Известны радиоактивные изотопы с массовыми числами 87, 89, 93 и 95 и периодами полураспада соответственно 1,6 ч, 78 ч, 4 х 104 лет и 65 суток. Ц. открыл (1789) нем. химик М. Клапрот в минерале цирконе. Металлический Ц. получил (1824) швед , химик Й. Я. Берцелиус в виде черного порошка, загрязненного примесями.
В 1925 голл. ученый А. ван Аркель предложил способ йодидного рафинирования для получения чистейшего металла. Содержание циркония в земной коре 1,7-10-2%. Он широко распространен в природе в виде различных минералов. Из них наиболее важны циркон и бадделеит. Во всех природных соединениях Ц. содержится примесь гафния. Цирконий существует в двух аллотропических модификациях: до т-ры 862° С — низкотемпературная — альфа-цирконий с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой и периодами а = 3,2317 А, с = 5,1476 А, выше т-ры 862° С — высокотемпературная — бета-цирконий с объемноцентрированной кубической решеткой и периодом а =3,59 А.
Двигатель Toyota 2,0 литра (3ZR-FE) — Проблемы, Надежность, Характеристика
Плотность альфа-циркония (т-ра 20° С) 6,51 г/см3; tпл 1855° С; tкип 4330° С. Истинный коэфф. линейного расширения (т-ра 20° С, 0,0050% Hf) равен 5,89 х 10-6 град-1; объемный коэфф. линейного расширения при тех же условиях 17,68 х 10-6 град-1; коэфф. теплопроводности (т-ра 20—50° С) 0,050 кал/ см х сек х град; удельная теплоемкость (в интервале т-р 25—100° С) 0,0693 кал/г х град. Удельное электрическое сопротивление в значительной степени определяется чистотой по примесям внедрения (кислороду, азоту, углероду), возрастая практически линейно при увеличении их содержания. Удельное электр. сопротивление цирконий весьма высокой чистоты в отожженном состоянии 45-10 ом см. Температурный коэфф. электрического сопротивления в интервале т-р 0—100° С равен 45 х 10-4 град-1 Мех. св-ва Ц., как и электр. характеристики, в значительной степени определяются чистотой, а также видом предшествующей мех. обработки.
Предел прочности на растяжение отожженного Ц. 25—27 кгс/мм2 при относительном удлинении 20—25%; НВ = 100. Цирконий активно взаимодействует с большинством элементов периодической системы. С разной степенью полноты исследовано (1977) 60 двойных, 110 тройных и 14 четверных систем. Проведена классификация диа-грамм состояния двойных систем на основе Ц., выделено четыре осн. типа взаимодействия с др. элементами. Ц., особенно в компактном состоянии, при обычных условиях очень стоек по отношению к минер, к-там.
Лучший растворитель циркония смесь азотной и фтористоводородной к-т. В Ц. при норм, условиях всегда содержится некоторое количество растворенных по принципу внедрения атомов кислорода, азота и углерода (растворы внедрения). Металлический Ц. получают гл. обр. магниетермическим способом из тетрахлорида Ц. по реакции:
Самые лучшие Чары для Брони в Майнкрафте | Майнкрафт Открытия
ZrCl4 (пар) + 2Mg (жидк.) → Zr (тв.) + 2MgCl2 (жидк.).
Содержание кислорода, азота и углерода в таком Ц. в среднем соответственно 0,08; 0,04 и 0,15%. Для получения Ц. высокой чистоты его рафинируют йодидным способом. При этом происходит реакция:
200° С 1300° С
Zr (тв. неоч.) + 2I 2 → Zrl4 (пар) → Zr (тв. чист.) + 2I 2 (пар).
В ходе реакции йод непрерывно регенерируется и вступает в реакцию с новыми порциями неочищенного Ц. при т-ре < 200° С. Диет социация йодида Zrl4 протекает при т-ре 1250—1350° С на раскаленной металлической нити. Ц.— один из наиболее перспективных конструкционных материалов для активной зоны реакторов на тепловых нейтронах, что обусловлено небольшим сечением захвата тепловых нейтронов, малой плотностью, достаточно высокой т-р он плавления, малым значением коэфф. линейного расширения и высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. Расширяется использование Ц. при изготовлении хим. оборудования, в произ-ве специальных сортов стали, а также алюминия сплавов и особенно магния сплавов. Двуокись Ц. находит применение при изготовлении огнеупорных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками. См. также Цирконаты, Циркония сплавы.
