زیرکونیم

ایتریم → زیرکونیم ← نیوبیم Ti ↑ Zr ↓ Hf 40Zr جدول تناوبی
ظاهر
نقرهy white
ویژگی‌های کلی
نام, نماد, عدد	زیرکونیم, Zr, 40
تلفظ به انگلیسی	/zərˈkoʊniəm/ zər-KOH-ni-əm
نام گروهی برای عناصر مشابه	فلزات واسطه
گروه، تناوب، بلوک	۴, ۵, d
جرم اتمی استاندارد	91.224 g·mol−۱
آرایش الکترونی	[Kr] 5s2 4d2
الکترون به لایه	2, 8, 18, 10, 2 (تصویر)
ویژگی‌های فیزیکی
حالت	جامد
چگالی (نزدیک به r.t.)	6.52 g·cm−۳
چگالی مایع در m.p.	5.8 g·cm−۳
نقطه ذوب	2128 K, 1855 °C, 3371 °F
نقطه جوش	4682 K, 4409 °C, 7968 °F
گرمای هم‌جوشی	14 kJ·mol−1
گرمای تبخیر	573 kJ·mol−1
ظرفیت گرمایی	25.36 J·mol−۱·K−۱
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k دما (کلوین) 2639 2891 3197 3575 4053 4678
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن	4, 3, 2, 1, (آمفوتر oxide)
الکترونگاتیوی	1.33 (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونیزه شدن	1st: 640.1 kJ·mol−1
	2nd: 1270 kJ·mol−1
	3rd: 2218 kJ·mol−1
شعاع اتمی	160 pm
شعاع کووالانسی	175±7 pm
متفرقه
ساختار کریستالی	hexagonal close-packed
مغناطیس	پارامغناطیس
مقاومت الکتریکی	(20 °C) 421 nΩ·m
رسانایی گرمایی	(300 K) 22.6 W·m−1·K−1
انبساط گرمایی	(25 °C) 5.7 µm·m−1·K−1
سرعت صوت (سیم نازک)	(20 °C) 3800 m/s
مدول یانگ	88 GPa
مدول شیر	33 GPa
مدول باک	91.1 GPa
نسبت پواسون	0.34
سختی موس	5.0
سختی ویکر	903 MPa
سختی برینل	650 MPa
عدد کاس	7440-67-7
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های زیرکونیم
iso NA نیمه عمر DM DE (MeV) DP 88Zr syn 83.4 d ε - 88Y γ 0.392D - 89Zr syn 78.4 h ε - 89Y β+ 0.902 89Y γ 0.909D - 90Zr 51.45% 90Zr ایزوتوپ پایدار است که 50 نوترون داردs 91Zr 11.22% 91Zr ایزوتوپ پایدار است که 51 نوترون داردs 92Zr 17.15% 92Zr ایزوتوپ پایدار است که 52 نوترون داردs 93Zr trace 1.53×106 y β− 0.060 93Nb 94Zr 17.38% 1.1×1017 y β−β− - 94Mo 96Zr 2.8% 2.0×1019 y β−β− 3.348 96Mo

زیرکونیوم عنصر ۴۰ام جدول تناوبی است.

از بلورهای دی اکسید زیرکونیم در جواهرسازی برای ایجاد الماس‌های بدلی که بسیار ارزانتر از الماس‌های واقعی هستند استفاده می‌شود. رصدخانه آرما در ایرلند ستاره ای به نام ال‌اس چهارم-۱۴ ۱۱۶ کشف کرد که سطح این عنصر در این ستاره ۱۰ هزار برابر بیشتر از سطح زیرکونیم موجود در خورشید است.

الماس بدلی که از زیرکونیم ساخته شده است

پیدایش

زیرکونیوم در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی‌شود. اصلی‌ترین منبع اقتصادی زیرکونیوم، معدن سیلیکات زیرکونیوم است. زیرکون ZrSiOsub>4 در استرالیا ، برزیل ، هند ، روسیه و ایالات متحده وجود دارد. زیرکون به‌صورت پودر بی‌رنگ یا ماده بلوری و طوسی‌رنگ استخراج می‌شود. زیرکونیوم و Hafnium به نسبت 50 به 1 در زیرکون وجود دارند و جدا کردن آنها بسیار دشوار است.

زیرکونیم ، فراورده فرعی معدن کاری و فرایند تهیه شن‌های معادن سنگین برای معادن تیتانیوم ، Ilmenite و Rutile یا معادن قلع است. همچنین زیرکونیوم در 30 نوع از معادن دیگر که شامل Baddeleyite می‌شود، وجود دارد. این فلز با کم کردن کلرید بوسیله منیزیم در فرآیند kroll تولید می‌شود. البته روشهای دیگری نیز برای تولید این فلز وجود دارد. زیرکونیوم با کیفیت اقتصادی و تجاری نیز حاوی 1 تا 3 درصد hafnium است.

