Tsirkoonium: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Kruusamägi (arutelu | kaastöö) PResümee puudub |
Lisatud 1 allikale arhiivilink ja märgitud 0 mittetöötavaks.) #IABot (v2.0.9.2 |
||
| (ei näidata 9 kasutaja 15 vahepealset redaktsiooni) | |||
| 1. rida: | 1. rida: | ||
<table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" align="right" style="margin-left:0.5em;" width=" |
<table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" align="right" style="margin-left:0.5em;" width="200"> |
||
<caption><font size="+1">Üldised omadused</font></caption> |
<caption><font size="+1">Üldised omadused</font></caption> |
||
<tr><td>Pilt</td><td>[[File:Zirconium crystal bar and 1cm3 cube.jpg| |
<tr><td>Pilt</td><td>[[File:Zirconium crystal bar and 1cm3 cube.jpg|200px]]</td></tr> |
||
<tr><td> Nimi, [[sümbol]], [[järjekorranumber]]</td><td> |
<tr><td> Nimi, [[sümbol]], [[järjekorranumber]]</td><td>{{KeemElem|40|Tsirkoonium|Zr|91,224|keMetall|2|8|18|10|2||}}</td></tr> |
||
<tr><td>[[Rühm (keemia)|rühm]], [[Periood (keemia)|periood]], </td><td> IV B, 5. </td></tr> |
<tr><td>[[Rühm (keemia)|rühm]], [[Periood (keemia)|periood]], </td><td> IV B, 5. </td></tr> |
||
<tr><td>[[Aatommass]]</td><td>91,22 g/mol</td></tr> |
<tr><td>[[Aatommass]]</td><td>91,22 g/mol</td></tr> |
||
<tr><td>[[Elektronkonfiguratsioon]]</td><td>2, 8, 18, 10, 2 [[Pilt:Electron shell 040 Zirconium.svg| |
<tr><td>[[Elektronkonfiguratsioon]]</td><td>2, 8, 18, 10, 2 [[Pilt:Electron shell 040 Zirconium.svg|200px]] </td></tr> |
||
<tr><td>[[CAS |
<tr><td>[[CAS-i registrinumber]]</td><td>7440-67-7</td></tr> |
||
<tr><th colspan="2" bgcolor="#EFEFEF">'''Füüsikalised omadused'''</td></tr> |
<tr><th colspan="2" bgcolor="#EFEFEF">'''Füüsikalised omadused'''</td></tr> |
||
<tr><td>[[Faas]]</td><td>tahke</td></tr> |
<tr><td>[[Faas]]</td><td>tahke</td></tr> |
||
| 13. rida: | 13. rida: | ||
<tr><td>[[Keemistemperatuur]]</td><td>4650 K, 4377 °C, 7911 °F</td></tr> |
<tr><td>[[Keemistemperatuur]]</td><td>4650 K, 4377 °C, 7911 °F</td></tr> |
||
<tr><th colspan="2" bgcolor="#EFEFEF">'''Aatomi omadused'''</th></tr> |
<tr><th colspan="2" bgcolor="#EFEFEF">'''Aatomi omadused'''</th></tr> |
||
<tr><td>[[Oksüdatsiooniaste|Oksüdatsiooniastmed]]</td><td>'''4''', 3, 2, 1<ref |
<tr><td>[[Oksüdatsiooniaste|Oksüdatsiooniastmed]]</td><td>'''4''', 3, 2, 1<ref name="14PWN" />: |
||
<tr><td>[[Elektronegatiivsus]]</td><td>1,33 ([[Paulingi skaala]])</td></tr> |
<tr><td>[[Elektronegatiivsus]]</td><td>1,33 ([[Paulingi skaala]])</td></tr> |
||
<tr><td>[[Aatomiraadius]]</td><td> 160 pm</td></tr> |
<tr><td>[[Aatomiraadius]]</td><td> 160 pm</td></tr> |
||
<tr><td>[[Kovalentraadius]]</td><td>175±7 pm</td></tr> |
<tr><td>[[Kovalentraadius]]</td><td>175±7 pm</td></tr> |
||
<tr><th colspan="2" bgcolor="#EFEFEF">'''Füüsikalised omadused'''</td></tr> |
<tr><th colspan="2" bgcolor="#EFEFEF">'''Füüsikalised omadused'''</td></tr> |
