Cirkonijum

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Cirkonijum
Zirconium crystal bar and 1cm3 cube.jpg
Opšta svojstva
Ime, simbolcirkonijum, Zr
Izgledsrebrnasto beo
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
Ti

Zr

Hf
itrijumcirkonijumniobijum
Atomski broj (Z)40
Grupa, periodagrupa 4, perioda 5
Blokd-blok
Kategorija  prelazni metal
Rel. at. masa (Ar)91,224(2)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 10, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja2128 K ​(1855 °‍C, ​3371 °F)
Tačka ključanja4650 K ​(4377 °‍C, ​7911 °F)
Gustina pri s.t.6,52 g/cm3
tečno st., na t.t.5,8 g/cm3
Toplota fuzije14 kJ/mol
Toplota isparavanja591 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet25,36 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 2639 2891 3197
P (Pa) 103 104 105
na T (K) 3575 4053 4678
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,33
Energije jonizacije1: 640.1 kJ/mol
2: 1270 kJ/mol
3: 2218 kJ/mol
Atomski radijus160 pm
Kovalentni radijus175±7 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna strukturazbijena heksagonalna (HCP)
Zbijena heksagonalna (HCP) kristalna struktura za cirkonijum
Brzina zvuka tanak štap3800 m/s (na 20 °‍C)
Topl. širenje5,7 µm/(m·K) (na 25 °‍C)
Topl. vodljivost22,6 W/(m·K)
Električna otpornost421 nΩ·m (na 20 °‍C)
Magnetni rasporedparamagnetičan[2]
Jangov modul88 GPa
Modul smicanja33 GPa
Modul stišljivosti91,1 GPa
Poasonov koeficijent0,34
Mosova tvrdoća5,0
Vikersova tvrdoća820–1800 MPa
Brinelova tvrdoća638–1880 MPa
CAS broj7440-67-7
Istorija
Imenovanjepo zircon, zargun زرگون sa značenjem „boje zlata”.
OtkrićeMartin Hajnrih Klaprot (1789)
Prva izolacijaJakob Bercelijus (1824)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
88Zr syn 83,4 d ε 88Y
γ
89Zr syn 78,4 h ε 89Y
β+ 89Y
γ
90Zr 51,45% stabilni
91Zr 11,22% stabilni
92Zr 17,15% stabilni
93Zr tragovi 1,53×106 y β 93Nb
94Zr 17,38% stabilni
96Zr 2,80% 2,0×1019 y[3] ββ 96Mo
referenceVikipodaci

Cirkonijum (Zr, lat. zirconium) metal je IVB grupe, poznate i kao grupa prelaznih metala, sa atomskim brojem 40.[4] Ime je dobio po istoimenom mineralu — cirkonijumu (ZrSiO4). Cirkonijum poseduje i mineral badeleit (ZrO2).[5] Zastupljen je u zemljinoj kori u količini od 130 ppm (engl. parts per million).

Naziv elementa je uzet od imena njegovog minerala cirkonijuma (ZrSiO4), najvažnijeg poznatog izvora ovog elementa. Reč cirkon izvedena je iz persijske reči zargun زرگون što znači „zlatno obojen”.[6] Cirkonijum je sjajni, sivo-beli snažni prelazni metal koji dosta nalikuje hafnijumu, i nešto manje, titanijumu. Najčešće se koristi u vatrostalnim sredstva i kao sredstvo za postizanje neprozirnosti (matiranje), mada se u manjim količinama koristi u legurama zbog svoje veoma velike otpornosti na koroziju. Cirkonijum gradi brojne neorganska i organska jedinjenja, poput cirkonijum dioksida i cirkonocen dihlorida, respektivno. Pet Zr izotopa se nalazi u prirodi, od čega su tri stabilna. Jedinjenja cirkonijuma nemaju poznatu biološku ulogu.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Mineral cirkon koji sadrži cirkonijum i njemu slični minerali (jargun, hijacint, jacint, ligur) su spomenuti u biblijskim natpisima.[7][8] Međutim, nije se znalo da mineral sadrži novi element, sve do 1789,[9] kada je Martin Hajnrih Klaprot analizirao jargun sa ostrva Cejlon (danas Šri Lanka). Novom elementu je dao ime cirkonijumska zemlja (cirkonijumija).[7] Hamfri Dejvi je takođe pokušao da izdvoji novi element 1808. pomoću elektrolize, ali nije uspeo.[10] Metalni cirkonijumij prvi je dobio, mada u nečistom obliku, Bercelijus 1824. tako što je zagrejavao mešavinu kalijuma i kalijum-cirkonijum-fluorida u željeznoj cevi.[7]

