Цирконий что это такое камень или металл


что это такое, свойства, чем отличается от циркона и как выглядит, применение в украшениях, производство, формула, температура плавления

Цирконий – это металл, элемент в таблице Менделеева и вещество, из которого делают фианиты. Применяют в медицине, ювелирном деле, промышленности. Его часто путают с цирконом из-за созвучности названий, но это совершенно разные материалы.

Что такое цирконий

Цирконием называют элемент zirconium (Zr). В таблице Менделеева указан его атомный вес 91,22 и номер 40. Входит в состав продуктов питания, камней, руд.

Соединение циркония с кислородом – это металл серебристо-серого цвета. Напоминает нержавеющую сталь, белое золото. До очистки нередко содержит радиоактивные примеси. После удаления должен соответствовать ГОСТу 21907-76. Он непрозрачный, ковкий, вязкий, устойчив к коррозии, не намагничивается, но притягивается сильным полем.

Цирконий в украшениях используется в виде металлических вставок и оправ, для изготовления сережек.

Его также применяют для синтеза фианитов. Это прозрачные камни с бриллиантовой чистотой и сиянием. Темно-серые, графитовые или черные искусственные самоцветы называют черным цирконием.

Фианиты также бывают:

  • желтыми;
  • оранжевыми;
  • голубыми;
  • красными;
  • синими;
  • зелеными;
  • розовыми;
  • пурпурными;
  • золотистыми с коричневым оттенком.

Циркон отличается от металла тем, что это природный драгоценный камень группы силикатов. В его составе есть элемент Zr, отчего минерал используется для извлечения циркония. По окрасу бывает бесцветным (матарский алмаз), золотистым (сиамский), голубым (старлит) и бурым (малакон).

В дополнение смотрите видеообзор в продолжение описания металла:

История происхождения циркония

Похожие на название циркония натуральные самоцветы цирконы используются давно. Их называли несовершенными алмазами, а темно-красные – гиацинтами. По легенде, это отвердевшие капли крови Гиацинта, убитого богом Зефиром. В русской сказке аленьким цветочком назван цветок, выточенный из бордового циркона.

В Средневековье их называли самоцветами-убийцами. Было подмечено: владелец начинал болеть при носке темно окрашенных крупных камней, затем умирал. Это случалось из-за использования радиоактивных минералов. Такие цирконы и сейчас нельзя применять.

История синтеза циркониевого металла:

  • 1789 г. – М. Клапрот впервые выделил окисел циркона из порошка минерала;
  • 1824 г. – Й. Берцелиус образовал свободный цирконий;
  • 1925 г. – А. Аркель очистил элемент от радиоактивных примесей.

Исследователи причисляют диоксид циркония к металлу с усовершенствованными свойствами. Он подходит для изготовления пластин для костей, коронок, других медицинских конструкций. Изделия безопасны, не противопоказаны для прохождения МРТ.

Смотрите видео о циркониевом металле:

Свойства и применение циркония

Циркониевые сплавы используются в химическом, машиностроительном и других производствах, в медицине. Порошок применяют для пиротехники, снарядов. Соединение с сульфатом используют для дубления кожи.

В ювелирном деле из циркониевого сплава или окиси делают оправы, вставки и самоцветы. Но это – не драгоценные камни или металл, а их имитация.

Физико-химические свойства

Чистый металл тверже стали, гибкий. Выдерживает давление в 65 кгс на 1 мм2. Чем больше газовых примесей, тем ниже прочность.

Формула записывается как ZrO2 (диоксид циркония). Он выдерживает до 750 °С, затем начинает рекристаллизовываться. Плавиться будет при + 1855 °С, а кипеть – при температуре более 4000 °С.

В основе циркона лежит силикат циркония (ZrSiO4). Поэтому различаются химико-физические характеристики минерала и металла.

При естественной температуре циркониевый металл устойчив к коррозии:

  • водой;
  • хлором;
  • солью;
  • содой;
  • нашатырем.

У металла структура решетки похожа на шестиугольник с равными сторонами (гексагональная). Радиус атома равен 160 пикометра (10-12 м). В центре есть ядро с 51 нейтроном и 40 протонами. Вокруг него расположены пять орбит с 40 электронами.