||
<tr><td>[[Kristallstruktuur]]</td><td> heksagonaalne tihepakend [[pilt: Hexagonal close packed.svg| |
<tr><td>[[Kristallstruktuur]]</td><td> heksagonaalne tihepakend [[pilt: Hexagonal close packed.svg|150px]]</td></tr> |
||
</tr> |
|||
</table> |
</table> |
||
| ⚫ | '''Tsirkoonium''' on [[keemiline element]], mille sümbol on Zr ja järjenumber 40. Tsirkooniumi nimetus tuleb selle tähtsaima allika [[tsirkoon]]i nimetusest. Tegemist on hõbehalli, läikiva ja toatemperatuuril tahke [[metall]]iga. See on puhtana väga plastne, kuid muutub rabedaks juba väheste lisandite korral. Keemilised omadused sarnanevad suuresti [[hafnium]]i ja [[titaan]]i omadega. Tsirkooniumi [[tihedus]] on 6,49 g/cm<sup>3</sup>, sulamistemperatuur 1852 °C ja keemistemperatuur 4377 °C. See [[Oksüdatsioon|oksüdeerub]] õhus, mille tulemusena moodustub pinnale [[tsirkooniumdioksiid]]i (ZrO<sub>2</sub>) kiht, mis muudab tahke metalli väga [[korrosioon]]ikindlaks ja keemiliselt püsivaks. Pulbriline Zr süttib aga kokkupuutel õhuga. Elemendi [[neutron]]ite neelamise võime on ülimadal, mistõttu kasutatakse seda näiteks [[tuumareaktor]]ite kontrollvarraste katteks. Lisaks leiavad tsirkoonium ja selle ühendid kasutust ka [[keraamika]]s, proteesides, signaalrakettides, lisanditena [[sulam]]ites ning [[abrasiivmaterjal]]ides.<ref name="Truus" /><ref name="Past" /> |
||
| ⚫ | '''Tsirkoonium''' on [[keemiline element]], mille sümbol on Zr ja järjenumber 40. Tsirkooniumi |
||
==Omadused== |
==Omadused== |
||
===Keemilised omadused=== |
===Keemilised omadused=== |
||
Pulbrina süttib |
Pulbrina süttib ja reageerib tsirkoonium kergesti, kuid suurema kogumina on see väga püsiv ja mittereaktiivne, kuna kattub pinnalt tsirkooniumdioksiidi kihiga. Madalatel temperatuuridel reageerib see vaid [[vesinikfluoriidhape|vesinikfluoriidhappe]], kontsentreeritud [[väävelhape|väävelhappe]], HF ja [[lämmastikhape|HNO<sub>3</sub>]] segu ning [[kuningvesi|kuningveega]].<ref name="Ahmetov" /> [[Leelis]]te suhtes on tsirkoonium üldjuhul püsiv, reageerides vaid sulatatud leelistega. |
||
Reageerimine väävelhappega: |
Reageerimine väävelhappega: |
||
| 35. rida: | 33. rida: | ||
3Zr + 4HNO<sub>3</sub> + 18HCl → H<sub>2</sub>[ZrCl<sub>6</sub>] + 4NO↑ + 8H<sub>2</sub>O |
3Zr + 4HNO<sub>3</sub> + 18HCl → H<sub>2</sub>[ZrCl<sub>6</sub>] + 4NO↑ + 8H<sub>2</sub>O |
||
Reageerimine sulatatud [[naatriumhüdroksiid |
Reageerimine sulatatud [[naatriumhüdroksiid]]iga: |
||
Zr + 4NaOH → 2H<sub>2</sub>↑ + Na<sub>4</sub>ZrO<sub>4</sub> (naatriumortotsirkonaat) |
Zr + 4NaOH → 2H<sub>2</sub>↑ + Na<sub>4</sub>ZrO<sub>4</sub> (naatriumortotsirkonaat) |
||
Kõrgematel temperatuuridel (esimesed reaktsioonid halogeenidega 150 |
