Sirkonium

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek
40 yttriumsirkoniumniobium
Ti

Zr

Hf
Zr-TableImage.png
Algemeen
Naam, Simbool, Getal sirkonium, Zr, 40
Chemiese reeks oorgangsmetale
Groep, Periode, Blok 4, 5, d
Voorkoms silwerig wit
Atoommassa 91.224 (2) g/mol
Elektronkonfigurasie [Kr] 4d2 5s2
Elektrone per skil 2, 8, 18, 10, 2
Fisiese Eienskappe
Toestand vastestof
Digtheid (naby k.t.) 6.52 g/cm³
Vloeistof digtheid teen s.p. 5.8 g/cm³
Smeltpunt 2128 K
(1855 °C)
Kookpunt 4682 K
(4409 °C)
Smeltingswarmte 14 kJ/mol
Verdampingswarmte 573 kJ/mol
Warmtekapasiteit (25 °C) 25.36 J/(mol·K)
Dampdruk
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
teen T/K 2639 2891 3197 3575 4053 4678
Atoomeienskappe
Kristalstruktuur heksagonaal
Oksidasietoestande 4
(amfoteriese oksied)
Elektronegatiwiteit 1.33 (Skaal van Pauling)
Ionisasie energieë
(meer)
1ste: 640.1 kJ/mol
2de: 1270 kJ/mol
3rde: 2218 kJ/mol
Atoomradius 155 pm
Atoomradius (ber.) 206 pm
Kovalente radius 148 pm
Diverse
Magnetiese rangskikking geen data
Elektriese resistiwiteit (20 °C) 421 nΩ·m
Termiese geleidingsvermoë (300 K) 22.6 W/(m·K)
Termiese uitsetting (25 °C) 5.7 µm/(m·K)
Spoed van klank (dun staaf) (20 °C) 3800 m/s
Young se modulus 68 GPa
Skuifmodulus 33 GPa
Poissonverhouding 0.34
Mohs se hardheid 5.0
Vickers hardheid 903 MPa
Brinell hardheid 650 MPa
CAS-registernommer 7440-67-7


Vernaamste isotope
Hoofartikel: Isotope van Sirkonium
iso NV halfleeftyd VM VE (MeV) VP
88Zr sin 83.4 d e - 88Y
? 0.392 D -
89Zr sin 78.4 h e - 89Y
ß+ 0.902 89Y
? 0.909D -
90Zr 51.45% Zr is stabiel met 50 neutrone
91Zr 11.22% Zr is stabiel met 51 neutrone
92Zr 17.15% Zr is stabiel met 52 neutrone
93Zr sin 1.53×106y ß- 0.060 93Nb
94Zr 17.38% Zr is stabiel met 54 neutrone
96Zr 2.8% > 3.9×1020y ß-ß-  ? 96Mo
Verwysings

Sirkonium is 'n chemiese element in die periodieke tabel met die simbool Zr en atoomgetal van 40. Sirkonium is 'n sterk, glansende grys oorgangsmetaal wat ooreenkomste toon met titaan. Sirkonium word hoofsaaklik uit sirkon ontgin en het 'n baie hoë weerstand teen korrosie. Sirkonium word hoofsaaklik gebruik in kernreaktore vanweë sy weerstand teen korrosie en lae neutrondeursnee.

Kenmerke[wysig]

Sirkonium is 'n glansende gryswit metaal en het 'n buitengewone hoë weerstand teen korrosie. Sirkonium is ligter as staal met 'n hardheid soortgelyk aan dié van koper. As die metaal fyn verdeel word kan dit spontaan ontbrand in kontak met lug, veral by hoë temperature (die soliede metaal is brand egter nie so maklik nie). Sirkonium-sinklegerings word magneties by temperature onder 35 K. Die oksidasietoestand van sirkonium is gewoonlik +4, maar die +3 en +2 toestande kan ook verkry word.

