Цирконий: различия между версиями

[непроверенная версия][непроверенная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
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 (т.температура самовоспл.самовоспламенения — 250 °C) практически без выделения дыма, с высокой скоростью и развивая наиболее высокую температуру из всех металлических горючих (4650 °C). За счет высокой температуры образующаяся двуокись циркония излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и феерверковфейерверков), производстве химических источников света применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ — фотоавиабомбы). В этой сфере повышеный интерес имеет не только металлический цирконий но и его сплавы с [[церий|церием]] (значительно больший световой поток). Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями ([[бертолетова соль]]) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя [[гремучая ртуть|гремучую ртуть]] и [[азид свинца]].
 
==== [[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.
 
Одно время были популярны [[браслет]]ы из циркония, якобы снижающие [[артериальное давление]], но реального терапевтического действия они не оказывают[http://www.solidarnost.org/article.php?issue=12&section=17&article=187].
 
==== [[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, т.так к.как в 3—4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяются в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в [[кермет]]ах — керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C. Двуокись — глушитель [[эмаль|эмалей]], придает им белый и непрозрачный цвет. На основе кубической модификации двуокиси циркония стабилизированной [[скандий|скандием]], [[иттрий|иттрием]], редкими землями получают материал — [[фианит]] (от [[ФИАН]]а где он был впервые получен), фианит применяется в качестве оптического материала с большим коэффициентом преломления (линзы плоские), в медицине (хирургический инструмент), в качестве синтетического ювелирного камня (дисперсия, показатель преломления и игра цвета больше чем у [[бриллиант]]а), при получении синтетических волокон, и производстве некоторых видов проволоки (волочение). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов устойчивых на воздухе при очень высокой температуре.
 
'''[[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 долл/кг[[доллар США|долларов США]] за килограмм.
 
'''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 применяетсяслужит для покрытия цирконием в виде тонких плёнок с помощью термического разложения его на различных поверхностях. Так же гидрид циркония применяется в качестве компонента ракетного топлива.
 
== Биологическая роль и физиологическое действие ==
Цирконий не играет биологической роли в организме. Жителям [[России]] памятны пресловутые Циркониевыециркониевые браслеты, рекламируемые [[Вахтанг Кикабидзе|В.Кикабидзе]], якобы снижающие [[артериальное давление]], но реального терапевтического действия они не оказывают[http://www.solidarnost.org/article.php?issue=12&section=17&article=187].
 
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]
 
{{Chem-stub}}
{{Шаблон:Периодическая система элементов}}
 
Строка 70 ⟶ 135 :
[[bs:Cirkonijum]]
[[ca:Zirconi]]
[[cs:Zirkonium]]
[[co:Zirconiu]]
[[cs:Zirkonium]]
[[da:Zirconium]]
[[de:Zirkonium]]
[[en:Zirconium]]
[[eo:Zirkonio]]
[[es:Circonio]]
[[et:Tsirkoonium]]
[[fies:ZirkoniumCirconio]]
[[eo:Zirkonio]]
[[fr:Zirconium]]
[[ko:지르코늄]]
[[he:זירקוניום]]
[[hr:Cirkonij]]
[[huio:CirkóniumZirkonio]]
[[id:Zirkonium]]
[[io:Zirkonio]]
[[is:Sirkon]]
[[it:Zirconio]]
[[he:זירקוניום]]
[[ja:ジルコニウム]]
[[jbo:jinmrzirkoni]]
[[ko:지르코늄]]
[[ku:Zîrkonyûm]]
[[la:Zirconium]]
[[lv:Cirkonijs]]
[[lb:Zirkonium]]
[[lt:Cirkonis]]
[[lvjbo:Cirkonijsjinmrzirkoni]]
[[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]]
[[shru:CirkonijumЦирконий]]
[[simple:Zirconium]]
[[sk:Zirkónium]]
[[sl:Cirkonij]]
[[sr:Цирконијум]]
[[sh:Cirkonijum]]
[[fi:Zirkonium]]
[[sv:Zirkonium]]
[[th:เซอร์โคเนียม]]
[[tr:Zirkonyum]]
[[ug:سىركونىي]]
[[uk:Цирконій]]
[[uz:Sirkoniy]]