У фианитов строение решетки напоминает равносторонний куб. Окрас зависит от примесей. Желтую и красную гамму дает соединение с церием. Благодаря титану получается золотистый самородок. В розовый окрашивает эрбий, а в пурпурный – неодим. Добавление хрома дает зеленый колер.

Лечебные свойства циркония

В медицине используют только циркониевые сплавы:

  • в стоматологии – штифты, коронки, импланты зуба;
  • в реконструктивной хирургии – стержни, фиксаторы, пластины, другие изделия для скрепления костей;
  • в хирургии – эндоскопические или обычные хирургические инструменты.

Циркониевые изделия биологически совместимы с тканями, не отторгаются, не окисляются, не вызывают нагноения или аллергии. Они ускоряют регенерацию поврежденных структур.

Циркониевые сережки рекомендуют носить после прокола ушей. Они быстрее заживут, не будут гноиться.

Подмечено, что браслет или пояс с металлическими вставками ускоряет выздоровление у пациентов с патологиями опорно-двигательного аппарата. Около 10 % людей отзываются об улучшении кожи при псориазе или других дерматологических болезнях.

Украшения из циркония

Для изготовления бижутерии используют диоксид циркония и кубический цирконий. Первый – это серебристо-стальной металл, а второй – синтезированный камень фианит. С ними делают кольца или перстни, кулоны, ожерелья, браслеты, серьги, колье, броши и диадемы.

Бывают циркониевые украшения:

  • без покрытия;
  • окрашенные;
  • анодированные;
  • цельные литые;
  • модели с элементами, скрепленными кожей, металлом, нитями;
  • изделия с фианитами;
  • изделия с поделочными самоцветами.

Украшения с цирконием носят с повседневной одеждой и вечерними нарядами. Дизайн подбирают под стиль образа. Изделия не подходят только к спортивной одежде.

Хранят украшения в отдельных тканевых мешочках. Циркониевые элементы чистят тканью в мыльной воде, промывают под краном, вытирают салфеткой. После сушки до блеска полируют фланелью.

В медицине и для украшений используют циркониевый металл, очищенный от радиации. Из вещества синтезируют недрагоценные камни фианиты. Имитаторы самоцветов также безопасны для здоровья.

Как вы относитесь к украшениям из циркония? С чем надеваете? Комментируйте статью, пишите интересные факты и сферы применения, делитесь с друзьями в социальных сетях. Всего хорошего.

Определение циркония, факты, символ, открытие, свойства, использование

Что такое цирконий

Цирконий (произношение: zer-KO-nee-em) - твердый серебристо-серый элемент, который принадлежит к группе переходных металлов и обозначается химическим символом Zr [1, 2, 3] . Это ковкий и пластичный металлический элемент, который может легко реагировать с другими элементами с образованием стабильных соединений [2] .

Цирконий Символ

Изотопы циркония

Цирконий

содержит четыре стабильных встречающихся в природе изотопа, включая 90 Zr, 91 Zr, 92 Zr и 94 Zr с естественным содержанием 51.45%, 11,22%, 17,15% и 17,38% соответственно [4]. Существует примерно 29 радиоизотопов, из которых два наиболее стабильных - это 96 Zr и 93 Zr с периодом полураспада около 2,0 X 10 19 лет и 1,53 миллиона лет соответственно [4] .

Где находится цирконий

Цирконий естественным образом содержится в нескольких минеральных веществах, в основном в цирконе (силикат циркония или ZrSiO 4 ) и бадделеите (диоксид циркония или диоксид циркония или ZrO 2 ) [1, 2] .Металл коммерчески выделяют из циркона, сначала превращая его в хлорид циркония, а затем восстанавливая хлорид магнием [1] . В тройку крупнейших держателей запасов циркония входят Австралия, Южная Африка и Украина, а в тройку крупнейших производителей входят Австралия, Южная Африка и Китай [1] .

Цирконий

История

Происхождение названия : Элемент назван от арабского слова «заргун», что означает «золотой цвет» [1] .

Кто его открыл : Цирконий был открыт немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом [1] .