Kõrgematel temperatuuridel (esimesed reaktsioonid halogeenidega 150 °C juures<ref name="Ahmetov" />) muutub Zr aga tunduvalt aktiivsemaks, reageerides [[lämmastik]]u, [[süsinik]]u, [[hapnik]]u, [[halogeenid]]e ning paljude muude [[gaas]]ide ja ühenditega. Samas võib see neid gaase ka endas lahustada. Nii tekivad [[lahus|tahked lahused]] ja metall muutub rabedaks. Tsirkooniumi võimel lahustada [[vesinik]]ku, hapnikku ja lämmastikku põhineb ka üks [[vaakum|kõrgvaakumi]] saavutamise meetod. Kõrgematel temperatuuridel tekkinud ühendid võivad olla muutuva koostisega.<ref name="Truus" /><ref name="Past" /> |
||
===Füüsikalised omadused=== |
===Füüsikalised omadused=== |
||
Tsirkoonium on pehme, hõbehall, läikiv ja [[Plastsus|plastne]] metall, kuid juba vähesed lisandid muudavad selle [[kõvadus|kõvaks]] |
Tsirkoonium on pehme, hõbehall, läikiv ja [[Plastsus|plastne]] metall, kuid juba vähesed lisandid muudavad selle [[kõvadus|kõvaks]] ja [[haprus|hapraks]]. Kui keemiliste omaduste puhul esineb suur sarnasus hafniumiga, siis füüsikalistelt omadustelt erinevad nad suuresti. Tsirkooniumi tihedus on 6,49 g/cm<sup>3</sup>, sulamistemperatuur on 1852 °C ja keemistemperatuur 4377 °C. Sellel on väga hea [[elektrijuhtivus]]. Väga tähtsaks omaduseks tuumatööstuse jaoks on ka elemendi ülimadal neutronite neelamisvõime. |
||
[[Normaaltingimus]]tel on tsirkooniumi aatomstruktuur heksagonaalne tihepakend, |
[[Normaaltingimus]]tel on tsirkooniumi aatomstruktuur heksagonaalne tihepakend, |
||
===Isotoobid=== |
===Isotoobid=== |
||
Looduslikult esineb tsirkoonium viie [[isotoop|isotoobina]]. <sup>90</sup>Zr, <sup>91</sup>Zr, <sup>92</sup>Zr ja <sup>94</sup>Zr on stabiilsed, <sup>96</sup>Zr poolestusaeg on 2,4×10<sup>19</sup> aastat. Peale selle esineb veel 28 |
Looduslikult esineb tsirkoonium viie [[isotoop|isotoobina]]. <sup>90</sup>Zr, <sup>91</sup>Zr, <sup>92</sup>Zr ja <sup>94</sup>Zr on stabiilsed, <sup>96</sup>Zr poolestusaeg on 2,4×10<sup>19</sup> aastat. Peale selle esineb veel 28 tehisisotoopi. Levinuim isotoop on <sup>90</sup>Zr, mis moodustab 51,45% tsirkooniumi koguhulgast.<ref name="nubase" /> |
||
==Ajalugu== |
==Ajalugu== |
||
Tsirkooniumi |
Tsirkooniumi nimetus tuleneb selle tähtsaima allika, tsirkooni nimest. Tsirkooni tunti juba antiikajal. Selle kollasest erimist pärineb ka nimetus ''zargun'', mis [[pärsia keel]]es tähendab kuldkollast. Tsirkooniumi avastajaks peetakse [[Martin Heinrich Klaproth]]i, kes 1789 eraldas tsirkoonist ZrO<sub>2</sub> ja väitis, et saadud ühendis sisaldub uus element. Ebapuhtal kujul eraldas seda esimest korda 1824. aastal rootsi keemik [[Jöns Jacob Berzelius|J. J. Berzelius]] kaaliumheksafluorotsirkonaadi redutseerimisel naatriumiga: K<sub>2</sub>[ZrF<sub>6</sub>]+4Na → Zr + 2KF+ 4NaF. Väga puhtal kujul saadi tsirkooniumi aga alles 1925. aastal, kui Hollandi teadlased [[A. E. van Arkel]] ja [[J. H. De Boer]] said seda jodiidmeetodil, kus ZrI<sub>4</sub> lagundatakse termiliselt ning saadakse ülipuhas metall. See meetod on küll väga kallis, kuid siiski ka tänapäeval kasutusel. 1945. aastal töötas [[William J. Kroll]] aga välja tunduvalt odavama [[Krolli protsess]]i tööstuslikult piisavalt puhta tsirkooniumi saamiseks.<ref name="Truus" /><ref name="Lide" /><ref name="Krebs" /><ref name="metal1998" /> |
