Цирконий: различия между версиями
[непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Gwinder (обсуждение | вклад) |
Димитрий (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
Строка 1:
{{Химический_элемент|Цирко́ний / Zirconium (Zr)<!-- Symbol-->|40<!-- Atomic Number-->|светло-серый, блестящий <br>металл, устойчив к коррозии<!-- Appearance-->|91,224<!-- Atomic Weight (u.m)-->|160<!-- Atomic Radius (pm)-->|659,7 (6,84)<!-- First Ionizing Energy (kJ/mol)-->|[Kr] 4d<sup>2</sup> 5s<sup>2</sup><!-- Electronic Configuration-->|145<!-- Covalent Radius
(pm)-->|(+4e)79 <!-- Ionic Radius (pm)-->|1,33<!-- Pauling Negativity Number-->|0<!--Electrode potential30-->|0, +1, +2, +3, +4<!-- Oxidation states-->|6,506<!-- Density (g/cm³) -->|0,281<!-- Specific Heat (@20°C J/g mol)-->|22,7<!-- Termal Conductivity (@25°C W/m K)-->|2125<!-- Melting Point (K)-->|19,2<!-- Fusion Heat (kJ/mol)-->|4650<!-- Boiling Point (K)-->|567<!-- Evaporation Heat (kJ/mol)-->|14,1<!-- Atomic Volume (cm³/mol)-->|гексагональная<!-- Lattice structure-->|3,230<!-- Lattice constant (Å)-->|1,593<!-- Lattice c/a ratio-->|250,00<!-- Debye temperature (K)-->}}
<!--
Название|Атомный номер| Внешний вид|Атомный вес|Радиус атома|Энергия ионизации|Электронная конфигурация|Ковалентный радиус|Радиус иона|Электроотрицательность|Электродный потенциал|Степени окисления|Плотность|Удельная теплоёмкость|Теплопроводность|Температура плавления|Теплота плавления|Температура кипения|Теплота испарения|Молярный объём|Структура решётки|Период решётки|Отношение c/a|Температура Дебая
Строка 6:
== История и происхождение названия ==
'''Цирко́ний''' в виде [[Диоксид циркония|двуокиси]] впервые был выделен в [[1789|1789 г.]] немецким химиком [[Клапрот, Мартин Генрих|М. Г. Клапротом]] в результате анализа [[циркон]]а. Элемент цирконий получил в 1829 швед [[Берцелиус, Йёнс Якоб|Й. Я. Берцелиус]], восстанавливая фторцирконат калия K<sub>2</sub>[ZrF<sub>6</sub>] металлическим [[натрий|натрием]]:
Происхождение самого слова '''циркон''' неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn (киноварь) или от персидского zargun (золотистый цвет).▼
K<sub>2</sub>[ZrF<sub>6</sub>] + 4Na = Zr↓ + 2KF + 4NaF.
Этот цирконий имел много примесей. Чистый цирконий был получен в 1925 А. ван Аркелем.
▲Происхождение самого слова '''циркон''' неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn ([[киноварь]]) или от персидского zargun (золотистый цвет).
== Нахождение в природе ==
Содержание в [[земной коре]] 0,02 % по массе. В свободном виде не встречается. Образует более 30 [[минерал]]ов, из которых важнейшими являются [[циркон]] ZrSiO<sub>4</sub>, [[бадделеит]] ZrO<sub>2</sub> и [[эвдиалит]] (Na,Ca)<sub>6</sub>ZrOH(Si<sub>3</sub>O<sub>9</sub>)<sub>2</sub>(OH,Cl)<sub>2</sub>.
== Получение ==
Обогащенную циркониевую [[руда|руду]] спекают при 600—700°C с фторсиликатом калия K<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> (фторидный способ):
K<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub> + ZrSiO<sub>4</sub> = K<sub>2</sub>ZrF<sub>6</sub> + 2SiO<sub>2</sub>.
Далее фторцирконат калия K<sub>2</sub>ZrF<sub>6</sub> (вместе с фторцирконатом гафния K<sub>2</sub>HfF<sub>6</sub>) выщелачивают водой, подвергают дробной [[кристаллизация|кристаллизации]] (для очистки от примеси гафния). Затем в расплаве цирконий восстанавливают [[электролиз]]ом.
При хлоридном способе руду хлорируют в присутствии [[кокс]]а, полученный тетрахлорид циркония ZrCl<sub>4</sub> очищают сублимационно-десублимационным методом, затем восстанавливают [[магний|магнием]]:
ZrCl<sub>4</sub> + 2Mg = Zr + 2MgCl<sub>2</sub>.