Когда и как было обнаружено

В древние времена драгоценные камни, содержащие цирконий, были известны как циркон [1] . Мартин Клапрот в 1789 году исследовал циркон и выделил новый элемент в виде бадделеита или диоксида циркония, оксида циркония [1] .

Клапрот не смог успешно выделить чистый металл, в то время как Хамфри Дэви также не смог расщепить диоксид циркония электролизом в 1808 г. [1, 5] .В 1824 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус выделил цирконий в черной порошкообразной форме путем нагревания гексафторцирконата калия с калием [1] .

Однако полностью чистая форма не производилась до 1925 года, когда голландские химики Ян Хендрик де Бур и Антон Эдуард ван Аркель разложили тетраиодид циркония (ZrI 4 ) [1] . Сегодня металл производят в больших объемах путем восстановления ZrI4 магнием [1] .

Цирконий Идентификация

Атомный номер 40 [1]
Номер CAS 7440-67-7 [1]
Позиция в таблице Менделеева Группа Период Блок
4 [1] 5 [1] д [1]

Где цирконий в Периодической таблице

Свойства и характеристики циркония

Общие свойства

Относительная атомная масса 91.224 [1]
Атомная масса 91,224 а.е.м. [1]
Молярная масса 91,2240 г / моль [6]

Физические свойства

Цвет Серебристый, серовато-белый [1, 5]
Точка плавления / замерзания 1854 ° C, 3369 ° F [1]
Температура кипения 4406 ° C, 7963 ° F [1]
Плотность 6.52 г см -3 [1]
Состояние вещества при комнатной температуре (твердое тело / жидкость / газ) Цельный [1, 5]
Твердость
- Бринелл 650 МПа [7]
- Моос 5 [7]
- Виккерс 904 МПа [7]
Электропроводность 2.4 X 10 6 См / м [7]
Заряд +4 [8]
Теплопроводность 23 Вт / (м · К) [7]
Удельная теплоемкость 278 Дж кг -1 К -1 [1]
Объемный модуль Неизвестно [1]
Модуль сдвига Неизвестно [1]
Модуль Юнга Неизвестно [1]
Давление пара
- Температура (К) 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
- Давление (Па) 1.05 Х 10 -10 6,17 Х 10 -8 8.68 Х 10 -6 0,45 Х 10 -3 0,011 0,155

Химические свойства

Степени окисления 4 [1]
Изотопы Изотоп Масса Обилие (%) Период полураспада Форма распада
90 Zr 89.905 51,45
91 Zr 90,906 11,22
92 Zr 91,905 17,15
94 Zr 93,906 17,38 > 10 17 y β-β-
96 Zr 95.908 2,8 2.3 Х 10 19 Х β-β-
> 1,7 X 10 18 y β-

Цирконий точечная структура Льюиса

Атомные данные циркония (элемент 40)

Валентные электроны 4 [9]
Квантовые числа
- н. 4 [10]
2 [10]
- м -1 [10]
- м с +1/2 [10]
Электронная конфигурация (конфигурация благородного газа) [Kr] 4d 2 5s 2 [1]
Атомная структура
- Количество электронов 40 [5]
- Количество нейтронов 51 [5]
- Количество протонов 40 [5]
Радиус атома
- Атомный радиус 2.23 Å [1]
- Ковалентный радиус 1,64 Å [1]
Электроотрицательность (шкала Полинга) 1,33 [1]
Сродство к электрону 41.103 [1]
Энергия ионизации (кДж моль -1 ) 1-й 2-я 3-й 4-я 5-я 6-я 7-я 8-й
640.074 1264 2218,2 3313,31 7752.404

Циркониевая электронная конфигурация (модель Бора)

