Zirkónium

Z Wikipédie

Zirkónium () je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Zr a protónové číslo .

Vlastnosti
ytrium - Zirkónium - niób

Zr
  
 
 
[]
.
Zr
Všeobecné
Názov, značka, protónové číslo Zirkónium, Zr, .
Séria
Skupina, perióda, blok , ,
Vzhľad
Atómové
Atómová hmotnosť amu
Atómový polomer (vypočítaný) pm
Kovalentný polomer pm
Van der Waalsov polomer pm
Elektrónová konfigurácia [[[]]]
Elektróny na energetickú hladinu
Oxidačné stupne (Oxidy)
Elektronegativita (Paulingova stupnica)
Výstupná energia (eV)
Kryštalická štruktúra
Fyzikálne
Skupenstvo
Magnetické vlastnosti
Hustota (tvrdosť podľa Mohsa) , kg/m3 ()
Teplota topenia (tavenia) K ( °C)
Teplota varu K ( °C)
Molový objem m3/mol
Skupenské teplo vyparovania kJ/mol
Skupenské teplo tavenia kJ/mol
Tlak pary Pa pri K
Rýchlosť zvuku m/s pri °C
Rôzne
Merná tepelná kapacita J/(kg · K)
Elektrická vodivosť S/m
Tepelná vodivosť W/(m · K)

Zirkónium je šedý až strieborno biely, kovový prvok, mimoriadne odolný voči korózii. Uplatňněníuje sa predovšetkým v jadrovej energetike, pretože vykazuje veľmi nízky účinný prierez pre záchyt neutrónov. Je tiež zložkou rôznych zliatin a protikoróznych ochranných vrstiev.

Obsah

[úprava] Objav prvku

Objaviteľom zirkónia je Martin Heinrich Klaproth, ktorý ho v roku 1789 získal rozkladom minerálu jargon zo Srí Lanky, vtedajšieho Ceylónu.

Prvý úspešný pokus o izoláciu elementárneho zirkónia urobil v roke 1824 chemik Jöns Jakob Berzelius. Jeho produkt však nebol dokonalo čistý a skutočne čisté elementárne zirkónium bolo získané až v roke 1914.

[úprava] Základné fyzikálno-chemické vlastnosti

Zirkónium je šedý až strieborno biely, stredne tvrdý a pomerne ľahký kov.

Vyznačuje sa mimoriadnou chemickou stálosťou - úplne odoláva pôsobeniu vody a pôsobeniu väčšiny bežných minerálnych kyselín i roztokov alkalických hydroxidov. Na jeho rozpustenie je najúčinnejšia kyselina fluorovodíková HF, alebo jej zmes s inými minerálnymi kyselinami.

Zirkónium vykazuje veľmi vysokú afinitu ku kyslíku. Jemne rozptýlený kov preto môže na vzduchu samovoľne vzplanúť, najmä pri zvýšenej teplote. V kusovej podobe (odliatky, plechy, drôty..) je však na vzduchu úplne stále.

V zlúčeninách sa vyskytuje predovšetkým v mocenstve Zr+4, ale sú známe i zlúčeniny Zr+3 a Zr+2.

[úprava] Výskyt

Zirkónium je v zemskej kôre pomerne hojne zastúpené, jeho obsah se odhaduje na 165-220 mg/kg. V morskej vode je vďaka svojej chemickej stálosti prítomné len v koncentrácii 0,000 022 mg/l. Vo vesmíre pripadá jeden atóm zirkónia na jednu miliardu atómov vodíka.

Zirkónium sa v prírode vyskytuje iba vo forme zlúčenin. Nachádza sa v mnohých mineráloch, ktoré sú vďaka svojim vlastnostiam (tvrdosť a vzhľadová podobnosť s diamantom) známe a používané od dávnoveku. Medzi najvýznamnejšie patrí kremičitan zirkón, ZrSiO4 a oxid zirkónia baddeleyit, ZrO2. Známe sú i rôzne komplexné zirkonáty ako zirkelit, obsahujúci vápnik, železo, titán a tórium alebo uhligit s obsahom vápnika, titánu a hliníka.

Medzi hlavné oblasti ťažby minerálov a hornín s výrazným zastúpením zirkónia patrí Austrália, Brazília, India, Rusko, a USA. Okrem toho sa na získavanie zirkónia často priemyselne používajú i rudy titánu ako ilmenit a rutil.

Výskyt zirkónia bol pomocou spektrálnej analýzy potvrdený i vo hviezdach podobným nášmu Slnku, je zložkou mnohých meteoritov a má významné zastúpenie v mesačných horninách.

[úprava] Výroba

Priemyslová výroba čistého zirkónia je pomerne nákladná, pretože podobne ako je to v prípade titánu, nie je možné použiť bežné metalurgické postupy ako je redukcia uhlíkom alebo vodíkom. Okrem toho, väčšina prírodných surovín je kontaminovaná hafniom, ktoré má podobné vlastnosti a ich vzájomná separácia je zložitá.

V súčasnosti sa pri priemyselnej výrobe zirkónia využíva predovšetkým tzv. Krollov proces. Pritom sa najprv pyrolýzou baddeleyitu uhlíkom a chlórom získa chlorid zirkoničitý ZrCl4.

ZrO2 + 2 Cl2 + 2 C (900°C) --> ZrCl4 + 2 CO

Frakčnou destiláciou sa potom oddelí chlorid železitý FeCl3, ktorý vzniká z prísad železa, vyskytujúcich sa prakticky vo všetkých prírodných materiáloch. Ďalším krokom je redukcia horčíkom v inertnej argónovej atmosfére pri teplote okolo 800°C.

ZrCl4 + 2 Mg --> Zr + 2 MgCl2

Zirkónium vzniknuté touto reakciou obsahuje zbytky chloridu horečnatého a kovového horčíka, ktoré sa odstraňujú pôsobením kyseliny chlorovodíkovej HCl. Takto pripravené zirkónium obsahuje stále ešte okolo 1% hafnia, ktoré nie je prekážkou pri bežných aplikáciách zirkónia v zliatinách a pri povrchovej ochrane kovov. Pre využitie v jadrovej energetike je však potrebné toto hafnium oddeliť a tento krok zvyšuje približne 10x cenu výsledného zirkónia bez prímesí hafnia.

Wikimedia Commons ponúka multimediálny obsah k téme
Zirkónium