دانشچی پورتال جامع تحقیق و مقاله، مطالب علمی و هنری ، وبگردی و…
همه چیز درباره عنصر زیرکونیوم (Zr)
زیرکونیوم، (به انگلیسی : Zirconium) با علامت اختصاری Zr و عدد اتمی ۴۰، عنصری از جدول تناوبی در دسته فلزات واسطه است که در ادامه بیشتر با آن آشنا می شوید. با دانشچی همراه باشید.
زیرکونیوم فلزی فروزنده به رنگ سفید و طوسی است که قابلیت تغییر از حالتی به حالت دیگر را داشتده و شبیه تیتانیم است. عنصر زیرکونیوم بطور عمده از زیرکون بدست می‌آید و در برابر زنگ‌زدگی بسیار مقاوم است. زیرکونیوم عمدتا در راکتورهای اتمی برای جذب کردن نوترون و برای ساختن فلزاتی که در برابر زنگ‌زدگی مقاوم هستند، استفاده می‌شود.
شناسنامه زیرکونیوم
عدد اتمی: ۴۰
جرم اتمی:۹۱.۲۲۴
نقطه ذوب : C° ۱۸۵۷
نقطه جوشC° ۴۲۰۰
شعاع اتمی : Å ۲.۱۶
ظرفیت: ۴
رنگ: سفید نقره ای
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: ۴
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 640
شکل الکترونی: [Kr]4d25s2
شعاع یونی : Å ۰.۷۲
الکترونگاتیوی: ۱.۳۳
حالت اکسیداسیون: ۴
دانسیته: ۶.۵۱
گرمای فروپاشی : Kj/mol 19.2
گرمای تبخیر : Kj/mol 567
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.000000424
گرمای ویژه: J/g Ko 0.27
دوره تناوبی:۵
تاریخچه زیرکونیوم
عنصر زیرکونیوم که نام آن از Zarkn عربی و Zargntext فارسی گرفته شده است، در سال ۱۷۸۹ توسط “Laproth” کشف شد و در سال ۱۸۲۴، توسط “Jons Jakob Berzelius” به‌صورت مجزا بدست آمد. زیرکونیوم که شامل زیرکون معدنی و دیگر واریاسونها مانند Jargon ، Hyacinth Jiacnith ، ligure می‌باشد، در نوشته‌های انجیل ذکر شده است.
تا زمانی که Laproth ، جارگون jargon را از Ceylon در اقیانوس هند تجزیه نکرده بود، تصور نمی‌شد که این عنصر جدید را بتوان در معادن یافت. او این عنصر جدید را (Zirkonertz (Zircnia نامید. این فلز ناخالص اولین بار توسط Berzelius بوسیله حرارت دادن مخلوطی از پتاسیم و فلوئورید زیرکونیوم پتاسیم ، در یک فرایند تجزیه در یک لوله آهنی تجزیه شد. زیرکونیوم خالص تا سال ۱۹۱۴ بدست نیامد.
پیدایش زیرکونیوم
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.
ویژگی های زیرکونیوم
زیرکونیوم فلزی به رنگ سفید-طوسی و فروزنده می باشد که به طور استثنایی در برابر زنگ زدگی مقاوم است. زیرکونیوم سبک تر از فولاد بوده و سختی آن شبیه به مس است. این عنصر وقتی به ذرات ریز تقسیم شود به سرعت در هوا مشتعل می شود (مشتعل کردن این فلز در حالت جامد بسیار دشوارتر است. ) فلز Zirconium Zinc در دمای پایین تر از ۳۵k خاصیت آهن ربایی پیدا می کند. حالت اکسیداسیوم متداول برای زیرکونیوم +۲ و+۳ و +۴ است.
کاربردهای زیرکونیوم
◊ مهمترین کاربردهای عنصر 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 به کار 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 در بردارد که برای ساختن آهن‌رباهای بسیار قوی توسط نیروی الکتریکی در مقیاس زیاد استفاده می‌شود.
ایزوتوپ های زیرکونیوم
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 سـوزی گسترده یا انفجار توجه کرد. زیرکونیوم هیچ گونه نقش بیولوژیکی ندارد.
اثر زیرکونیوم بر سلامتی انسان
زیرکونیم و نمک های آن خیلی سمی نیستند. جذب تخمینی آن در حدود ۵۰ میکروگرم است. بخش اعظم آن بدون جذب، از طریق روده دفع می شود. آن میزانی که جذب می شود بیشتر در اسکلت انباشته می شود تا در بافت ماهیچه. زیرکونیم ۹۵ یکی از عناصر رادیونوکلئیدی است.
هشدار درباره زیرکونیوم
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.
پیشنهادی: همه چیز درباره عنصر تیتانیمعنصر زیرکونیوم _ دانشچی