Что используется для

  • Поскольку он плохо поглощает нейтроны, его используют для обеспечения внешнего покрытия тепловыделяющих элементов в ядерных реакторах [1, 5]. Реакторы атомных электростанций могут иметь более 100 000 метров циркониевых труб [1] .
  • Являясь сверхпроводящим при низких температурах, сплав циркония и ниобия используется для изготовления сверхпроводящих магнитов [1, 5] .
  • Оксид циркония (IV) используется для изготовления сверхпрочной керамики, которая может быть использована для изготовления тиглей, футеровки печей, абразивов и литейных кирпичей из-за ее жаропрочных свойств [1] . Он используется в производстве антиперспирантов, косметики, микроволновых фильтров и пищевой упаковки [1] .
  • Циркон из натурального драгоценного камня доступен в различных цветах, из которых наиболее желанным является золотой, который используется для изготовления ювелирных изделий [1] .Бесцветный кубический цирконий используется как синтетический драгоценный камень, и в огранке он напоминает алмаз [1] .
  • Поскольку цирконий исключительно устойчив к коррозии, он может использоваться в агрессивных средах, а его сплавы используются в теплообменниках, трубах и фитингах [5] .
  • Силикат циркония, смешанный с празеодимом или ванадием, дает желтые и синие пигменты для росписи керамики [1] .
  • Циркониевые коронки, протезы на имплантатах и ​​мостовидные протезы с керамической облицовкой используются для замещения утраченных зубов [11] .
  • Поскольку циркониевый порошок может воспламеняться естественным образом на воздухе, он может использоваться во взрывных устройствах [2] .

Кубический цирконий

Токсичность циркония

Известно, что цирконий обладает низкой токсичностью, и при воздействии на него люди могут испытывать раздражение кожи и глаз. [12] . При вдыхании может вызвать образование опухолей в легких [12] . Неизвестно, играет ли она какую-либо биологическую роль [1] .

Интересные факты

  • Сообщается, что более 1.Ежегодно добывается 5 миллионов тонн циркона, в основном в Южной Африке и Австралии [1] .
  • Цирконий графически представлен как жук-скарабей, потому что драгоценные камни циркона использовались в ювелирных изделиях древними египтянами, которые связывали жуков-скарабеев с созданием, преобразованием и регенерацией [1] .
  • Элемент настолько прочен, что из него можно производить ножи и ножницы [1] .

Черный Цирконий

Цирконий Стоимость

Цена чистого циркония около 1 доллара.57 за грамм, а оптом он стоит примерно 0,16 доллара за грамм [5] .

Список литературы

  1. http://www.rsc.org/periodic-table/element/40/zirconium
  2. https://www.livescience.com/34610-zirconium.html
  3. https://education.jlab.org/itselemental/ele040.html
  4. https://education.jlab.org/itselemental/iso040.html
  5. https://www.chemicool.com/elements/zirconium.html
  6. https://www.webqc.org/molecular-weight-of-zirconium.html
  7. http://periodictable.com/Elements/040/data.html
  8. https://www.chemthes.com/entity_datapage.php?id=857
  9. https://zirconium2015.weebly.com/about-zirconium.html
  10. http://chemistry-reference.com/q_elements.asp?Symbol=Zr
  11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3399177/
  12. http://metalpedia.asianmetal.com/metal/zirconium/health.shtml
.

Цирконий | химический элемент | Britannica

Свойства, возникновение и использование

Цирконий, малоизвестный до конца 1940-х годов, стал важным инженерным материалом для ядерной энергетики, поскольку он очень прозрачен для нейтронов. Элемент был идентифицирован (1789 г.) в цирконии ZrSiO 4 (ортосиликат циркония) из его оксида немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом, а металл был выделен (1824 г.) в нечистой форме шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом.Нечистый металл, даже если он чист на 99 процентов, тверд и хрупок. Белый, мягкий, ковкий и пластичный металл повышенной чистоты впервые был произведен в больших количествах (1925 г.) голландскими химиками Антоном Э. ван Аркелем и Дж. де Бура термическим разложением тетраиодида циркония, ZrI 4 . В начале 1940-х годов Уильям Джастин Кролл из Люксембурга разработал более дешевый способ получения металла, основанный на восстановлении тетрахлорида циркония ZrCl 4 магнием. В начале 21 века ведущими производителями циркония были Австралия, Южная Африка, Китай и Индонезия; Мозамбик, Индия и Шри-Ланка были дополнительными производителями.

цирконий

Циркониевый стержень.