Gebruike[wysig]

Kubiese sirkonia, ZrO2

Die hoofgebruike vir sirkon (ZrSiO4) is in vuurbestande voerings, gietsand en in keramieke. Sirkon word ook as 'n natuurlike edelgesteente bemark vir gebruik in juwele en die oksied daarvan word verwerk om kubiese sirkonia (hier links in beeld) te maak, wat 'n skitterende, helder kristal vorm en as plaasvervanger vir diamant gebruik word.

Ander gebruike[wysig]

  • Sirkonium het 'n lae absorpsiedeursnee vir termiese neutrone[1], wat dit ideaal maak vir aanwendings in die kernenergiebedryf soos vir die voering van brandstofelemente. Meer as 90% van sirkonium-metaalvervaardiging word vir kommersiële kernkragopwekking benut. Moderne kommersiële skaal reaktore kan soveel as 150 000 meters se buise gebruik wat uit sirkoniumlegerings (Zircaloy) vervaardig is. Reaktor-graad sirkonium moet gesuiwer word van sy hafnium-inhoud, wat 'n neutroneursnee het wat 600 keer groter is as dié van sirkonium; 'n hafniumvrye sirkonium kan 10 keer duurder wees as 'n sirkonium wat nog die 1-5% hafnium bevat wat natuurlik voorkom.
  • Menslike weefsels kan hierdie metaal maklik verwerk wat dit geskik maak vir gebruik in inplantings. Een so 'n toepassing is die gebruik van oxinium, 'n sirkonium-niobium legering wat doelbewus geoksideer word om 'n verweringsbestande, hoë integriteit sirkoniumoksied oppervlak te lewer vir gebruik in heup of kniegvervangingstoestelle. Die keramiekoppervlak verminder die verwering van die poli-etileen teenoppervlak terwyl die substraat die sterkte en smeebaarheid van 'n metaal behou.
  • Word baie gebruik in die chemiese nywerheid vir pypwerk in korrosiewe omgewings.
  • Sirkonium is pirofories (vlambaar) en is al gebruik in militêre brandbomme.
  • Onsuiwer sirkoniumoksied, sirkonia, word gebruik om kroesies te vervaardig wat in laboratoriums gebruik word en wat hitteskok moet kan weerstaan, vir voerings in metalurgiese oonde en in die keramiek- en glasnywerhede as 'n brandbestande voeringsmateriaal.
  • Word ook gebruik in hitteruilers in vakuumbuise en lampfilamente en 'n verskeidenheid spesiale legerings.
  • Wanneer dit saam met niobium gelegeer word, raak sirkonium supergeleidend by lae temperature en word dus gebruik om supergeleier magnete te maak en toon belofte in grootskaalse elektriese krag gebruike.
  • Sirkonium Diamied-Diamien komplekse kan gebruik word om die polimerisasie van alkene te kataliseer, veral eteen wat deur Tritiel-BArF geaktiveer is.
  • Sirkoniumnitried is onlangs gebruik as alternatief vir titaniumnitried vir die bedekking van boorpunte. Beide bedekkings is veronderstel om die boor skerper en koeler te hou gedurende die snyproses.
  • Bis(siklopentadiëniel)sirkonium(IV)chloriedhidried (Schwartz se Reagens) is 'n kommersieël beskikbare metalloseen wat gebruik word in die hidrosirkonisasie van alkene en alkyne.
  • Fietsvervaardigers sluit sirkonium-aluminiumlegerings by hul hoëgraadse fietsrame in. Hierdie kombinasie maak die raam sterker en duursamer en ook ligter.
  • Sirkonium word ook gebruik in die molekule Aluminium-Sirkonium-Oktachlorohydrex GLY, wat as reukweermiddel gebruik word.
  • Sirkonium word ook gebruik as voerings in gevormde plofstofladings.

In 2007, het Sirkonium ongeveer $150/kg gekos.

