Zirkónium

Tlak pary
Zirkónium; (zirconium)
	ytrium ← zirkónium → niób
	Periodická tabuľka
	5. perióda, 4. skupina, blok d
	prechodné prvky, kovy
Vzhľad
	striebrobiely kov
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
Iné
Kryštálová sústava	hexagonálna
Magnetizmus	paramagnetický
Elektrický odpor	421 nΩ·m
Tep. vodivosť	22,6 W·m−1·K−1
Tep. rozťažnosť	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)
Commons ponúka multimediálny obsah na tému zirkónium.
	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 Cejlónu.

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.