Dschwen

Цирконий относительно широко присутствует в земной коре, но не в концентрированных отложениях, и обычно наблюдается у звезд S-типа. Минеральный циркон, который обычно находится в аллювиальных отложениях в руслах ручьев, океанских пляжах или старых озерах, является единственным коммерческим источником циркония. Бадделеит, который представляет собой по существу чистый диоксид циркония, ZrO 2 , является единственным другим важным минералом циркония, но коммерческий продукт дешевле извлекается из циркона.Цирконий производится тем же способом, что и титан. Эти минералы циркония обычно имеют содержание гафния, которое варьируется от нескольких десятых долей процента до нескольких процентов. Для некоторых целей разделение двух элементов не важно: цирконий, содержащий около 1 процента гафния, так же приемлем, как и чистый цирконий.

Цирконий наиболее часто используется в ядерных реакторах для покрытия топливных стержней, для легирования ураном и для конструкций активной зоны реактора из-за его уникального сочетания свойств.Цирконий обладает хорошей прочностью при повышенных температурах, устойчив к коррозии от быстро циркулирующих хладагентов, не образует высокорадиоактивных изотопов и выдерживает механические повреждения от нейтронной бомбардировки. Гафний, присутствующий во всех циркониевых рудах, должен быть тщательно удален из металла, предназначенного для использования в реакторах, поскольку гафний сильно поглощает тепловые нейтроны.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Разделение гафния и циркония обычно осуществляется методом противоточной экстракции жидкость-жидкость.В этой методике неочищенный тетрахлорид циркония растворяют в водном растворе тиоцианата аммония, а метилизобутилкетон пропускают противотоком к водной смеси, в результате чего предпочтительно экстрагируется тетрахлорид гафния.

Атомные радиусы циркония и гафния составляют 1,45 и 1,44 Å соответственно, а радиусы ионов Zr 4+ 0,74 Å и Hf 4+ 0,75 Å. Фактическая идентичность атомных и ионных размеров, возникающая в результате сокращения лантаноидов, делает химическое поведение этих двух элементов более похожим, чем для любой другой известной пары элементов.Хотя химия гафния изучена меньше, чем циркония, они настолько похожи, что можно ожидать лишь очень небольших количественных различий - например, в растворимости и летучести соединений - в случаях, которые фактически не исследовались.

Цирконий поглощает кислород, азот и водород в удивительных количествах. При температуре около 800 ° C (1500 ° F) он химически соединяется с кислородом с образованием оксида ZrO 2 . Цирконий восстанавливает такие тугоплавкие материалы для тиглей, как оксиды магния, бериллия и тория.Это сильное сродство к кислороду и другим газам объясняет его использование в качестве геттера для удаления остаточных газов в электронных лампах. При нормальной температуре воздуха цирконий пассивен из-за образования защитной пленки из оксида или нитрида. Даже без этой пленки металл устойчив к действию слабых кислот и кислых солей. Лучше всего его растворять в фтористоводородной кислоте, при которой образование анионных фторокомплексов важно для стабилизации раствора. При нормальных температурах он не особенно реакционноспособен, но при повышенных температурах становится весьма реактивным с множеством неметаллов.Из-за своей высокой коррозионной стойкости цирконий нашел широкое применение при производстве насосов, клапанов и теплообменников. Цирконий также используется в качестве легирующего агента при производстве некоторых магниевых сплавов и в качестве добавки при производстве некоторых сталей.

Цирконий природный представляет собой смесь пяти стабильных изотопов: цирконий-90 (51,46 процента), цирконий-91 (11,23 процента), цирконий-92 (17,11 процента), цирконий-94 (17,40 процента), цирконий-96 (2,80 процента). . Существует два аллотропа: ниже 862 ° C (1584 ° F) гексагональная плотноупакованная структура, выше этой температуры объемно-центрированная кубическая.

Соединения

Цирконий преимущественно находится в степени окисления +4 в своих соединениях. Однако известны некоторые менее стабильные соединения со степенью окисления +3. (Наиболее важным аспектом, в котором цирконий отличается от титана, является то, что более низкие степени окисления имеют второстепенное значение.) Увеличенный размер атомов делает оксиды более основными, а химический состав воды несколько более обширным и позволяет достичь координационных чисел 7 и, довольно часто 8 в ряде соединений циркония.