Hafnium vrye sirkonium[wysig]

Reaktorgraad sirkoniumlegerings moet van hafniumvrye sirkonium vervaardig word aangesien hafnium 'n baie hoë neutron absorpsiedeursnee het wat 600 keer hoër is as dié van sirkonium is. Kommersiële sirkonium bevat gewoonlik 1-5% hafnium wat verwyder moet word. Hierdie verwyderingsproses is uiters moeilik (sirkonium en hafnium is twee van die moeilikste elemente om van mekaar te skei). Twee hoofprosesse wat gebruik word is: vloeistof-vloeistof ekstraksie wat die verskil in oplosbaarheid metaaltiosianate in metielisobutielketoon (MIBK) uitbuit en ekstraktiewe distillasie. Die resulterende reaktorgraad sirkonium word gebruik in die vervaardiging van beheerstawe.

Geskiedenis[wysig]

Sirkonium (afkomstig vanuit die Arabiese woord zarkûn of die Persiese woord zargûn wat "goudagtig" beteken) is in 1789 ontdek deur Martin Heinrich Klaproth en in 1824 geïsoleer deur Jöns Jakob Berzelius.

Daar word reeds in Bybelse geskrifte na die sirkonium-bevattende mineraal sirkon verwys. Die feit dat die mineraal 'n nuwe element bevat het was onbekend totdat Klaproth 'n monster uit Ceylon in die Indiese Oseaan geanaliseer het. Hy het die nuwe element Zirkonertz (sirkonia) gedoop. Die onsuiwer metaal is vir die eerste keer deur Berzelius geïsoleer deur 'n mengsel van kalium en kaliumsirkoniumfluoried te verhit in 'n ysterbuis. Suiwer sirkonium is eers in 1914 voorberei.

Die kristalstaafproses (of Jodiumproses), is deur Anton Eduard van Arkel en Jan Hendrik de Boer in 1925 ontdek en was die eerste nywerheidsproses vir die kommersiële voorbereiding van suiwer pletbare metalliese sirkonium. Dit is later deur die Kroll-proses vervang.

Verspreiding[wysig]

Sirkonium word nooit in die natuur as 'n vrye metaal aangetref nie. Die hoof ekonomies ontginbare bron van sirkonium is die sirkoniumsilikaatmineraal, sirkon (ZrSiO4), wat aangetref word in neerslae in Australië, Brasilië, Indië, Rusland en die Verenigde State. Sirkonium en hafnium word in sirkon aangetref in 'n verhouding van ongeveer 50 tot 1 en is moeilik om te skei. Sirkon is 'n byproduk van die ontginnig en prosesering van die titaanbevattende mineraalsandsoorte, ilmeniet en rutiel of tinmateriale. Sirkonium word ook in 30 ander bekende mineraalspesies aangetref onder andere baddelejiet. Die metaal word kommersieël voorberei deur die reduksie van Sirkonium(IV)chloried met magnesium in die Kroll-proses en ander metodes. Kommersiële graad sirkonium het steeds 'n 1 tot 3% hafnium inhoud.

Die element is ook volop in S-tipe sterre en is in die son en meteoriete bespeur. Maanrotsmonsters wat deur die Apollo program sendings na die maan teruggebring is toon 'n baie hoë sirkoniumoksied inhoud relatief tot aardrotse.

Isotope[wysig]

Sirkonium soos dit in die natuur voorkom bestaan uit vier stabiele isotope en een baie langlewende radio-isotoop (96Zr). Die tweede mees stabiele radio-isotoop is 93Zr met 'n halfleeftyd van 1.53 miljoen jaar. Agtien ander radio-isotope is ook al geëien. Die meeste hiervan het halfleeftye van minder as 'n dag buiten 95Zr (64.02 dae), 88Zr (63.4 dae) en 89Zr (78.41 ure). Die primêre vervalmodus voor 92Zr en die primêre modus daarna is beta verval.

Voorsorgmaatreëls[wysig]

Sirkoniumstaaf

Sirkoniumverbindings is gewoonlik nie giftig nie. Die metaalstof kan spontaan in lug ontbrand en behoort as 'n groot vuur- en ontploffingsrisiko hanteer te word. Sirkonium speel geen biologiese rol nie.

Verwysings[wysig]

Eksterne skakels[wysig]

Commons
Wikimedia Commons het meer media verwant aan:
Zirconium (bladsy)