این فلز همچنین در ستاره‌های S-Type بسیار فراوان است و در خورشید و سنگهای آسمانی نیز شناسایی شده است. نمونه سنگهای قمری که در چندین ماموریت آپولو جمع آوری شده‌اند، نشان می‌دهند که این سنگها به نسبت صخره‌های زمینی از مقدار بسیار بیشتری اکسید زیرکونیوم برخوردارند.

خصوصیات قابل توجه

زیرکونیوم ، فلزی به رنگ سفید-طوسی و درخشان است که بطور استثنایی در برابر زنگ‌زدگی مقاوم است. زیرکونیوم سبکتر از فولاد بوده و سختی آن شبیه به مس است. این عنصر وقتی به ذرات ریز تقسیم شود، به سرعت در هوا مشتعل می‌شود (مشتعل کردن این فلز در حالت جامد بسیار دشوارتر است.) فلز "Zirconium Zinc" در دمای پایین تر از 35k خاصیت آهن ربایی پیدا می کند. حالت اکسیداسیون متداول برای زیرکونیوم +2و+3و+4 است.

کاربردها

مهمترین کاربردهای زیرکونیوم در صنعت سفال‌سازی به‌صورت جسم نسوز و ماسه ریخته‌گری می‌باشد.

به‌عنوان سنگ جواهر مورد استفاده در جواهرات به بازار عرضه شده و اکسید آن برای تولید کردن محرک الماس و زیرکونیای مکعبی شکل تهیه شده است.

زیرکونیوم قدرت جذب پایینی در جذب نوترونها دارد که این ویژگی آن را برای استفاده از انرژی اتمی مطلوب می‌سازد، (مانند عناصر فلز کاری سوختی). بیش از 90% محصولات فلز زیرکونیوم به مصرف تجاری در تولید نیروی اتمی می‌رسد. رآکتورهای جدید تجاری می‌توانند نیم میلیون فوت فلز زیرکونیوم را برای لوله‌سازی بکار ببرند.

زیرکونیوم بطور گسترده ، توسط صنایع شیمیایی برای لوله‌کشی در محیط خورنده استفاده می‌شود.

زیرکونیوم آتش‌زا است و در جنگل‌ها برای آتش زدن استفاده می‌شد.

کربن آن به‌عنوان محلول ضدعفونی کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اکسید زیرکونیوم ناخالص، زیرکونیا، برای ساختن ظرف مخصوص ذوب فلز در آزمایشگاه بکار می‌رود که بتواند در برابر گرمای زیاد مقاوم باشد. همچنین برای پوشاندن کوره ذوب استفاده شده، به‌عنوان جسم نسوز در صنایع شیشه‌سازی و سفال‌سازی بکار می‌رود.

بافت انسانی به‌راحتی می‌تواند این فلز را به‌صورت مفاصل و بازوهای مصنوعی تحمل کند.

در تهویه کننده‌های هوا به‌عنوان گیرنده، در لوله جارو برقی، رشته‌های لامپ و فلزات خاص دیگر استفاده می‌شود. آلیاژ زیرکونیوم و Niobium ، خاصیت ابررسانایی در دماهای پایین را برای زیرکونیوم در بردارد که برای ساختن آهن‌رباهای بسیار قوی توسط نیروی الکتریکی در مقیاس زیاد استفاده می‌شود.

ایزوتوپها

زیرکونیوم طبیعی از چهار ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپ رادیواکتیو Zr-96 که طول عمر درازی دارد تشکیل شده است. دومین ایزوتوپ رادیواکتیو و پایدار این عنصر ، Zr-93 است که نیمه عمر آن 1.53 میلیون سال می‌باشد. برای این عنصر 18 ایزوتوپ رادیواکتیو دیگر شناسایی شده‌اند که بیشتر آنها نیمه عمری کمتر از یک روز دارند، به جز Zr-95 با نیمه عمر 64.02 روز Zr-88 با نیمه عمر 63.4 روز و Zr-89 با نیمه عمر 78.4 ساعت. حالت Decay اولیه قبل از Zr-92 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن خوردگی بتا می‌باشد. هشدارها انسان با ترکیباتی که حاوی زیرکونیوم است، کمتر روبرو می‌شود با این حال این فلز زیاد سمی نیست. گرد این فلز در هوا آتش می‌گیرد و باید به آن به صورت عاملی برای آتش سـوزی گسترده یا انفجار توجه کرد. زیرکونیوم هیچ گونه نقش بیولوژیکی ندارد.