Zirkónium

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Zirkónium
40 ytrium ← zirkónium → niób
Ti

Zr

Hf
Zr
Vzhľad
striebrobiely kov
zirkónium
Všeobecné
Názov (lat.), značka, protónové číslo zirkónium (zirconium), Zr, 40
Umiestnenie v PSP 4. skupina5. periódablok d
Séria prechodné prvky, kovy
Atómové vlastnosti
Atómová hmotnosť 91,224 g·mol−1
Elektrónová konfigurácia [Kr] 4d2 5s2
Atómový polomer 160 pm
Kovalentný polomer 175 pm
Kovový polomer 160 pm
Iónový polomer
pre: Zr4+
79 pm
Chemické vlastnosti
Elektronegativita 1,33 (podľa Paulinga)
Ionizačná energia(e) 1: 640,1 kJ.mol−1
2: 1 270 kJ.mol−1
3: 2 218 kJ.mol−1
Oxidačné číslo(a) II, III, IV
Št. potenciál
(Zr4+/Zr)
-1,53 V
Fyzikálne vlastnosti (za norm. podmienok)
Skupenstvo pevné
Hustota 6,52 kg·dm−3
Hustota kvapaliny
(pri 2 128 K)
5,8 kg·dm−3
Teplota topenia 2 128 K (1 854,85 °C)
Teplota varu 4 682 K (4 408,85 °C)
Sk. teplo topenia 14 kJ·mol−1
Sk. teplo varu 573 kJ·mol−1
Tepelná kapacita 25,36 J·mol−1·K−1
Tlak pary
p(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pri T(K) 2 639 2 891 3 197 3 575 4 053 4 678
Iné
Kryštálová sústava hexagonálna
Magnetizmus paramagnetický
Elektrický odpor 421 nΩ·m
Tep. vodivosť 22,6 W·m−1·K−1
Tep. rožťažnosť 5,7 µm·m−1·K−1
Rýchl. zvuku 3 800 m·s−1
Youngov modul 88 GPa
Pružnosť v šmyku 33 GPa
Objemová pružnosť 91,1 GPa
Poissonovo č. 0,34
Tvrdosť (Mohs) 5,0
Tvrdosť (Brinell) 650 MPa
Reg. číslo CAS 7440-67-7
Izotop(y) (vybrané)
Izotop Výskyt t1/2 Rr Er (MeV) Pr
Radioactive.svg 88Zr synt. 83,4 d. ε
γ
-
0,392
88Y
Radioactive.svg 89Zr synt. 78,4 h. ε
β+
γ
-
0,902
0,909
89Y
90Zr 51,45 % stabilný s 50 neutrónmi
91Zr 11,22 % stabilný s 51 neutrónmi
92Zr 17,15 % stabilný s 52 neutrónmi
Radioactive.svg 93Zr stopy. 1,53x106 r. β- 0,060 93Nb
Radioactive.svg 94Zr 17,38 % 1,1x1017 r. 2xβ- 94Mo
Radioactive.svg 95Zr 2,8 % 2,0x1019 r. 2xβ- 3,348 95Mo
Commons-logo.svg
 Commons ponúka multimediálny obsah na tému zirkónium.
Pozri aj chemický portál

Zirkónium (zirconium) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Zr a protónové číslo 40. Je to šedý až striebornobiely kovový prvok, mimoriadne odolný voči korózii. Uplatňuje sa predovšetkým v jadrovej energetike, pretože vykazuje veľmi nízky účinný prierez pre záchyt neutrónov. Je tiež zložkou rôznych zliatin a protikoróznych ochranných vrstiev.

Objav prvku[upraviť | upraviť zdroj]

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 roku 1824 chemik Jöns Jakob Berzelius. Jeho produkt však nebol dokonalo čistý a skutočne čisté elementárne zirkónium bolo získané až v roku 1914.

Základné fyzikálno-chemické vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

Zirkónium je šedý až striebornobiely, 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.

Výskyt[upraviť | upraviť zdroj]

Zirkónium je v zemskej kôre pomerne hojne zastúpené, jeho obsah sa 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.

Výroba[upraviť | upraviť zdroj]

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 zvyšky 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.

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]