Характеристика элемента. Цирконий и гафний из-за лантаноидного сжатия имеют почти одинаковые размеры атомов и ионов, поэтому свойства элементов так близки, как ни в одной другой подгруппе. Наиболее важное их отличие от титана состоит в том, что низкие степени окисления встречаются крайне редко. Достоверно известно лишь несколько соединений, где Zr не проявляют высшей степени окисления. Для таких соединений характерны сильные восстановительные свойства. В водных растворах солей
гидролиз протекает в меньшей степени, чем у солен титана, однако существование свободных ионов Zr ⁴ ⁺ представляется маловероятным. Координационное число в комплексах этих элементов выше, чем у титана, и равно 7 и даже 8.
Свойства простых веществ и соединений
В твердом состоянии цирконий — блестящий серебристо-белый металл. Относятся цирконий к тяжелым металлам, он тугоплавок и в чистом состоянии обладает хорошими металлическими свойствами. При загрязнении кислородом, азотом, углеродом, бромом, водородом и т. д. теряет пластичность и становятся твердым и хрупким.
Цирконий образует сплавы с железом, хромом, марганцем, ванадием, алюминием, медью, углеродом, серой, азотом, фосфором , бором и т. д. В порошкообразном состоянии он способен поглощать большие количества водорода. С химической точки зрения металлы подгруппы титана неактивны, устойчивы на воздухе или в воде при нормальных условиях. При повышенных температурах становятся очень активными по отношению к кислороду, галогенам, сере, азоту, углероду, бору и т. д. Оксиды труднорастворимы.
Элемент не встречается в природе в свободном состоянии и не может быть получен электролизом водных растворов. Если оксид титана (IV) обладает кислыми свойствами, то оксиды циркония —слабоосновными. Гидроксид элемента Zr(OH) 4 (или в виде гидратированных диоксидов МеO 2 -2Н 2 O) образуются при обработке растворов соответствующих тетрагалогенидов ZrCl 4 щелочами. Они представляют собой студенистые белые осадки, плохо растворимые в воде; обнаруживают очень слабо выраженные кислые свойства, вследствие чего они почти не реагируют со щелочами. Основной характер соединении усиливается от циркония к гафнию, у которого появляется, например, способность растворяться в сильных кислотах.
Получение и использование
Цирконий широко распространен в земной коре, но концентрированные руды его сравнительно редки.
Разделить цирконий от гафния труднее, чем лантаноиды. Это удается лишь при помощи ионного обмена и экстракции. Чаше всего его используют в металлургии и строительстве атомных реакторов: цирконий — материал для конструкции ядерных реакторов . Высокая коррозионная стойкость циркония позволяет применять его в нейрохирургии.
Из сплавов этого металла делают кровоостанавливающие зажимы, хирургический инструмент и иногда даже нити для наложения швов при операциях мозга. Здесь он соперничает с металлами V группы— ниобием и танталом.
Статья на тему Цирконий
Похожие страницы:
ЦИРКОНИЙ МЕТАЛЛУРГИЯ Самым первым потребителем металлического циркония была черная металлургия. Цирконий оказался хорошим раскислителем. По раскисляющему действию он превосходит даже.
ЦИРКОНИЙ анализ Zr, Качественная реакция на Цирконий Арсеназо III Арсеназо III в кислой среде (2—10 М НСl) с цирконием образует ВКС.
ГАФНИЙ [Hafnium; от лат. Hafnia — Гафния (назв. г. Копенгагена)], Hf — хим. элемент IV группы периодической системы элементов; ат.
Что такое цирконий и радиация Что такое цирконий и радиация В ядерную технику цирконий пришел не сразу. Для того чтобы.
БЕРИЛЛИДЫ Соединения бериллия с др. металлами. Обнаружены в 1916 при исследовании сплавов, легированных бериллием. По составу и типу кристаллической структуры .
Понравилась статья поделись ей
Leave a Comment
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Источник: znaesh-kak.com
Цирконий Zr
Порядок заполнения оболочек атома циркония (Zr) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14
Цирконий имеет 40 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:
2 электрона на 1s-подуровне
2 электрона на 2s-подуровне
6 электронов на 2p-подуровне
2 электрона на 3s-подуровне
6 электронов на 3p-подуровне
2 электрона на 4s-подуровне
10 электронов на 3d-подуровне
6 электронов на 4p-подуровне
2 электрона на 5s-подуровне
2 электрона на 4d-подуровне
Степень окисления циркония
Атомы циркония в соединениях имеют степени окисления 4, 3, 2, 1, 0, -2.
Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.
Ионы циркония
Валентность Zr
Атомы циркония в соединениях проявляют валентность IV, III, II, I.
Валентность циркония характеризует способность атома Zr к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:
Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами
Валентность не имеет знака.
