زیرکونیوم

زیرکونیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Zr و عدد اتمی آن 40 می باشد. فلزی فروزنده به رنگ سفید و طوسی است که قابلیت تغییر از حالتی به حالت دیگر را داشته و شبیه تیتانیوم می باشد. زیرکونیوم به طور عمده از زیرکون بدست می آید و در برابر زنگ زدگی بسیار مقاوم است. زیرکونیوم عمدتاً در راکتورهای اتمی برای جذب کردن نوترون و برای ساختن فلزاتی که در برابر زنگ زدگی مقاوم هستند استفاده می شود.

ویژگی های قابل توجه

زیرکونیوم فلزی به رنگ سفید-طوسی و فروزنده می باشد 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 می شود (مشتعل کردن این فلز در حالت جامد بسیار دشوارتر است. ) فلز Zirconium Zinc در دمای پایین تر از 35k خاصیت آهن ربایی پیدا می کند. حالت اکسیداسیوم متداول برای زیرکونیوم +2 و+3 و +4 است.

کاربردها

مهمترین کاربردهای زیرکونیوم در صنعت سفال سازی به صورت جسم نسوز و ماسه ریخته گری می باشد. 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:

زیرکونیوم قدرت جذب پایینی در جذب نوترون ها دارد که این ویژگی آن را برای استفاده از انرژی اتمی مطلوب می سازد. (مانند عناصر فلز کاری سوختی) بیش از 90% محصولات فلز زیرکونیوم به مصرف تجاری در تولید نیروی اتمی می رسد. رآکتورهای جدید تجاری می توانند 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 می گیرد.
• اکسید زیرکونیوم ناخالص زیرکونیا برای ساختن ظرف مخصوص ذوب فلز در آزمایشگاه به کار می رود 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 می تواند 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 می شود.

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 واریاسون ها مانند Jargon, Hyacinth Jiacnith, ligure می باشد در نوشته های کتاب مقدس ذکر شده است. تا زمانی که Laproth jargon را از Ceylon در اقیانوس هند تجزیه نکرده بود تصور نمی شد 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 به دست نیامد.

پیدایش

زیرکونیوم هیچوقت در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی شود. 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 می شود.

زیرکونیوم و Hafnium به نسبت 50 به 1 در زیرکون وجود دارند و جدا کردن آن ها بسیار دشوار است. زیرکون فراورده فرعی معدن کاری و فرایند تهیه شن های معادن سنگین برای معادن تیتانیوم Ilmenite و Rutile یا معادن قلع است. همچنین زیرکونیوم در 30 نوع از معادن دیگر که شامل Baddeleyite می شود وجود دارد. این فلز با کم کردن کلرید به وسیله 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 سنگ های آسمانی نیز شناسایی شده است. نمونه سنگ های قمری که در چندین ماموریت Apollo جمع آوری شده اند نشان می دهند که این سنگ ها به نسبت صخره های زمینی از مقدار بسیار بیشتری اکسید زیرکونیوم برخوردارند.

ایزوتوپ ها

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 می باشد.

برای این عنصر 18 ایزوتوپ رادیو اکتیو دیگر شناسایی شده اند که بیشتر آن ها 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 می باشد.

هشدارها

انسان با ترکیباتی که حاوی زیرکونیوم است کمتر روبرو می شود با این حال این فلز زیاد سمی نمی باشد. گرد این فلز در هوا آتش می گیرد و باید به آن به صورت عاملی برای آتش س وزی گسترده یا انفجار توجه کرد. زیرکونیوم هیچ گونه نقش بیولوژیکی ندارد.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تنظیم: مریم فروزان کیا