||
==Leidumine ja saamine== |
==Leidumine ja saamine== |
||
Tsirkoonium on maakoores levikult 18. kohal |
Tsirkoonium on maakoores levikult 18. kohal<ref name="Truus" />. Looduses seda puhtal kujul ei esine, kuna vesi muudab elemendi struktuuri ebastabiilseks. See-eest esineb Zr enam kui 140 [[mineraal]]is, millest olulisim on tsirkoon (ZrSiO<sub>4</sub>).<ref name="Ralph" /> Suurem osa neist mineraalidest sisaldab ka hafniumi, paljud ka [[Radioaktiivsus|radioaktiivseid]] elemente. 80% maailma tsirkoonist pärineb Austraaliast ja Lõuna-Aafrika Vabariigist.<ref name="Emsley" /> Tsirkooni varusid on üle 60 miljoni tonni<ref name="usgs2008" /> ning aastane toodang on umbes 900 000 tonni.<ref name="argonne" /> Sellest kogusest vaid ligikaudu 1% töödeldakse ümber puhtaks metalliks.<ref name="Truus" /> |
||
Tsirkooniumi leidub palju ka S-tüüpi [[ |
Tsirkooniumi leidub palju ka S-tüüpi [[Täht (astronoomia)|tähtedes]], [[Päike]]ses ja [[meteoor]]ides. [[Apollo programm|Apollo missioonidelt]] tagasi toodud Kuult pärit kivid sisaldavad samuti üpris kõrgel määral ZrO<sub>2</sub>.<ref name="Lide_Y9xI2" /> |
||
Tsirkoon on titaani tootmise |
Tsirkoon on titaani tootmise kaassaadus, mida saadakse selle põhiliste mineraalide [[ilmeniit|ilmeniidi]] ja [[rutiil]]i rannikuliivast eraldamisel ja töötlemisel. Suuremat osa saadavast tsirkoonist kasutatakse kohe kaubanduses, kuid mõned protsendid sellest töödeldakse siiski ümber ka tsirkooniumiks, kasutades põhiliselt Krolli protsessi. Selle protsessi korral redutseeritakse tsirkooniumtetrakloriid [[magneesium]]iga: ZrCl<sub>4</sub> + 2 Mg → Zr + 2 MgCl<sub>2</sub>. Saadud Zr sisaldab siiski mõne protsendi jagu hafniumi, mis enamikul juhtudel pole oluline, välja arvatud [[tuumaenergia|tuumaenergeetika]] valdkonnas.<ref name="Advameg" /> |
||
==Ühendid== |
==Ühendid== |
||
[[Pilt:CZ brilliant.jpg| |
[[Pilt:CZ brilliant.jpg|pisi|Briljandilõikes kuubiline tsirkooniumdioksiid]] |
||
Tsirkooniumdioksiid ZrO<sub>2</sub> on levinuim [[oksiid]], mida nimetatakse ka tsirkooniaks. See värvitu tahkis on väga kõva ja keemiliselt püsiv. ZrO<sub>2</sub> ei reageeri vee, leeliste lahuste ega hapetega (v.a |
Tsirkooniumdioksiid ZrO<sub>2</sub> on levinuim [[oksiid]], mida nimetatakse ka tsirkooniaks. See värvitu tahkis on väga kõva ja keemiliselt püsiv. ZrO<sub>2</sub> ei reageeri vee, leeliste lahuste ega hapetega (v.a kontsentreeritud H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>). Kõvaduse tõttu ([[Mohsi astmik|Mohsi skaalal]] 6,5) võib seda leida [[email]]ide ja keraamikatoodete koostises. Kuubilisel, [[teemant|teemand]]ilaadsel kujul kasutatakse tsirkooniumdioksiidi [[briljant|briljandi]] imitatsioonina. Sel on väga kõrge sulamistemperatuur, mistõttu kasutatakse seda ka pikaealise tulekindla ahjuvoodrina (näiteks [[teras]]e- ja [[alumiinium]]itööstuses) ja kuumakindla materjalina [[reaktiivmootor]]ites.<ref name="Truus" /><ref name="Past" /> |