Различные соединения циркония находят важное применение в промышленности. Среди них диоксид циркония (также называемый диоксидом циркония), ZrO 2 , твердое белое или желто-коричневое твердое вещество с высокой температурой плавления - около 2700 ° C (4892 ° F). Он широко используются в качестве ювелирного алмаза, имитирующего абразива, огнеупорного материала, и компонента кислото- и щелочестойких стекол и керамики, используемой в топливных элементах.

Другие важные промышленные соединения циркония включают тетрахлорид ZrCl 4 и сульфат Zr (SO 4 ) 2 ∙ 4H 2 O.Полученный путем хлорирования карбида или оксида циркония, тетрахлорид циркония используется для получения органических соединений циркония и в качестве катализатора в таких реакциях, как крекинг нефти и полимеризация этилена. Сульфат циркония, полученный действием серной кислоты на гидроксид циркония, Zr (OH) 4 , используется в качестве смазки, химического реагента и при дублении белой кожи.

.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Цирконий - это химический элементарный металл. Это серовато-белый цвет. Это атомный номер 40 в периодической таблице. Его символ - Zr. И это в семье из четырех (4) человек. Сплавы циркония используются в качестве оболочки для стержней ядерного топлива.

  • Циркон
Цирконий, кристаллический стержень
  • v
  • t
  • e
Периодическая таблица
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
2 Li Be B С N O F Ne
3 Na мг Al Si P S Cl Ar
4 К Ca сбн Ti В Кр млн Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge Как Se руб. кр
5 руб. Sr Y Zr Nb Пн Tc Ru Rh Pd Ag Кд В Sn Сб Te I Xe
6 Cs Ba Ла Ce пр. Nd вечера см Eu Gd Тб Dy Хо Er Тм Yb Лю Hf Ta Вт Re Ос Ir Pt Au рт. тл Pb Bi Po в р-н
7 пт. Ra Ac Чт Па U Np Pu Am см Bk Cf Es Fm мкр Нет Lr Rf Дб Sg Bh Hs тонн Ds Rg Cn Nh эт. Mc Ур. Ц Ог
Щелочной металл Щелочноземельный металл лантаноид Актинид Переходный металл Пост переходный металл Металлоид Реактивный неметалл Благородный газ Неизвестно
химические
свойств
Эту короткую статью о химии можно сделать длиннее.Вы можете помочь Википедии, добавив к ней .
Орган контроля
  • BNF: cb119820825 (данные)
  • Земля: 4190943-4
  • LCCN: sh85149899
  • NDL: 00574852
.

фактов о цирконии | Живая наука

Цирконий - это серебристо-серый переходный металл, тип элемента, который является ковким и пластичным и легко образует стабильные соединения. Он также обладает высокой устойчивостью к коррозии. Цирконий и его сплавы веками использовались самыми разными способами.

Обычно используется в агрессивных средах. По данным Chemicool, циркониевые сплавы можно найти в трубах, фитингах и теплообменниках. Цирконий также используется в стальных сплавах, цветной глазури, кирпиче, керамике, абразивных материалах, лампах-вспышках, нити ламп, искусственных драгоценных камнях и некоторых дезодорантах, согласно данным Minerals Education Coalition.

Другие применения циркония включают каталитические преобразователи, печные кирпичи, лабораторные тигли, хирургические инструменты, телевизионное стекло, удаление остаточных газов из вакуумных трубок и в качестве упрочняющего агента в сплавах, таких как сталь, согласно Lenntech. Кроме того, по данным лаборатории Джефферсона, карбонат циркония используется для лечения ядовитого плюща.

Цирконий был обнаружен в звездах S-типа, Солнце, метеоритах и ​​в лунных породах, по данным Лос-Аламосской национальной лаборатории. Согласно анализу образцов лунных пород из различных миссий Аполлона, лунные породы, по-видимому, имеют удивительно высокое содержание циркона по сравнению с земными породами.

