زیرکونیم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
زیرکونیم، 40Zr
Zr-crystal-bar.jpg
زیرکونیم
تلفظ‎/zərˈkniəm/‎ (zər-KOH-nee-əm)
ظاهرنقرهy white
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)۹۱٫۲۲۴(۲)[۱]
زیرکونیم در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)
Ti

Zr

Hf
ایتریمزیرکونیمنیوبیم
عدد اتمی (Z)40
گروهگروه ۱۲
دورهدوره 5
بلوکبلوک-d
دسته Transition metal
آرایش الکترونی[Kr] 4d2 5s2
2, 8, 18, 10, 2
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب2128 K ​(1855 °C, ​3371 °F)
نقطه جوش4682 K ​(4409 °C, ​7968 °F)
چگالی (near r.t.)6.52 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)5.8 g/cm3
حرارت همجوشی14 kJ/mol
آنتالپی تبخیر 573 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی25.36 J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 2639 2891 3197 3575 4053 4678
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش−2, +1,[۲] +2, +3, +4 (an amphoteric اکسید)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 1.33
انرژی یونش
  • 1st: 640.1 kJ/mol
  • 2nd: 1270 kJ/mol
  • 3rd: 2218 kJ/mol
شعاع اتمیempirical: 160 pm
شعاع کووالانسی pm 175±7
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری زیرکونیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوریhexagonal close-packed (hcp)
Hexagonal close-packed crystal structure for زیرکونیم
سرعت صوت thin rod3800 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی5.7 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی22.6 W/(m·K)
رسانش الکتریکی421 n Ω·m (at 20 °C)
رسانش مغناطیسیپارامغناطیس[۳]
مدول یانگ88 GPa
مدول برشی33 GPa
مدول حجمی91.1 GPa
نسبت پواسون0.34
سختی موس5.0
سختی ویکرز903 MPa
سختی برینل650 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس7440-67-7
ایزوتوپ‌های زیرکونیم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
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 دارد
91Zr 11.22% 91Zr ایزوتوپ پایدار است که 51 نوترون دارد
92Zr 17.15% 92Zr ایزوتوپ پایدار است که 52 نوترون دارد
93Zr ایزوتوپ پرتوزای ناچیز 1.53×106 y β 0.060 93Nb
94Zr 17.38% 1.1×1017 y ββ - 94Mo
96Zr 2.8% 2.0×1019 y[۴] ββ 3.348 96Mo
| منابع

زیرکونیوم عنصر چهلم جدول تناوبی است. نام این عنصر از سنگ معدنی زیرکن zircon، (مهم‌ترین منبع زیرکونیم) و واژه فارسی «زرگون» به معنی مانند طلا، گرفته شده‌است که با علامت Zr نشان داده می‌شود.[۶] از بلورهای دی‌اکسید زیرکونیم در جواهرسازی برای ایجاد شبه الماس‌های بدلی که بسیار ارزانتر از الماس‌های واقعی هستند استفاده می‌شود. رصدخانه آرما در ایرلند ستاره‌ای 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 شده‌است

پیدایش[ویرایش]

زیرکونیوم در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی‌شود. اصلی‌ترین منبع اقتصادی زیرکونیوم، معدن سیلیکات زیرکونیوم است. زیرکون ZrSiO4 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 ۵۰ به ۱ 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 ۳۰ نوع از معادن دیگر که شامل Baddeleyite می‌شود، وجود دارد. این فلز با کم کردن کلرید به وسیلهٔ منیزیم در فرایند kroll تولید می‌شود. البته روش‌های دیگری نیز برای تولید این فلز وجود دارد. زیرکونیوم با کیفیت اقتصادی و تجاری نیز حاوی ۱ تا ۳ درصد hafnium است.

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

خصوصیات قابل توجه[ویرایش]

زیرکونیوم، فلزی به رنگ سفید-طوسی و درخشان است که به‌طور 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 پایین‌تر از ۳۵ کلوین خاصیت آهن‌ربایی پیدا می‌کند. حالت اکسیداسیون متداول برای زیرکونیوم +۲و+۳و+۴ است.

کاربردها[ویرایش]

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 شده‌است.

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 ۹۰٪ 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 به‌طور 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 ضدعفونی‌کننده 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 تهویه‌کننده‌های 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 دربردارد که برای ساختن آهن‌رباهای بسیار قوی توسط نیروی الکتریکی در مقیاس زیاد استفاده می‌شود.

ایزوتوپها[ویرایش]

زیرکونیوم طبیعی از چهار ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپ رادیواکتیو Zr-96 که طول عمر درازی دارد تشکیل شده‌است. دومین ایزوتوپ رادیواکتیو و پایدار این عنصر، Zr-93 است که نیمه عمر آن ۱٫۵۳ میلیون سال می‌باشد. برای این عنصر ۱۸ ایزوتوپ رادیواکتیو دیگر شناسایی شده‌اند که بیشتر آن‌ها نیمه عمری کمتر از یک روز دارند، به جز Zr-95 با نیمه عمر ۶۴٫۰۲ روز Zr-88 با نیمه عمر ۶۳٫۴ روز و Zr-89 با نیمه عمر ۷۸٫۴ ساعت. حالت Decay اولیه قبل از Zr-92 الکترون‌گیری 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 سوزی گسترده یا انفجار توجه کرد. زیرکونیوم هیچ گونه نقش بیولوژیکی ندارد.

منابع[ویرایش]

  1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. "Zirconium: zirconium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. Retrieved 2007-12-10.
  3. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  4. Pritychenko, Boris. "Adopted Double Beta Decay Data". National Nuclear Data Center. Retrieved 2008-02-11. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  5. "زیرکونیم: zirconium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. Retrieved 2007-12-10.
  6. Harper, Douglas. "zircon". واژه‌نامه ریشه‌شناسی زبان انگلیسی برخط.