Квантовые числа Zr
Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома Zr эти числа имеют значение N = 4, L = 2, Ml = -1, Ms = +½
Видео заполнения электронной конфигурации (gif):
Результат:
Энергия ионизации
Чем ближе электрон к центру атома — тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать. Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается Eo. Если не указано иное, то энергия ионизации — это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии ионизации для каждого последующего электрона.
Энергия ионизации Zr:
Eo = 640 кДж/моль
— Что такое ион читайте в статье.
Перейти к другим элементам таблицы менделеева
Где Zr в таблице менделеева? найти
Источник: k-tree.ru
Цирконий — что за химический элемент
Цирконий входит в состав циркона. Некоторые минералоги считают, что свое имя он получил от своего «родителя». А другая группа ученых утверждает, что понятие цирконий восходит к арабскому языку. Его можно перевести как «киноварь» или серебряный цвет.
Цирконий считается рассеянным химическим элементом, так как отдельно он не встречается в естественной среде. В природе геологи его находят как силикат либо оксид. Существование циркония было доказано в начале XVIII века Берцелиусом – химиком из Швеции. Атомный номер циркония – 40.
Химический элемент в таблице обозначен символом Zr (латинское название Zirconium).Киноварь как металл был получен в начале XX столетия в лабораторных условиях из циркона. Он представляет собой прутья серебристо-белого цвета.
Свойства металла
Цирконий, полученный искусственным путем – это серебристо-белый металл. Внешний вид киновари схож со сталью. Металл обладает уникальными свойствами, которых нет ни у одного природного образования.
Физические
Киноварь обладает такими физическими свойствами:
- теплопроводностью — 23,86 Вт/(м x К);
- температурой кипения примерно 4350 °С;
- модулем упругости – 95–97 Гпа;
- жесткостью – около 600–1700 Мпа;
- способностью выдерживать нагревание до 2600 ˚С без деформирования;
- плотностью 6,5-10 г на см3.
А еще металл серебряного цвета обладает пластичностью, он способен плавится в вакууме и в инертных газах.
Химические
Самое главное химическое свойство циркония – высокая устойчивость к коррозии даже при нахождении в кислотах и щелочах. Но эта способность снижается при воздействии высоких температур. Еще металл серебряного цвета может образовывать сплавы с другими химическими элементами.
Биологические
Киноварь имеет и биологические свойства. Она оказывает огромное положительное влияние на человеческий организм. Хорошая жизнедеятельность некоторых органов зависит от циркония, ведь он является биоэлементом и входит в структуру их клеток. Эти данные были получены отечественными физиологами совсем недавно во время проведения дополнительных исследований химического элемента. Все положительные качества циркония изучаются постепенно, практически ежегодно становятся известны новые факты о металле серебряного цвета.
Во многих ведущих клиниках, специализирующихся на челюстно-лицевой хирургии и травматологии, применяется новейший метод. Он заключается в применении специальных фиксаторов при множественных переломах костей. Эти приспособления скрепляют обломки, исключают сдвиги частей кости. Это способствует более быстрому срастанию тканей, следовательно, скорейшему заживлению переломов.
Данные фиксаторы изготовляют из циркония. Так же сплавы из титана, нержавеющей стали, киновари используют при создании различных винтов, скоб, пластин, креплений, которые применяют в хирургии и даже при операциях на головном и спинном мозге.
Имплантанты из сплавов киновари имеют множество преимуществ перед другими материалами:
- способность не ржаветь даже в агрессивной, кислотной среде;
- высокую биологическую совместимость с любыми тканями человеческого организма;
- отсутствие аллергических реакций при взаимодействии клеток с циркониевыми предметами;
- отличную прочность фиксаторов, несмотря на то, что их конструкция зачастую простая.
Сплавы благодаря своей уникальной структуре имеют невысокую плотность, поэтому изделия из них имеют облегченную массу. Это качество так же ценно при изготовлении фиксаторов. Ко всему вышеперечисленному можно добавить то, что пластичность металла серебряного цвета позволяет создавать приспособления, полностью соответствующие контуру поврежденной кости.
Киноварь не раздражает окружающие ее мягкие и косные ткани, а наоборот оказывает благотворное влияние на них. Медиками было установлено, что циркониевые сережки (вдетые сразу после проведения миниоперации) способствуют быстрому заживлению ранок на мочках уха после прокалывания. Процесс идет намного быстрее, чем при ношении изделий из золота.
Если постоянно носить украшения из металла серебряного цвета, то в скором времени отмечается улучшение общего физического состояния. А метеозависимые люди перестают остро реагировать на перепады температуры и магнитные бури. Уже опытным путем врачами установлено, что циркониевые изделия обладают такими лечебными свойствами:
- браслеты снимают раздражения при кожных заболеваниях и стабилизируют артериальное давление;
- пояса помогают при лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата;
- пластины, которые накладывают на суставы, снимают боль при артрозах и артритах.