При использовании щелочного способа руду спекают с [[гидроксид натрия|гидроксидом натрия]] NaOH, [[карбонат натрия|содой]] Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> или смесью [[карбонат кальция|карбоната кальция]] CaCO<sub>3</sub> и [[хлорида кальция]]. Затем проводят кислотное выщелачивание Na<sub>2</sub>ZrO<sub>3</sub> или CaZrO<sub>3</sub>. Чистый Zr получают термическим разложением тетраиодида ZrI<sub>4</sub> в парах.
== Физико-химические свойства ==
Цирконий — серебристо-серый [[металл]].
Существует в двух модификациях. Ниже 863 °C устойчива гексагональная a-модификация с параметрами элементарной ячейки a = 0,3231 нм, c = 0,5146 нм. Плотность a-Zr 6,51 кг/дм3. Выше 863 °C устойчива кубическая объемно-центрированная b-модификация с параметрами решетки а = 0,361 нм.
Чистый Zr пластичен, сваривается в инертной атмосфере. Наличие примесей [[кислород]]а, [[азот]]а, [[углерод]]а, [[водород]]а ухудшает [[пластичность]], [[твердость]], прочность на разрыв. При обычной температуре образует поверхностную оксидную пленку ZrO<sub>2</sub>.
При 400—500°C Zr реагирует с кислородом:
Zr + O2 = ZrO<sub>2</sub>.
С азотом при 400 °C образует нитрид циркония ZrN:
2Zr + N<sub>2</sub> = 2ZrN.
Тетрагалогениды циркония (ZrCl<sub>4</sub>, ZrBr<sub>4</sub> и ZrI<sub>4</sub>) образуются из простых веществ при нагревании до 200—400°C. При нагревании с сильными восстановителями металлическим порошкообразным цирконием тетрагалогениды циркония переходят в галогениды циркония низших [[степень окисления|степеней окисления]] (в ZrCl<sub>3</sub>, ZrCl<sub>2</sub> и ZrCl).
При нагревании выше 250 °C Zr поглощает водород с образованием соединения переменного состава ZrH<sub>х</sub>, выше 400 °C водород из этого соединения освобождается.
Цирконий взаимодействует с [[кислота]]ми, если возможно образование его [[анион]]ных [[комплексные соединения|комплексов]]. Так, мелко раздробленный цирконий растворяется в [[плавиковая кислота|плавиковой кислоте]]:
Zr + 6HF = H<sub>2</sub>[ZrF<sub>6</sub>] + 2H<sub>2</sub>↑,
в смеси [[азотная кислота|азотной]] и плавиковой кислот:
3Zr + 4HNO<sub>3</sub> + 18HF = 3H<sub>2</sub>[ZrF<sub>6</sub>] + 4NO↑ + 8H<sub>2</sub>O,
в [[царская водка|царской водке]]:
3Zr + 4HNO<sub>3</sub> + 18HCl = 3H<sub>2</sub>[ZrCl<sub>6</sub>] + 4NO↑ + 8H<sub>2</sub>O.
Цирконий устойчив к растворам [[щёлочь|щелочей]].
Диоксид ZrO<sub>2</sub> не реагирует с водой, концентрированными соляной HCl и азотной HNO<sub>3</sub> кислотами. Взаимодействует с концентрированной плавиковой и [[серная кислота|серной]] кислотами. С расплавленными щелочами ZrO<sub>2</sub> реагирует с образованием [[соли|солей]] — цирконатов:
ZrO2<sub></sub> + 2КOH = К<sub>2</sub>ZrO<sub>3</sub> + H<sub>2</sub>O.
При подкислении растворов цирконатов выделяется гидратированный [[гели|гелеобразный]] [[оксид]] ZrO<sub>2</sub>·xH<sub>2</sub>O (гидроксид циркония):
Na<sub>2</sub>ZrO<sub>3</sub> + HCl = NaCl + ZrO<sub>2</sub>·xH<sub>2</sub>O.
При нагревании ZrO<sub>2</sub>·xH<sub>2</sub>O теряет воду, превращаясь в ZrO<sub>2</sub>.
== Применение циркония и его соединений ==
В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов 20 века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено.
=== Металлический цирконий и его сплавы ===
==== [[Ядерная энергетика]] ====
Цирконий имеет очень малое [[сечение захвата]] тепловых [[нейтрон]]ов. Поэтому металлический цирконий, не содержащий [[гафний|гафния]], и его [[сплав]]ы применяются в атомной энергетике для изготовления [[тепловыделяющий элемент|тепловыделяющих элементов]], [[теплообменник]]ов и других конструкций [[ядерный реактор|ядерных реакторов]].
