زیرکونیم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
ایتریمزیرکونیمنیوبیم
Ti

Zr

Hf
ظاهر
نقرهy white
ویژگی‌های کلی
نام، نماد، عدد زیرکونیم، Zr، 40
تلفظ به انگلیسی ‎/zərˈkniəm/‎ zər-KOH-ni-əm
نام گروهی برای عناصر مشابه فلزات واسطه
گروه، دوره، بلوک ۴، ۵، d
جرم اتمی استاندارد 91.224 گرم بر مول
آرایش الکترونی [Kr] 5s2 4d2
الکترون به لایه 2, 8, 18, 10, 2
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به دمای اتاق) 6.52 g·cm−۳
چگالی مایع در نقطه ذوب 5.8 g·cm−۳
نقطه ذوب 2128 K،‎ 1855 °C،‎ 3371 °F
نقطه جوش 4682 K،‎ 4409 °C،‎ 7968 °F
گرمای هم‌جوشی 14 کیلوژول بر مول
گرمای تبخیر 573 کیلوژول بر مول
ظرفیت گرمایی 25.36 کیلوژول بر مول
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,[۱]
(آمفوتر oxide)
الکترونگاتیوی 1.33 (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونش نخستین: 640.1 کیلوژول بر مول
دومین: 1270 کیلوژول بر مول
سومین: 2218 کیلوژول بر مول
شعاع اتمی 160 pm
شعاع کووالانسی 175±7 pm
متفرقه
ساختار کریستالی hexagonal close-packed
مغناطیس پارامغناطیس[۲]
مقاومت ویژه 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 برشی 33 GPa
مدول حجمی 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
ایزوتوپ NA نیمه‌عمر 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 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[۳] ββ 3.348 96Mo

زیرکونیوم عنصر چهلم جدول تناوبی است. نام این عنصر از سنگ معدنی زیرکن (zircon)، مهمترین منبع آن و واژه فارسی «زرگون» گرفته شده‌است که با علامت Zr نشان داده می‌شود.[۴] 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 ماه 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 بوسیله 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 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 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 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 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. "زیرکونیم: zirconium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. Retrieved 2007-12-10. 
  2. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  3. Pritychenko, Boris. "Adopted Double Beta Decay Data". National Nuclear Data Center. Retrieved 2008-02-11.  Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
  4. Harper, Douglas. "zircon". واژه‌نامه ریشه‌شناسی زبان انگلیسی برخط.