Zirconium
|
---|
|
Periodiske system
|
---|
|
Generelt
|
---|
Atomtegn
|
Zr
|
---|
Atomnummer
|
40
|
---|
Elektronkonfiguration
|
2, 8, 18, 10, 2
|
---|
Gruppe
|
4
(
Overgangsmetal
)
|
---|
Periode
|
5
|
---|
Blok
|
d
|
---|
Atomare egenskaber
|
---|
Atommasse
|
91,224(2)
|
---|
Kovalent radius
|
148
pm
|
---|
Elektronkonfiguration
|
[
Kr
] 4d² 5s²
|
---|
Elektroner i hver skal
|
2, 8, 18, 10, 2
|
---|
Kemiske egenskaber
|
---|
Oxidationstrin
|
4 (
amfoterisk
oxid)
|
---|
Elektronegativitet
|
1,33 (Paulings skala)
|
---|
Fysiske egenskaber
|
---|
Tilstandsform
|
Fast
|
---|
Krystalstruktur
|
Hexagonal
|
---|
Massefylde
(fast stof)
|
6,52 g/cm
3
|
---|
Massefylde
(væske)
|
5,8 g/cm
3
|
---|
Smeltepunkt
|
1855 °C
|
---|
Kogepunkt
|
4409 °C
|
---|
Smeltevarme
|
14
kJ
/mol
|
---|
Fordampningsvarme
|
573 kJ/mol
|
---|
Varmefylde
|
(25 °C) 25,36 J·mol
?1
K
?1
|
---|
Varmeledningsevne
|
(300 K) 22,6 W·m
?1
K
?1
|
---|
Varmeudvidelseskoeff.
|
(25 °C) 5,7 μ
m
/m·K
|
---|
Elektrisk resistivitet
|
(20 °C) 421 n
Ω
·m
|
---|
Magnetiske egenskaber
|
Ikke oplyst
|
---|
Mekaniske egenskaber
|
---|
Youngs modul
|
68 GPa
|
---|
Forskydningsmodul
|
33 GPa
|
---|
Poissons forhold
|
0,34
|
---|
Hardhed
(
Mohs' skala
)
|
5,0
|
---|
Hardhed
(Vickers)
|
903 MPa
|
---|
Hardhed
(Brinell)
|
650 MPa
|
---|
|
Zirconium
eller
zirkonium
(af
arabisk
zarkun
, fra persisk
zargun
????? ; "
guld
-lignende") er det 40.
grundstof
i det
periodiske system
og har det
kemiske symbol
Zr
. Det er et
overgangsmetal
og optræder under normale
temperatur
- og
trykforhold
som et sølvskinnende, hvidt
metal
. Navnet
zircon
eller
zirkon
betegner normalt
silikatet
ZrSiO
4
men anvendes undertiden om grundstoffet.
[1]
Zirconium er lettere end
stal
og har en hardhed, der svarer til
kobbers
. Desuden er det yderst modstandsdygtigt overfor korrosion og uopløseligt i alle
syrer
pa nær
flussyre
. Større "klumper" af metallet er svære at antænde, men fint pulveriseret zirconium kan selvantænde spontant i
atmosfærisk luft
og brænder med en hvid flamme; herved reagerer metallet med luftens
ilt
under dannelse af
zirconiumoxid
og sagar med
kvælstoffet
i luften, hvorved der dannes
zirconiumnitrid
og
zirconiumoxynitrid
. I
kemiske forbindelser
optræder zirconium sædvanligvis med
oxidationstrin
+4, men det ses ogsa med oxidationstrin +2 og +3.
Menneskeligt væv har let ved at tolerere zirconium, hvilket gør metallet egnet til kunstige implantater, f.eks. til hofter og knæ. Zirconium indgar desuden i en lang række specialiserede
legeringer
; legeringer med
aluminium
er mekanisk robuste og bruges i visse sportsrekvisitter af høj kvalitet, herunder
cykelstel
og
lacrosse
-stave. Andre legeringer sammen med
niobium
er
superledende
ved lave temperaturer, og disse udnyttes til at lave superledende
magneter
.