||
[[ |
[[Pilt:National Museum of Natural History Zircon.JPG|pisi|vasakul|Erinevad tsirkooni kristallid]] |
||
Tsirkoonium-[[volfram]]-oksalaat (Zr(WO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>) on ühend, mis kuumutamisel tõmbub kõigis suundades kokku, mitte ei paisu nagu enamik teisi materjale. |
Tsirkoonium-[[volfram]]-oksalaat (Zr(WO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>) on ühend, mis kuumutamisel tõmbub kõigis suundades kokku, mitte ei paisu nagu enamik teisi materjale. |
||
Kõrgel temperatuuril reageerib Zr lämmastiku |
Kõrgel temperatuuril reageerib Zr lämmastiku ja süsinikuga, tekivad [[nitriidid]] ja [[karbiidid]], millest valmistatakse tulekindlat keraamikat. ZrC on ka väga kõva materjal, Mohsi skaalal 9.<ref name="Past" /> |
||
Tsirkoon on mineraal, mille valem on lihtsustatult ZrSiO<sub>4</sub>, kuid tegelikult sisaldab see hulgaliselt asendumisi, mille käigus on osa tsirkooniumist asendunud teiste metallidega.<ref |
Tsirkoon on mineraal, mille valem on lihtsustatult ZrSiO<sub>4</sub>, kuid tegelikult sisaldab see hulgaliselt asendumisi, mille käigus on osa tsirkooniumist asendunud teiste metallidega.<ref name="eJMzw" /> Tsirkoon on samuti väga kõva materjal. Värvuselt on see enamasti hallikas-, kollakas- või punakaspruun. Esineb ka värvitud kristalle. Juveelitööstuses on enim levinud tehislik, sinist värvi tsirkoon, mida nimetatakse [[starliit|starliidiks]]. Selline toon saavutatakse õhuvaeses keskkonnas kuumutamise teel.<ref name="DeYwg" /><ref name="aXkHu" /> |
||
==Kasutamine== |
==Kasutamine== |
||
Vaba tsirkooniumi põhiline kasutusvaldkond on tuumaenergeetika, kus selle sulameid kasutatakse kontrollvarraste katteks, mistõttu kasvas vaba metalli tootmine aastatel 1949–1959 sada korda.<ref name="Truus" |
Vaba tsirkooniumi põhiline kasutusvaldkond on tuumaenergeetika, kus selle sulameid kasutatakse kontrollvarraste katteks, mistõttu kasvas vaba metalli tootmine aastatel 1949–1959 sada korda.<ref name="Truus" /> Samas on metalli kasutamisel sel otstarbel probleemiks Zr reageerimine veeaurudega: Zr + 2 H<sub>2</sub>O↑ → ZrO<sub>2</sub> + 2 H<sub>2</sub>↑. See reaktsioon on probleemiks vaid väga kõrgetel temperatuuridel, mis esinevad näiteks tuumareaktorites ebapiisava jahutuse korral.<ref name="Gillon" /> Reaktsioonil vabanev vaba vesinik plahvatab õige hapniku suhte korral kergesti. Samal põhimõttel vabanenud H<sub>2</sub> kokkupuutel õhuhapnikuga toimusid ka mitmed plahvatused [[Fukushima I AEJ tuumaõnnetus|Fukushima tuumajaamas]], kus pärast maavärinaid vabanes 800–1000 kg vaba vesinikku.<ref name="OECD" /><ref name="HYER" /><ref name="IAEA" /> |
||
