Zirkonium | toto. Co je zirkonium?

Zr, chemický prvek skupiny IV periodické tabulky Mendělejeva; atomové číslo 40, atomová hmotnost 91,22; stříbřitě bílý kov s charakteristickým leskem. Je známo pět přirozených izotopů uhlíku: 90 Zr (51,46 %), 91 Zr (11,23 %), 92 Zr (17,11 %), 94 Zr (17,4 %), 96 Zr (2,8 %). Z umělých radioaktivních izotopů je nejdůležitější 95 Zr (T_1/2 = 65 dnů); používá se jako izotopový indikátor (viz izotopové indikátory).

Historické informace. V roce 1789 německý chemik M. G. Klaproth, jako výsledek analýzy minerálu Zircon, izolovaný oxid zirkoničitý poprvé získal v roce 1824 J. Berzelius, a plast – v roce 1925 holandskými vědci A. van Arkelem a I. de Boerem při tepelné disociaci jodidů zinečnatých.

Distribuce v přírodě. Průměrný obsah uhlíku v zemské kůře (clarke) je 1,7․10 -2 % hm., v žulách, pískovcích a jílech je mírně vyšší (2․10 -2 %)., než v bazických horninách (1,3․10 -2 %). Maximální koncentrace vápníku je v alkalických horninách (5․10 -2 %). C. se slabě účastní vodní a biogenní migrace. Mořská voda obsahuje 0,00005 mg / l C. je známo 27 minerálů C.; Baddeleyit ZrO má průmyslový význam₂, zirkon. Hlavní typy ložisek uhlíku jsou: alkalické horniny s malakonem a citrolitem; magnetit-forsterit-apatitové horniny a karbonátity s baddeleyitem; pobřežně-mořské a eluviální-deluviální rýžoviště.

Fyzikální a chemické vlastnosti. C. existuje ve dvou krystalických modifikacích: α-forma s hexagonální uzavřenou mřížkou (а = 3,228 Á; с = 5,120 Å) a β-forma s kubickou mřížkou centrovanou na tělo (а = 3,61 Á). K přechodu α → β dochází při 862 °C. Hustota α-C. (20 °C) 6,45 g/cm3; t_pl 1825 ± 10 °C; t_žok 3580–3700 °C; měrná tepelná kapacita (25–100 °C) 0,291 kJ/(kg․К) [0,0693 CAL/(г․° C)], součinitel tepelné vodivosti (50 °C) 20,96 út/(м․К) [0,050 CAL/(cm․sec․°С)]; teplotní koeficient lineární roztažnosti (20-400 °C) 6,9․10 -6; elektrický odpor vysoké čistoty (20°C) 44,1 MKOM․cm. teplota přechodu do stavu supravodivosti 0,7 K. C. paramagnetická; Specifická magnetická susceptibilita se s ohřevem zvyšuje a při -73 °C se rovná 1,28․10 -6 a při 327 °C – 1,41․10 -6. Průřez tepelného záchytu neutronů (0,18 ± 0,004)․10 -28 m 2 , příměs hafnia tuto hodnotu zvyšuje. Čistý uhlík je plastický a snadno zpracovatelný za studena i za tepla (válcování, kování, lisování). Přítomnost malého množství kyslíku, dusíku, vodíku a uhlíku rozpuštěných v kovu (nebo sloučeninách těchto prvků s uhlíkem) způsobuje křehkost kovu (20 °C) 97 Gn/m2 (9700 kgf/mm 2 ); pevnost v tahu 253 Mn/m2 (25,3 kgf/mm 2 ); Tvrdost podle Brinella 640—670 Mn/m2 (64–67 kgf/mm 2 ); Obsah kyslíku má velmi silný vliv na tvrdost: při koncentraci vyšší než 0,2 % nelze uhlík opracovat za studena.

Externí elektronická konfigurace atomu Zr 4d 2 5s 2 . C. se vyznačuje oxidačním stavem +4. Nižší oxidační stavy +2 a +3 jsou známy u C. pouze u jeho sloučenin s chlorem, bromem a jódem. Kompaktní zirkonium pomalu začne oxidovat během 200–400 °C a pokryje se filmem oxidu zirkoničitého (viz oxid zirkoničitý).₂; nad 800 °C intenzivně interaguje s kyslíkem ve vzduchu. Práškový kov je samozápalný – na vzduchu se může za běžných teplot vznítit. C. aktivně absorbuje vodík již při 300 °C, tvoří pevný roztok a hydridy ZrH a ZrH₂; při 1200–1300 °C ve vakuu se hydridy disociují a veškerý vodík lze z kovu odstranit. S dusíkem tvoří ZrN nitrid ZrN při 700–800 °C. Zerg interaguje s uhlíkem při teplotách nad 900 °C za vzniku karbidu ZrC. Karbid a nitrid uhlíku jsou pevné, žáruvzdorné sloučeniny; C. karbid – meziprodukt pro výrobu ZrCl₄. C. za běžných teplot reaguje s fluorem a při teplotách nad 200 °C s chlorem, bromem a jodem za vzniku vyšších halogenidů ZrX₄ (kde X je halogen). C. je stálý ve vodě a vodní páře do 300 °C, nereaguje s kyselinou chlorovodíkovou a sírovou (do 50 %), ani s roztoky alkálií (C. je jediný kov, který je stálý v alkáliích obsahujících amoniak ). Reaguje s kyselinou dusičnou a aqua regia při teplotách nad 100 °C. Rozpouští se v fluorovodíkové a horké koncentrované (nad 50%) kyselině sírové. Z kyselých roztoků lze izolovat soli odpovídajících kyselin různého složení, v závislosti na koncentraci kyseliny. Krystalický hydrát Zr (SO₄)₂․4H₂Ó; ze zředěných roztoků – zásadité sírany obecného vzorce xZrO₂ySO₃․zH₂O (kde х: y > 1). Při 800–900 °C se sírany zinečnaté zcela rozkládají za vzniku oxidu zinečnatého Zr (NO), který krystalizuje z roztoků kyseliny dusičné₃)₄․5H₂O nebo ZrO (č₃)₂․xH₂O (kde х = 2-6), z roztoků kyseliny chlorovodíkové – ZrOCl₂․8H₂O, který se dehydratuje při 180–200 °C.