Zirconiumoxid (ZrO), eller
zirkonia
, bruges som varmebestandigt materiale i blandt andet
smeltedigler
, metallurgiske
ovne
og i redskaber til keramik og glasfremstilling. Zirconiumoxid markedsføres ogsa som "naturlige ædelsten"; zirconiumoxid i dets
kubiske krystalform
danner en glasklar krystal med højt
brydningsindeks
, som siden
1976
har været den vigtigste form for "simulerede
diamanter
".
Zirconiumnitrid (Zr
N
) vinder frem som et alternativ til
titannitrid
i overfladebehandlingen af
bor
og andet skærende
værktøj
. Formalet med begge typer overfladebehandling er at holde borets skær skarpt og hindre overophedning.
Pa grund af dets korrosionsbestandighed bruger især den kemiske industri zirconium til rør og andre installationer, der skal kunne tale at komme i kontakt med stærkt ætsende stoffer. Da zirconium samtidig har et ganske lille
neutronindfangningstværsnit
, er det særligt egnet til komponenter, der bruges i
atomkraftindustrien
; for eksempel til beklædningen pa
brændselsstave
. I en moderne
reaktor
pa et kommercielt
atomkraftværk
kan der være op imod 150
kilometer
rør lavet af den zirconiumholdige legering
zircalloy
.
Kommercielt fremstillet zirconium indholder et par
procent
hafnium
; da hafnium har et neutronindfangningstværsnit, der er 600 gange større end zirconium, "spolerer" det zirconiumets lave tværsnit, og gør det uanvendeligt til mange formal i en atomreaktor. Hafnium og zirconium er vanskelige at skille fra hinanden, sa derfor er det hafnium-frie zirconium, der er nødvendigt til visse atomreaktor-komponenter, henved ti gange sa dyrt som det "almindelige" kommercielt tilgængelige zirconium. Til gengæld er det udskilte hafnium et glimrende materiale til en anden væsentlig type reaktor-komponent:
kontrolstave
.
Mennesket har længe kendt til forskellige zirconiumholdige mineraler; eksempelvis nævner
Bibelen
visse variationer af zirconia. Eksistensen af grundstoffet zirconium blev pavist i
1789
af
Martin Heinrich Klaproth
, da han undersøgte en mineralprøve fra Ceylon (det nuværende
Sri Lanka
). I
1824
isolerede den
svenske
kemiker
Jons Jakob Berzelius
metallisk zirconium ved at opvarme en blanding af
kalium
og
kaliumzirconiumfluorid
. Berzelius' zirconium var dog ikke særlig rent; først i
1914
fremstillede man for første gang helt rent zirconium.
Den første metode til industriel fremstilling af formbart, metallisk zirconium blev udviklet af
Anton Eduard van Arkel
og
Jan Hendrik de Boer
i
1925
. I dag bruges primært
Kroll-processen
, hvorunder
zirconium-IV-fluorid
reduceres
til frit metal ved hjælp af
magnesium
.
Zirconium findes aldrig i fri, metallisk form i naturen, men altid i kemiske forbindelser med andre stoffer. Det primære rastof for kommerciel udvinding af zirconium er zirconiumsilikat, og det fas dels fra naturlige forekomster i
Grønland
,
Australien
,
Brasilien
,
Indien
,
Rusland
og
USA
, dels er det et biprodukt fra udvindingen og behandlingen af
titan
- og
tin
-holdige mineraler.
Stjerner
af
spektralklasse
S har et højt indhold af zirconium, men stoffet er ogsa pavist i andre stjerner, herunder i
Solen
. De prøver som er hjembragt af
astronauterne
i
Apollo-programmet
indeholder meget zirconium sammenlignet med geologiske prøver fra
Jorden
.
Naturligt forekommende zirconium bestar af de fire stabile
isotoper
90
Zr,
91
Zr,
92
Zr og
94
Zr, og af de tyve kendte
radioaktive
zirconiumisotoper har
96
Zr en sa lang
halveringstid
; over 3,9·10
20
ar
, at den i praksis kan henregnes til de stabile isotoper.
93
Zr har en halveringstid pa 1,56
millioner
ar, og blandt de øvrige 18 radioaktive isotoper gar halveringstiderne fra godt to
maneder
og nedefter.