Даже при зубном протезировании опытные стоматологи рекомендуют выбирать материалы из киновари.
Но не стоит забывать, что циркониевые изделия не являются панацеей от всех болезней. Обязательно надо выполнять все назначения лечащего врача и принимать лекарства. А киноварь усилит действие препаратов традиционной медицины.
Способы производства
Сырьем для промышленного производства металла серебряного цвета стал минерал циркон. Вначале полезное ископаемое проходит этап обогащения при помощи гравитационного способа, совмещенного с очищением руды сепарацией (электростатической и магнитной). Этот процесс заключается в спекании концентрата с известью, карбонатом кальция, содой при высоких температурах. Затем удаление из спека соединений кремния. Дальнейшее разложение соляной или серной кислотой, получение циркония из кислых растворов.
Существуют и другие способы получения киновари из цирконовых руд, но они нерентабельны из-за высокой себестоимости.
Применение циркония
Металл серебряного цвета используется в разных производственных отраслях.
- Электротехника. Из сплава циркония с ниобием изготовляют сверхпрочные проводники, способные выдерживать огромную нагрузку. Так же киноварью покрывают электронные платы.
- Ядерная энергетика. Цирконием покрывают запчасти, из которых впоследствии собирают механизмы для термоядерных реакторов.
- Металлургия. Из металла изготовляют части сталелитейных печей, способные выдерживать температуры в тысячу единиц.
- Машиностроение. Цирконий становится материалом для создания насосов и арматур, которые работают в агрессивных, кислотных средах.
- Пиротехника. Салюты и фейерверки с применением киновари выделяют значительное количество световой энергии практически без дыма.
- Химическая промышленность. Цирконий становится сырьем для металлокерамических покрытий, обладающих высокой износостойкостью и невосприимчивостью к кислотам.
- Оптика. Новейшие линзы изготовляют из фианита – материала, состоящего из обработанного по специальной технологии циркония с добавлением редкоземельных металлов.
- Военная промышленность. Киноварь применяют как наполнитель для осветительных ракет и трассирующих пуль.
Металл серебряного цвета применяется в медицине, о чем подробно было рассказано выше. А так же при изготовлении эксклюзивной посуды, которая стоит достаточно дорого. Но она обладает прекрасными гигиеническими свойствами. Всемирно известные модельеры создают авторские ткани, обладающие влагоотталкивающим свойством.
Оказывается, его обеспечивают соли циркония, входящие в состав эмульсии, которой пропитывают материал. Киноварь применяют при изготовлении некоторых типографских красок и специальных лаков.
Цирконий нашел свое применение и в промышленном масштабном производстве, и в небольших мастерских, в которых мастера создают авторские вещи.
Минералоги знакомы с полезными ископаемыми, содержащими киноварь:
- Бадделеитом (оксидом циркония). Его применяют как добавку во время изготовления огнеупорной керамики. Так же минерал становится материалом для создания искусственных алмазов.
- Эвдиалитом (цирконосиликатом). Эта руда подходит для производства редкоземельных металлов и циркония.
В природе пока не обнаружено еще минералов, имеющих в своем составе цирконий. Совсем недавно было установлено, что морская вода так же содержит соединения циркония. Но ученые пока не научились выделять металл из жидкости.
Уход за цирконием
Киноварь требует к себе бережного отношения. На нее могут плохо воздействовать активные и абразивные вещества, содержащиеся в бытовой химии. Поэтому циркониевые изделия моют исключительно в мыльном растворе, а затем держат несколько минут под струей прохладной воды. Предметы не стоит держать под прямыми солнечными лучами. Поэтому их не рекомендуется брать с собой в поездку к морю.
Стоимость за грамм
Австралийский Союз и Южно-Африканская Республика уже давно являются основными поставщиками циркония на мировой рынок. Спрос на металл постоянно увеличивается. А количество поставляемого материала остается примерно на одном уровне. Поэтому его стоимость постоянно увеличивается.
На данный момент цена грамма киновари составляет около 100-200 рублей.
Цирконий знаком человеческому обществу уже столетие, но он до сих пор не открыл людям все свои тайны. Неясно, почему химический элемент получил свое имя, каково полное влияние металла на живой организм. Наверно известны не все серы, в которых можно применять удивительный металл серебряного цвета.
Владислав Суркин
В моём личном блоге я познакомлю вас с особенностями разных драгоценных камней, влиянием зодиакальных камней в отношении каждого знака зодиака, а также целебными свойствами некоторых из них.
Источник: 1kamni.ru