Источниками циркония на Земле в основном являются минералы циркон и бадделеит (диоксид циркония), которые, по данным Коалиции по образованию в области минералов, добываются в США, Австралии, Бразилии, Южной Африке, России и Шри-Ланке. Согласно Chemicool, естественное содержание циркония в земной коре составляет 165 частей на миллион по весу.

Просто факты

  • Атомный номер (количество протонов в ядре): 40
  • Символ атома (в периодической таблице элементов): Zr
  • Атомный вес (средняя масса атома): 91.22
  • Плотность: 3,77 унции на кубический дюйм (6,52 грамма на куб см)
  • Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
  • Точка плавления: 3 362 градуса по Фаренгейту (1850 градусов Цельсия)
  • Точка кипения: 7 952 F (4400 C)
  • Количество естественных изотопов (атомов одного элемента с разным количеством нейтронов): 5. Также в лаборатории создано 20 искусственных изотопов.
  • Наиболее распространенные изотопы: Zr-90 (51,5 процента естественного содержания), Zr-94 (17,38 процента естественного содержания), Zr-92 (17.15 процентов от естественного содержания), Zr-91 (11,2 процента от естественного содержания), Zr-96 (2,8 процента от естественного содержания).

Электронная конфигурация и элементные свойства циркония. (Изображение предоставлено Грегом Робсоном / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

История

Циркон, драгоценный камень, бывает синего, желтого, зеленого, коричневого, оранжевого, красного и иногда пурпурного цветов. Слово происходит от персидского «заргун» или «золотой цвет». По словам голландского историка Петера ван дер Крогта, он веками использовался в украшениях и других украшениях.По данным Minerals.net, он больше напоминает алмаз, чем любой другой природный драгоценный камень. В средние века считалось, что циркон вызывает сон, способствует богатству, чести и мудрости, а также отгоняет эпидемии и злых духов.

Мартин Генрих Клапрот, немецкий химик, обнаружил цирконий в 1789 году в образце циркона из Шри-Ланки, согласно Chemicool. В состав образца входило 25 процентов кремнезема, 0,5 процента оксида железа и 70 процентов нового оксида, который он назвал цирконердом (или «цирконом земли»).Клапрот также позже обнаружил цирконерд в гиацинте, бледно-желтой разновидности циркона, но, по словам ван дер Крогта, он не смог отделить металл.

Сэр Хамфри Дэви, английский химик, попытался отделить цирконерд, чтобы получить чистый цирконий, в 1808 году с помощью электролиза, но безуспешно, согласно Chemicool. Однако, по словам ван дер Крогта, он предложил название цирконий для самого металла.

Йонс Дж. Берцелиус, шведский химик, выделил цирконий в 1824 году, согласно Chemicool.Он произвел цирконий в виде черного порошка в результате нагрева железной трубки, содержащей смесь фторида циркония и калия (Kr 2 ZrF 6 ).

Антон Эдуард ван Аркель и Ян Хендрик де Бур, голландские химики, получили чистый цирконий в 1925 году путем нагревания тетрахлорида циркония (ZrCl 4 ) с магнием, согласно данным Королевского химического общества. Согласно Chemicool, с помощью этого метода был получен брусок из чистого циркония.

Кто знал?

  • Циркон иногда путают с кубическим цирконием, недорогим синтетическим имитатором алмаза.Однако, согласно Minerals.net, эти два вещества являются совершенно разными веществами и не имеют никакой связи друг с другом, за исключением того, что оба они содержат цирконий в своей химической структуре.
  • По данным Lenntech, ежегодно производится около 7000 тонн металлического циркония.
  • Цирконий соединяется с силикатом, образуя циркон из натурального полудрагоценного камня, согласно Chemicool. Цирконий в сочетании с диоксидом создает кубический диоксид циркония, который обычно используется в качестве заменителя алмазов.
  • Цирконий имеет очень низкую токсичность, и, по оценкам Lenntech, люди потребляют около 50 микрограммов (1,8 x 10-6 унций) в день, большая часть из которых проходит через пищеварительную систему, не всасываясь.
  • По данным Коалиции по образованию в области минералов, человеческое тело на 0,000001% состоит из циркония.
  • Согласно Chemicool, использование цирконата лития может быть полезным для поглощения избытка диоксида углерода из атмосферы.
  • Породы с цирконом, обнаруженные в Австралии в 2000 году, датированы 4 годом.Возраст 4 миллиарда лет и соотношение изотопов кислорода (O16 / O18) показали, что жизнь на Земле зародилась почти на 500 миллионов лет раньше, чем считалось ранее, согласно статье, написанной Джоном Эмсли, научным писателем, опубликованной в Nature в 2014 году.
  • По данным Chemicool, циркониевый порошок может самовоспламеняться на воздухе. По словам Эмсли, из-за этого свойства порошкообразный цирконий иногда используется во взрывных устройствах.
  • По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, порошок циркония может вызывать раздражение глаз при кратковременном воздействии и может быть вредным для легких при длительном или многократном воздействии.