Proces kristalne šipke (takođe poznat i kao jodidni proces) kojeg su 1925. otkrili Antun Eduart van Arkel i Jan Hendrik de Bor bio je prvi industrijski proces za komercijalnu proizvodnju metalnog cirkonijuma. Proces uključuju dobijanje i kasnije raspadanje cirkonijum tetrajodida delovanjem toplote. Ovaj metod je od 1945. zamenjen dosta jeftinijim Krolovim procesom koji je razvio Vilijam Justin Krol, u kojem se cirkonijum tetrahlorid redukuje pomoću magnezijuma:[11][12]

ZrCl4 + 2 Mg → Zr + 2 MgCl2

Osobine[uredi | uredi izvor]

Cirkonijum je sjajni, sivkasto-beli, meki, duktilni i kovni metal. Na sobnoj temperaturi je u čvrstom stanju, ali ako su u njemu prisutne nečistoće postaje veoma tvrd i krhak.[10][11] U praškastom obliku je veoma zapaljiv, a u većim komadima je daleko otporniji na zapaljenje. Cirkonijum je izuzetno dobro otporan na koroziju i delovanje baza, soli, slane vode i drugih materija.[7] Međutim, on se rastvara u hlorovodoničnoj i sumpornoj kiselini, naročito ako je prisutan i fluor.[13] Njegove legure s cinkom postaju magnetične na temperaturi ispod 35 K.[7]

Tačka topljenja cirkonijuma iznosi 1857 °C, a tačka ključanja 4371[7]-4377[14] °C. Elektronegativnost cirkonijuma je 1,33 na Paulingovoj skali. Od elemenata unutar d-bloka, cirkonijum ima četvrtu najnižu elektronegativnost nakon itrijuma, lutecijuma i hafnijuma.[15] Pri sobnoj temperaturi, cirkonijum iskazuje heksagonalnu, gusto pakovanu kristalnu strukturu zvanu α-cirkonijum, koja prelazi u β-Zr, prostorno centriranu kubnu strukturu pri temperaturi od 863 °C. Cirkonijum se nalazi u beta fazi sve do tačke topljenja.[16]

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Šipka cirkonijuma

Cirkonijum u prirodi je sastavljen iz pet izotopa: 90Zr, 91Zr, 92Zr i 94Zr su stabilni. Izotop 94Zr se možda raspada dvostrukim beta raspadom (što nije eksperimentalno dokazano) a pretpostavljeno vreme poluraspada iznosi preko 1,1×1017 godina. Izotop 96Zr ima vreme poluraspada od 2,4×1019 godina, što je najduže među svim radioizotopima ovog elementa. Od ovih prirodnih izotopa, najčešći je 90Zr koji sačinjava 51,45% prirodne smese izotopa cirkonijuma. Najmanji udeo u prirodnom cirkonijumu ima izotop 96Zr koji sačinjava samo 2,8% cirkonijuma.[17]

Sintetisano je 28 veštačkih izotopa cirkonijuma sa rasponom atomskih masa između 78 i 110. Najduže živući veštački izotop je 93Zr čije vreme poluraspada iznosi 1,53 milion godina. Najteži izotop cirkonijuma 110Zr takođe je i najkraće živući, a njegovo vreme poluraspada se procenjuje na 30 milisekundi. Radioaktivni izotopi sa masenim brojem 93 i više raspadaju se β, dok oni sa masenim brojevima 89 i niže raspada su β+ raspadom. Jedini izuzetak je izotop 88Zr koji se raspada ε raspadom.[17] Pet izotopa cirkonijuma takođe postoje i kao metastabilni izomeri: 83mZr, 85mZr, 89mZr, 90m1Zr, 90m2Zr i 91mZr. Među njima, 90m2Zr ima najkraće vreme poluraspada od 131 nanosekundi, dok 89mZr ima najduže od 4,161 minute.[17]

Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]