Příjem. V SSSR je hlavním průmyslovým zdrojem uhlíku minerální zirkon ZrSiO₄. Zirkoniové rudy jsou obohacovány gravitačními metodami s čištěním koncentrátů magnetickou a elektrostatickou separací. Kov se získává z jeho sloučenin, na jejichž výrobu se koncentrát nejprve rozloží. K tomuto účelu se používá: 1) chlorace v přítomnosti uhlí při 900–1000 °C (někdy s předběžnou karbidizací při 1700–1800 °C k odstranění hlavní části křemíku ve formě vysoce těkavého SiO); tím vzniká ZrCl₄, který je sublimován a zachycen; 2) fúze s louhem sodným při 500–600 °C nebo se sodou při 1100 °C: ZrSiO₄ + 2Na₂CO₃ = Na₂ZrO₃ +Na₂SiO₃ + 2 CO₂; 3) slinování c. vápno nebo uhličitan vápenatý (s přídavkem CaCl₂) při 1100–1200 °C: ZrSiO₄ + 3CaO = CaZrO₃ + Líbí se mi₂SiO₄; 4) fúze s fluorokřemičitanem draselným při 900 °C: ZrSiO₄ + K.₂SiF₆ = K.₂ZRF₆ + 2SiO₂. Z koláče nebo taveniny získané v případech alkalického otevírání (2,3) se nejprve odstraní sloučeniny křemíku vyluhováním vodou nebo zředěnou kyselinou chlorovodíkovou a poté se zbytek rozloží kyselinou chlorovodíkovou nebo sírovou; v tomto případě se tvoří oxychlorid a sulfáty. Fluorozirkonátový koláč (4) se při zahřívání zpracuje okyselenou vodou; v tomto případě přechází do roztoku fluorozirkoničitan draselný, jehož 75-90 % se uvolní při ochlazení roztoku.

K izolaci sloučenin zinku z kyselých roztoků se používají následující metody: 1) krystalizace oxychloridu zinečnatého ZrOCl₂․8H₂O při odpařování roztoků kyseliny chlorovodíkové; 2) hydrolytické srážení zásaditých síranů C. xZrO₂ySO₃(zH₂O z roztoků kyseliny sírové nebo kyseliny chlorovodíkové; 3) krystalizace síranu C.Zr (SO₄)₂ při přidávání koncentrované kyseliny sírové nebo při odpařování roztoků kyseliny sírové. V důsledku kalcinace síranů a chloridů se získává ZrO₂.

C. sloučeniny získané z rudných surovin obsahují vždy příměs hafnia. C. se od této nečistoty odděluje frakční krystalizací K₂ZRF₆, extrakce z kyselých roztoků organickými rozpouštědly (např. tributylfosfát), iontoměničové metody, selektivní redukce tetrachloridů (ZrCl₄ a HfCl₄).

C. ve formě prášku nebo houby se získává metalotermickou redukcí ZrCl₄K₂ZRF₆ a ZrO₂. Chlorid se redukuje hořčíkem nebo sodíkem, fluorozirkoničitan draselný sodíkem a oxid vápenatý vápníkem nebo jeho hydridem. Elektrolytický práškový zinek se získává z taveniny směsi solí halogenidů zinku a chloridů alkalických kovů. Kompaktní kujný uhlík se vyrábí tavením stlačené houby nebo prášku, který obvykle slouží jako spotřební elektroda, ve vakuové obloukové peci. Vysoce čisté kovy se vyrábějí tavením ingotů elektronovým paprskem získaných v obloukových pecích nebo tyčích po rafinaci jodidem.

Aplikace. Slitiny na bázi zirkonia, čištěné od hafnia, se používají především jako konstrukční materiály v jaderných reaktorech, což je dáno malým průřezem pro záchyt tepelných neutronů (viz slitiny zirkonia). C. je součástí řady slitin (na bázi hořčíku, titanu, niklu, molybdenu, niobu a dalších kovů) používaných jako konstrukční materiály např. pro rakety a jiná letadla. Vinutí supravodivých magnetů je vyrobeno ze slitin zinku s niobem (viz supravodivý magnet). Zirkoniové žáruvzdorné materiály se používají ve slévárenské výrobě. Mezi nejběžnější piezokeramické materiály (piezokeramika) patří zirkoničitanová skupina – titaničitan olovnatý (například TsTS-23). V kovokeramických materiálech (cermetech) je kovovou složkou ZrO a keramickou složkou je jeho oxid ZrO₂. Při výrobě generátorových lamp slouží uhlíkový drát jako getr (viz Getry).

C. se používá jako korozivzdorný materiál v chemickém inženýrství. Přísady zinku slouží k dezoxidaci oceli a odstranění dusíku a síry z ní. Práškový uhlík se používá v pyrotechnice a při výrobě střeliva. C. sulfát je činidlem v kožedělném průmyslu.

lit.: Handbook of Rare Metals, ed. K. A. Hempel, přel. z angličtiny, M., 1965; Základy metalurgie, sv. 4, M., 1967; Zelikman A. N., Meerson G. A., Metalurgie vzácných kovů, M., 1973.

Velká sovětská encyklopedie. — M.: Sovětská encyklopedie. 1969-1978.