он се раствара у хлороводоничној и сумпорној киселини, нарочито ако је присутан и флуор.[13] Његове легуре с цинком постају магнетичне на температури испод 35 K.[7]

Тачка топљења цирконијума износи 1857 °C, а тачка кључања 4371[7]-4377[14] °C. Електронегативност цирконијума је 1,33 на Паулинговој скали. Од елемената унутар d-блока, цирконијум има четврту најнижу електронегативност након итријума, лутецијума и хафнијума.[15] При собној температури, цирконијум исказује хексагоналну, густо паковану кристалну структуру звану α-цирконијум, која прелази у β-Zr, просторно центрирану кубну структуру при температури од 863 °C. Цирконијум се налази у бета фази све до тачке топљења.[16]

Изотопи

уреди
 
Шипка цирконијума

Цирконијум у природи је састављен из пет изотопа: 90Zr, 91Zr, 92Zr и 94Zr су стабилни. Изотоп 94Zr се можда распада двоструким бета распадом (што није експериментално доказано) а претпостављено време полураспада износи преко 1,1×1017 година. Изотоп 96Zr има време полураспада од 2,4×1019 година, што је најдуже међу свим радиоизотопима овог елемента. Од ових природних изотопа, најчешћи је 90Zr који сачињава 51,45% природне смесе изотопа цирконијума. Најмањи удео у природном цирконијуму има изотоп 96Zr који сачињава само 2,8% цирконијума.[17]

Синтетисано је 28 вештачких изотопа цирконијума са распоном атомских маса између 78 и 110. Најдуже живући вештачки изотоп је 93Zr чије време полураспада износи 1,53 милион година. Најтежи изотоп цирконијума 110Zr такође је и најкраће живући, а његово време полураспада се процењује на 30 милисекунди. Радиоактивни изотопи са масеним бројем 93 и више распадају се β−, док они са масеним бројевима 89 и ниже распада су β+ распадом. Једини изузетак је изотоп 88Zr који се распада ε распадом.[17] Пет изотопа цирконијума такође постоје и као метастабилни изомери: 83mZr, 85mZr, 89mZr, 90m1Zr, 90m2Zr и 91mZr. Међу њима, 90m2Zr има најкраће време полураспада од 131 наносекунди, док 89mZr има најдуже од 4,161 минуте.[17]

Распрострањеност

уреди
 
Тренд светске производње концентрата минерала цирконија

У Земљиној кори, концентрација цирконија износи око 130 mg/kg те око 0,026 μg/l у морској води.[18] У природи се не јавља као самородни метал, што осликава интринсичку нестабилност у односу на воду. Основни комерцијални извор цирконија је силикатни минерал циркон (ZrSiO4),[10] који је највише распрострањен у Аустралији, Бразилу, Русији, Индији, Јужноафричкој Републици и САД, као и нека мања налазишта широм света.[11] Према подацима из 2013, две трећине ископаног циркона из рудника добија се из Аустралије и Јужноафричке Републике.[19]

Ресурси минерала циркона у свету прелазе 60 милиона тона[20] док светска годишња производња цирконијума износи приближно 900 хиљада тона.[18] Цирконијум се такођер налази у саставу више од 140 других минерала, укључујући и комерцијално искористиве руде баделејит и коснарит.[21]

Zr је релативно доста заступљен у звездама класе S, а детектован је и на Сунцу и неким метеоритима. Узорци стена са Месеца који су донесени на Земљу током неколико мисија из програма Аполо имају релативно високу концентрацију цирконијум оксида у односу на земаљске стене.[7]

Референце

уреди
  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала 03. 03. 2011. г. Приступљено 14. 01. 2021. 
  3. ^ Pritychenko, Boris; Tretyak, V. „Adopted Double Beta Decay Data”. National Nuclear Data Center. Приступљено 2008-02-11. 
  4. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  5. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  6. ^ Harper, Douglas. "zircon" u Online Etymology Dictionary
  7. ^ а б в г д ђ е Lide David R. (2007). „Zirconium”. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 4. New York: CRC Press. стр. 42. ISBN 978-0-8493-0488-0. 
  8. ^ Stwertka Albert (1996). A Guide to the Elements. Oxford University Press. стр. 117—119. ISBN 0-19-508083-1. 
  9. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2 изд.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419. 
  10. ^ а б в Emsley John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. стр. 506—510. ISBN 0-19-850341-5. 
  11. ^ а б в „Zirconium”. How Products Are Made. Advameg Inc. 2007. Приступљено 26. 3. 2008. 
  12. ^ James B. Hedrick (1998). „Zirconium”. Metal Prices in the United States through 1998 (PDF). US Geological Survey. стр. 175—178. Приступљено 26. 2. 2008. 
  13. ^ Considine Glenn D. (2005). „Zirconium”. Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. New York: Wylie-Interscience. стр. 1778—1779. ISBN 0-471-61525-0. 
  14. ^ Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337, . doi:10.1021/je1011086.  Недостаје или је празан параметар |title= (помоћ).
  15. ^ Winter Mark (2007). „Electronegativity (Pauling)”. University of Sheffield. Приступљено 5. 3. 2008. 
  16. ^ Schnell I; Albers RC (1. 1. 2006). „Zirconium under pressure: phase transitions and thermodynamics”. Journal of Physics: Condensed Matter. Institute of Physics. 18 (5): 16. Bibcode:2006JPCM...18.1483S. doi:10.1088/0953-8984/18/5/001. 
  17. ^ а б в Audi, G; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). „Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  18. ^ а б John Peterson; Margaret MacDonell (2007). „Zirconium”. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas (PDF). Argonne National Laboratory. стр. 64—65. Архивирано из оригинала (PDF) 28. 5. 2008. г. Приступљено 26. 2. 2008. 
  19. ^ „Zirconium and Hafnium - Mineral resources” (PDF). 2014. 
  20. ^ „Zirconium and Hafnium” (PDF). Mineral Commodity Summaries. US Geological Survey: 192—193. 1. 1. 2008. Приступљено 24. 2. 2008. 
  21. ^ Ralph, Jolyon; Ralph, Ida (2008). „Minerals that include Zr”. Mindat.org. Приступљено 23. 2. 2008. 
Грешка код цитирања: <ref> ознака „nubase” дефинисана у <references> групи „” нема садржаја.

Литература

уреди
  • Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 3-7776-0736-3. 

Спољашње везе

уреди
 
Цирконијум на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Цирконијум&oldid=27904488”