زیرکونیوم
زیرکونیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Zr و عدد اتمی آن 40 میباشد. فلزی فروزنده به رنگ سفید و طوسی است که قابلیت تغییر از حالتی به حالت دیگر را داشتده و شبیه تیتانیوم میباشد. زیرکونیوم به طور عمده از زیرکون بدست می آید و در برابر زنگ زدگی بسیار مقاوم است. . زیرکونیوم عمدتا در راکتورهای اتمی برای جذب کردن نوترون و برای ساختن فلزاتی که در برابر زنگ زدگی مقاوم هستند استفاده میشود.
خصوصیات قابل توجه
زیرکونیوم فلزی به رنگ سفید-طوسی و فروزنده میباشد 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 میشود (مشتعل کردن این فلز در حالت جامد بسیار دشوارتر است. ) فلز Zirconium Zinc در دمای پایین تر از 35k خاصیت آهن ربایی پیدا میکند. حالت اکسیداسیوم متداول برای زیرکونیوم +2و+3و+4 است.
کاربردها
مهمترین کاربردهای زیرکونیوم در صنعت سفال سازی به صورت جسم نسوز و ماسه ریخته گری میباشد. همچنین به عنوان سنگ جواهر مورد استفاده در جواهرات به بازار عرضه شده و اکسید آن برای تولید کردن محرک الماس و زیرکونیای مکعبی شکل تهیه شده است.
استفاده های دیگر آن عبارتند از :
زیرکونیونم 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 90% محصولات فلز زیرکونیوم به مصرف تجاری در تولید نیروی اتمی میرسد. . رآکتورهای جدید تجاری میتوانند نیم میلیون فوت فلز زیرکونیوم را برای لوله سازی به کار ببرند.
زیرکونیوم به طور گسترده توسط صنایع شیمیایی برای لوله کشی در محیط خورنده استفاده می شود.
زیرکونیوم آتش زا است و در جنگل ها برای آتش زدن استفاده می شده است.
کربن آن به عنوان محلول ضد عفونی کننده 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 و به عنوان جسم نسوز در صنایع شیشه سازی و سفال سازی به کار میرود.
بافت انسانی به راحتی میتواند این آهن را به صورت مفاصل و بازوهای مصنوعی تحمل کند.
همچنین در تهویه کننده های هوا به عنوان گیرنده در لوله جارو برقی رشته های لامپ و فلزات خاص دیگر استفاده می شود.
آلیاژ زیرکونیوم و Niobium خاصیت ابر رسانایی در دماهای پایین را برای زیرکونیوم در بر دارد که برای ساختن آهن رباهای بسیار قوی توسط نیروی الکتریکی در مقیاس زیاد استفاده میشود.
تاریخچه
این عنصر که نام آن از Zarkn عربی و Zargn فارسی گرفته شده است در سال 1789 توسط Laproth کشف شد و در سال 1824 توسط Jons Jakob Berzelius به صورت مجزا به دست آمد.
زیرکونیوم که شامل زیرکون معدنی و دیگر واریاسونها مانند Jargon, Hyacinth Jiacnith, ligure میباشد در نوشته های کتاب مقدس ذکر شده است. تا زمانی که Laproth jargonرا 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 به وسیله حرارت دادن مخلوطی از پتاسیوم و فلوئورید زیرکونیوم پتاسیوم در یک فرایند تجزیه در یک لوله آهنی تجزیه شد. زیرکونیوم خالص تا سال 1914 بدست نیامد.
پیدایش
زیرکونیوم هیچوقت در طبیعت به صورت آزاد یافت نمیشود. اصلی ترین منبع اقتصادی زیرکونیوم معدن سیلکات زیرکونیوم است . زیرکون ZrSiO4 در استرالیا برزیل هند روسیه و ایالات متحده وجود دارد. زیرکون به صورت پودر بی رنگ یا ماده بلوری و طوسی رنگ استخراج میشود. زیرکونیوم و Hafnium به نسبت 50 به 1 در زیرکون وجود دارند و جدا کردن آنها بسیار دشوار است. زیرکون فراورده فرعی معدن کاری و فرایند تهیه شنهای معادن سنگین برای معادن تیتانیوم Ilmenite و Rutile یا معادن قلع است. همچنین زیرکونیوم در 30 نوع از معادن دیگر که شامل Baddeleyite میشود وجود دارد. این فلز با کم کردن کلرید بوسیله منیزیم در فرآیند kroll تولید می شود البته روشهای دیگری نیز برای تولید این فلز وجود دارد. زیرکونیوم با کیفیت اقتصادی و تجاری نیز حاوی 1 تا 3 درصد hafnium است.
این فلز همچنین در ستاره های S-Type بسیار فراوان است و در خورشید و سنگهای آسمانی نیز شناسایی شده است. نمونه سنگهای قمری که در چندین ماموریت Apollo جمع آوری شده اند نشان میدهند که این سنگها به نسبت صخره های زمینی از مقدار بسیار بیشتری اکسید زیرکونیوم برخوردارند.
ایزوتوپها
زیرکونیوم طبیعی از 4 ایزوتوپ پایدار و یک ایزوتوپ رادیواکتیو Zr-96 که طول عمر درازی دارد تشکیل شده است. دومین ایزوتوپ رادیو اکتیو و پایدار این عنصر Zr-93 است که نیمه عمر آن 1.53 میلیون سال میباشد. برای این عنصر 18 ایزوتوپ رادیو اکتیو دیگر شناسایی شده اند که بیشتر آنها نیمه عمری کمتر از یک روز دارند به جز Zr-95 با نیمه عمر 64.02 روز Zr-88 با نیمه عمر 63.4 روز و Zr-89 با نیمه عمر 78.4 ساعت. حالت Decay اولیه قبل از Zr-92 الکترون گیری و حالت اولیه بعد از آن خوردگی بتا میباشد.