Строка 21 ⟶ 86 :
==== [[Пиротехника]] ====
Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (
==== [[Сверхпроводник]] ====
Сверхпроводящий сплав 75 % [[ниобий|Nb]] и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 [[Кельвин|K]]) выдерживает нагрузку до 100 000 А/см².
==== [[Конструкционный материал]] ====
В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких [[химический реактор|химических реакторов]], арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов.
'''Циркон «обезжелезненный»''' применяется в виде различных [[огнеупор]]ов для футеровки стекловаренных и металлургических печей. Он также применятся в производстве строительной керамики, эмалей и глазурей для сантехнических изделий.
Строка 33 ⟶ 98 :
==== [[Медицина]] ====
Цирконий обладает высокой стойкостью к воздействию биологических сред, даже более высокой, чем [[титан (элемент)|титан]], и отличной [[биосовместимость]]ю, благодаря чему применяется для создания [[кость|костных]], [[сустав]]ных и [[зуб]]ных [[протез]]ов, а также [[хирургия|хирургического]] инструмента.
==== [[Быт]] ====
Строка 40 ⟶ 103 :
=== Соединения ===
'''[[Диоксид циркония]]'''(т. пл. 2700 °C). Область применения — производство огнеупоров-бакоров (бакор — бадделеит-корундовая керамика). Применяется в качестве заменителя [[шамот]]а,
'''[[Диборид циркония]]''' — кермет. В различных смесях с нитридом тантала и карбидом кремния материал для производства [[резец (инструмент)|резцов]].
Цены на металлический цирконий в [[2006]] году составили в среднем 120
'''Карбид циркония''' (т. пл. 3530 °C) важнейший конструкционный материал для [[твердофазных ядерных реактивных двигателей]].
Строка 49 ⟶ 112 :
'''Бериллид циркония''' чрезвычайно твёрд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической технике (двигатели, сопла, реакторы, радиоизотопные электрогенераторы).
[[Гидрид циркония]] применяется в качестве компонента ракетного топлива, в атомной технике как весьма эффективный [[замедление нейтронов|замедлитель нейтронов]]. Также гидрид циркония
== Биологическая роль и физиологическое действие ==
Цирконий не играет биологической роли в организме. Жителям [[России]] памятны пресловутые
О воздействии соединений циркония на организм ничего не известно. Пыль циркония представляет собой вещество с большой пожаро- и взрывоопасностью, поскольку может самовоспламениться на воздухе.
== Изотопы ==
Строка 60 ⟶ 125 :
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Zr/key.html Цирконий на Webelements]
* [http://n-t.org/ri/ps/pb040.htm Цирконий в Популярной библиотеке химических элементов]
{{Шаблон:Периодическая система элементов}}
Строка 70 ⟶ 135 :
[[bs:Cirkonijum]]
[[ca:Zirconi]]
[[cs:Zirkonium]]▼
[[co:Zirconiu]]
▲[[cs:Zirkonium]]
[[da:Zirconium]]
[[de:Zirkonium]]
[[eo:Zirkonio]]▼
[[et:Tsirkoonium]]
[[
▲[[eo:Zirkonio]]
[[fr:Zirconium]]
[[ko:지르코늄]]▼
[[he:זירקוניום]]▼
[[hr:Cirkonij]]
[[
[[id:Zirkonium]]
[[is:Sirkon]]
[[it:Zirconio]]
▲[[he:זירקוניום]]
[[ja:ジルコニウム]]▼
▲[[ko:지르코늄]]
[[ku:Zîrkonyûm]]
[[la:Zirconium]]
[[lv:Cirkonijs]]
[[lb:Zirkonium]]
[[lt:Cirkonis]]
[[
[[hu:Cirkónium]]
[[nl:Zirkonium]]
▲[[ja:ジルコニウム]]
[[nn:Zirkonium]]▼
[[no:Zirkonium]]
▲[[nn:Zirkonium]]
[[oc:Zircòni]]
[[ug:سىركونىي]]▼
[[pl:Cyrkon (pierwiastek)]]
[[pt:Zircônio]]
[[ro:Zirconiu]]
[[
[[simple:Zirconium]]
[[sk:Zirkónium]]
[[sl:Cirkonij]]
[[sr:Цирконијум]]
[[sh:Cirkonijum]]
[[fi:Zirkonium]]
[[sv:Zirkonium]]
[[th:เซอร์โคเนียม]]
[[tr:Zirkonyum]]
▲[[ug:سىركونىي]]
[[uk:Цирконій]]
[[uz:Sirkoniy]]
|