Zr kasutatakse ka tehisliigeste ja proteeside valmistamiseks. Sulamit [[nioobium |
Zr kasutatakse ka tehisliigeste ja proteeside valmistamiseks. Sulamit [[nioobium]]iga kasutatakse [[ülijuhtivus|ülijuhtivate]] magnetite mähistena. Võime tõttu [[Adsorbeeriv aine|adsorbeerida]] gaase kasutatakse seda kõrgvaakumi saavutamisel. Pulbrilisel kujul leidub seda [[Pürofoorsus|pürofoorsete]] omaduste tõttu signaalrakettide koostises. Juba väike Zr lisand teistele metallidele tõstab suuresti nende vastupidavust korrosioonile.<ref name="Truus" /><ref name="Past" /> |
||
==Mõju inimesele ja loodusele== |
==Mõju inimesele ja loodusele== |
||
Tsirkoonium ja selle soolad on üldiselt [[Mürgisus|vähetoksilised]] ning ka nende tarbimine üpris madal (4–5 |
Tsirkoonium ja selle soolad on üldiselt [[Mürgisus|vähetoksilised]] ning ka nende tarbimine üpris madal (4–5 mg päevas). Neil puudub teadaolev roll inimorganismis, aga kuna elemendi levik on siiski üpris suur, leidub selle ühendeid igas [[bioloogia|bioloogilises organismis]].<ref name="6ChHW" /> Lisaks kasutatakse tsirkooniumi deodorantides ja veepuhastusseadmetes<ref name="C9DHS" /> |
||
==Viited== |
==Viited== |
||
{{viited |
{{viited|allikad= |
||
<ref name="14PWN">{{cite web|url=http://openmopac.net/data_normal/zirconium(i)%20fluoride_jmol.html|title=Zirconium: zirconium(I) fluoride compound data|accessdate=23.10.2014|publisher=OpenMOPAC.net|archive-date=28.08.2013|archive-url=https://web.archive.org/web/20130828122031/http://openmopac.net/data_normal/zirconium(i)%20fluoride_jmol.html|url-status=dead}}</ref> |
|||
<ref name="Truus">Elementide keemia. [[Hergi Karik]]. [[Kalle Truus]]. Ilo. 2003. Tallinn</ref> |
|||
<ref name="Past">Üldine ja anorgaaniline keemia. H. Karik, U. Palm, V. Past. Valgus. 1981. Tallinn</ref> |
|||
<ref name="Ahmetov">Anorgaaniline keemia. N. Ahmetov. Valgus. 1974. Tallinn</ref> |
|||
<ref name="Wc8tT">{{cite journal|author=Schnell I and Albers RC|title=Zirconium under pressure: phase transitions and thermodynamics|journal=Journal of Physics: Condensed Matter|volume=18|pages=16| publisher=Institute of Physics |date=jaanuar 2006|doi=10.1088/0953-8984/18/5/001|issue=5|bibcode = 2006JPCM...18.1483S |last2=Albers}}</ref> |
|||
<ref name="nubase">{{cite journal|title=Nubase2003 Evaluation of Nuclear and Decay Properties|journal=Nuclear Physics A|volume=729|pages=3–128|publisher=Atomic Mass Data Center|year=2003|doi=10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001|author=Audi, G|bibcode=2003NuPhA.729....3A|last2=Bersillon|first2=O.|last3=Blachot|first3=J.|last4=Wapstra|first4=A.H.}}</ref> |
|||
<ref name="Lide">Lide, David R., ed. (2007–2008). "Zirconium". CRC Handbook of Chemistry and Physics 4. New York: CRC Press. p. 42</ref> |
|||
<ref name="Krebs">Krebs, Robert E. (1998). The History and Use of our Earth's Chemical Elements. Westport, Connecticut: Greenwood Press. pp. 98–100. ISBN 0-313-30123-9.</ref> |