Trend svetske proizvodnje koncentrata minerala cirkonija

U Zemljinoj kori, koncentracija cirkonija iznosi oko 130 mg/kg te oko 0,026 μg/l u morskoj vodi.[18] U prirodi se ne javlja kao samorodni metal, što oslikava intrinsičku nestabilnost u odnosu na vodu. Osnovni komercijalni izvor cirkonija je silikatni mineral cirkon (ZrSiO4),[10] koji je najviše rasprostranjen u Australiji, Brazilu, Rusiji, Indiji, Južnoafričkoj Republici i SAD, kao i neka manja nalazišta širom sveta.[11] Prema podacima iz 2013, dve trećine iskopanog cirkona iz rudnika dobija se iz Australije i Južnoafričke Republike.[19]

Resursi minerala cirkona u svetu prelaze 60 miliona tona[20] dok svetska godišnja proizvodnja cirkonijuma iznosi približno 900 hiljada tona.[18] Cirkonijum se također nalazi u sastavu više od 140 drugih minerala, uključujući i komercijalno iskoristive rude badelejit i kosnarit.[21]

Zr je relativno dosta zastupljen u zvezdama klase S, a detektovan je i na Suncu i nekim meteoritima. Uzorci stena sa Meseca koji su doneseni na Zemlju tokom nekoliko misija iz programa Apolo imaju relativno visoku koncentraciju cirkonijum oksida u odnosu na zemaljske stene.[7]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала на датум 03. 03. 2011. Приступљено 14. 01. 2021. 
  3. ^ Pritychenko, Boris; Tretyak, V. „Adopted Double Beta Decay Data”. National Nuclear Data Center. Приступљено 2008-02-11. 
  4. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  5. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  6. ^ Harper, Douglas. "zircon" u Online Etymology Dictionary
  7. ^ а б в г д ђ е Lide David R. (2007). „Zirconium”. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 4. New York: CRC Press. стр. 42. ISBN 978-0-8493-0488-0. 
  8. ^ Stwertka Albert (1996). A Guide to the Elements. Oxford University Press. стр. 117—119. ISBN 0-19-508083-1. 
  9. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2 изд.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419. 
  10. ^ а б в Emsley John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. стр. 506—510. ISBN 0-19-850341-5. 
  11. ^ а б в „Zirconium”. How Products Are Made. Advameg Inc. 2007. Приступљено 26. 3. 2008. 
  12. ^ James B. Hedrick (1998). „Zirconium”. Metal Prices in the United States through 1998 (PDF). US Geological Survey. стр. 175—178. Приступљено 26. 2. 2008. 
  13. ^ Considine Glenn D. (2005). „Zirconium”. Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. New York: Wylie-Interscience. стр. 1778—1779. ISBN 0-471-61525-0. 
  14. ^ Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. u: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, str. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  15. ^ Winter Mark (2007). „Electronegativity (Pauling)”. University of Sheffield. Pristupljeno 5. 3. 2008. 
  16. ^ Schnell I; Albers RC (1. 1. 2006). „Zirconium under pressure: phase transitions and thermodynamics”. Journal of Physics: Condensed Matter. Institute of Physics. 18 (5): 16. Bibcode:2006JPCM...18.1483S. doi:10.1088/0953-8984/18/5/001. 
  17. ^ a b v Audi, G; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A.H. (2003). „Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  18. ^ a b John Peterson; Margaret MacDonell (2007). „Zirconium”. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas (PDF). Argonne National Laboratory. str. 64—65. Arhivirano iz originala (PDF) na datum 28. 5. 2008. Pristupljeno 26. 2. 2008. 
  19. ^ „Zirconium and Hafnium - Mineral resources” (PDF). 2014. 
  20. ^ „Zirconium and Hafnium” (PDF). Mineral Commodity Summaries. US Geological Survey: 192—193. 1. 1. 2008. Pristupljeno 24. 2. 2008. 
  21. ^ Ralph, Jolyon; Ralph, Ida (2008). „Minerals that include Zr”. Mindat.org. Pristupljeno 23. 2. 2008. 
Greška kod citiranja: <ref> oznaka „nubase” definisana u <references> grupi „” nema sadržaja.

Literatura[uredi | uredi izvor]

  • Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 3-7776-0736-3. 

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]