Текущие исследования

Потому что цирконий, несмотря на высокую коррозионную стойкость и прочность, присутствует в нескольких соединениях в различных медицинских целях. Согласно Zirconia Concept, использование соединений циркония в медицине началось в 1969 году, когда они использовались для изготовления протезов бедра. Протезы из диоксида циркония (ZrO 2 ) были разработаны в качестве альтернативы титану, стали и алюминию, и было показано, что они более эластичны и обладают лучшей биосовместимостью. Приблизительно 300 000 пациентов за последние четыре десятилетия с протезами из диоксида циркония не показали отрицательных отзывов.

Диоксид циркония также широко используется в зубных реставрациях, согласно Zirconia Concept, и обычно стабилизируется оксидом иттрия (ZrO 2 Y 2 O 3 ). Соединение оксида иттрия и циркония имеет много преимуществ по сравнению с другими материалами. Она более совместима с человеческим телом, имеет вдвое большую прочность на изгиб и в четыре раза большую прочность на сжатие, чем сталь. Он также обладает большей устойчивостью к кислотным основаниям, содержащимся во многих продуктах питания.

Другие новые идеи использования циркониевых сплавов в медицине включают патент, поданный в 1999 году американскими изобретателями Джеймсом Дэвидсоном и Ли Тунебергом.Они описывают сплав, содержащий ниобий, титан, цирконий и молибден (NbTiZrMo), и его преимущества для стоматологических и других медицинских устройств. Цирконий в сплаве обеспечивает более высокие механические свойства, а также снижает температуру плавления (наряду с титаном), обеспечивает дополнительную стабилизацию и улучшает коррозионную стойкость.

Другой патент, поданный японскими учеными Шуичи Миядзаки, Хиён Ким и Йосуке Сато в 2012 году, описывает циркониевый сплав, обладающий сверхэластичными свойствами, который может использоваться в биологических и медицинских областях.Цирконий легирован титаном, ниобием и либо оловом, либо алюминием, либо обоими. Сплав подобен эластичности человеческих костей в соответствии со значениями модуля Юнга, что делает его идеальным материалом для использования внутри человеческого тела, включая искусственные кости, суставы и зубы, а также ортодонтические проволоки, стенты, костные пластины и другие медицинские имплантаты.

Несмотря на то, что цирконий и другие элементы в сплавах для стоматологического и медицинского применения нетоксичны, все еще продолжаются исследования, чтобы гарантировать, что сами материалы не будут иметь неблагоприятных побочных эффектов в долгосрочной перспективе.Одно из таких исследований группы ученых из Италии, опубликованное в PLOS One в 2016 году, на группе участников с ожирением показало, что может существовать связь между циркониевыми имплантатами и некоторыми проблемами со здоровьем, такими как воспаление и заболевания скелета и соединительной ткани. Количество изменений в определенных биологических маркерах (miRNA) было очень небольшим, и считается, что они накапливаются со временем, что может затруднить определение точной причины. Хотя необходимы дополнительные исследования, оно помогло понять связь между человеческим телом и имплантированными медицинскими устройствами.По словам авторов, цель состоит в том, чтобы использовать преимущества мрРНК для содействия заживлению ран и интеграции хозяина с имплантатом.

Дополнительные ресурсы

.

Смотрите также