|||
<ref name="metal1998">{{Cite book|first=James B.|last=Hedrick|contribution=Zirconium|title=Metal Prices in the United States through 1998|year=1998|pages=175–178|publisher=US Geological Survey|url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/metal_prices/metal_prices1998.pdf|format=[[PDF]]|accessdate=26.02.2008}}</ref> |
|||
<ref name="Ralph">Ralph, Jolyon and Ralph, Ida (2008). "Minerals that include Zr" url=http://www.mindat.org/chemsearch.php?inc=Zr%2C&exc=&sub=Search+for+Minerals. Vaadatud 2014-10-23.</ref> |
|||
<ref name="Emsley">Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 506–510. ISBN 0-19-850341-5.</ref> |
|||
<ref name="usgs2008">{{cite journal| title = Zirconium and Hafnium| journal = Mineral Commodity Summaries| pages = 192–193| publisher = US Geological Survey|date=jaanuar 2008| url = http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/zirconium/mcs-2008-zirco.pdf| format = PDF| accessdate = 24.02.2008}}</ref> |
|||
<ref name="argonne">{{Cite book|first=John|last=Peterson|first2=Margaret|last2=MacDonell| contribution=Zirconium|title=Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas|year=2007|pages=64–65|publisher=Argonne National Laboratory|format=PDF|url=http://www.evs.anl.gov/pub/doc/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf|accessdate=26.02.2008}}</ref> |
|||
<ref name="Lide_Y9xI2">Lide, David R., ed. (2007–2008). "Zirconium". CRC Handbook of Chemistry and Physics 4. New York: CRC Press. p. 42. ISBN 978-0-8493-0488-0.</ref> |
|||
<ref name="Advameg">http://www.madehow.com/Volume-1/Zirconium.html How Products Are Made. Advameg Inc. 2007. Vaadatud 2014-10-23.</ref> |
|||
<ref name="eJMzw">Deer, W. A., Howie, R. A. & Zussman, J. (1996). An Introduction to the Rock-Forming Minerals (2. trükk). Prentice Hall. Lk 23. ISBN 0582300940</ref> |
|||
<ref name="DeYwg">Klein, C., Hurlbut, C. S. (1993). Manual of Mineralogy (21. trükk). John Wiley & Sons. Lk 600. ISBN 047157452X</ref> |
|||
<ref name="aXkHu">Deer, W. A., Howie, R. A. & Zussman, J. (1996). An Introduction to the Rock-Forming Minerals (2. trükk). Prentice Hall. Lk 22. ISBN 0582300940</ref> |
|||
<ref name="Gillon">Luc Gillon (1979). Le nucléaire en question, Gembloux Duculot, French edition, 240 pp.</ref> |
|||
<ref name="OECD">https://web.archive.org/web/20131029191924/http://www.oecd-nea.org/press/2011/NEWS-04.html OECD Nuclear Energy Agency 12-03-2014;14-03-2014;15-03-2014. Vaadatud 05-10-2014</ref> |
|||
<ref name="HYER">https://web.archive.org/web/20141025170620/http://www.hyer.eu/2011/hydrogen-in-nuclear-accidents-what-is-the-role-of-the-gas-in-fukushima German Hydrogen Association, 17-03-2011. Vaadatud 05-10-2014</ref> |
|||
<ref name="IAEA">http://www.iaea.org/newscenter/news/2011/fukushima150311.html International Atomic Energy Agency, 15-03-2011. Vaadatud 5-10-2014</ref> |
|||
<ref name="6ChHW">{{cite journal|last=Schroeder|first=HA|author2=Balassa JJ |title=Abnormal trace materials in man: Zirconium|journal=J Chron Dis|year=1966|volume=19|pages=573–586}}</ref> |
|||
<ref name="C9DHS">Lee DBN, Roberts M, Bluchel CG, Odell RA. (2010) Zirconium: Biomedical and nephrological applications. ASAIO J 56(6):550–556.</ref> |
|||
}} |
|||
{{Commons|Category:Zirconium}} |
{{Commons|Category:Zirconium}} |
||
| 84. rida: | 107. rida: | ||
[[Kategooria:Lihtained]] |
[[Kategooria:Lihtained]] |
||
[[Kategooria:Metallid]] |
[[Kategooria:Metallid]] |
||
[[Kategooria:Keemilised elemendid]] |
|||
Viimane redaktsioon: 15. oktoober 2022, kell 23:39
| Pilt |  | ||||
| Nimi, sümbol, järjekorranumber |
| ||||
| rühm, periood, | IV B, 5. | ||||
| Aatommass | 91,22 g/mol | ||||
| Elektronkonfiguratsioon | 2, 8, 18, 10, 2  | ||||
| CAS-i registrinumber | 7440-67-7 | ||||
| Füüsikalised omadused | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Faas | tahke | ||||
| Tihedus | 6,49 g • cm−3 | ||||
| Sulamistemperatuur | 2125 K, 1852 °C, 3366 °F | ||||
| Keemistemperatuur | 4650 K, 4377 °C, 7911 °F | ||||
| Aatomi omadused | |||||
| Oksüdatsiooniastmed | 4, 3, 2, 1[1]: | ||||
| Elektronegatiivsus | 1,33 (Paulingi skaala) | ||||
| Aatomiraadius | 160 pm | ||||
| Kovalentraadius | 175±7 pm | ||||
| Füüsikalised omadused | |||||
| Kristallstruktuur | heksagonaalne tihepakend  | ||||
Tsirkoonium on keemiline element, mille sümbol on Zr ja järjenumber 40. Tsirkooniumi nimetus tuleb selle tähtsaima allika tsirkooni nimetusest. Tegemist on hõbehalli, läikiva ja toatemperatuuril tahke metalliga. See on puhtana väga plastne, kuid muutub rabedaks juba väheste lisandite korral. Keemilised omadused sarnanevad suuresti hafniumi ja titaani omadega. Tsirkooniumi tihedus on 6,49 g/cm3, sulamistemperatuur 1852 °C ja keemistemperatuur 4377 °C. See oksüdeerub õhus, mille tulemusena moodustub pinnale tsirkooniumdioksiidi (ZrO2) kiht, mis muudab tahke metalli väga korrosioonikindlaks ja keemiliselt püsivaks. Pulbriline Zr süttib aga kokkupuutel õhuga. Elemendi neutronite neelamise võime on ülimadal, mistõttu kasutatakse seda näiteks tuumareaktorite kontrollvarraste katteks. Lisaks leiavad tsirkoonium ja selle ühendid kasutust ka keraamikas, proteesides, signaalrakettides, lisanditena sulamites ning abrasiivmaterjalides.[2][3]
Omadused
[muuda | muuda lähteteksti]Keemilised omadused
[muuda | muuda lähteteksti]Pulbrina süttib ja reageerib tsirkoonium kergesti, kuid suurema kogumina on see väga püsiv ja mittereaktiivne, kuna kattub pinnalt tsirkooniumdioksiidi kihiga. Madalatel temperatuuridel reageerib see vaid vesinikfluoriidhappe, kontsentreeritud väävelhappe, HF ja HNO3 segu ning kuningveega.[4] Leeliste suhtes on tsirkoonium üldjuhul püsiv, reageerides vaid sulatatud leelistega.
Reageerimine väävelhappega: Zr + 5H2SO4 → H2[Zr(SO4)3] + 2SO2↑ + 4H2O
Reageerimine kuningveega: 3Zr + 4HNO3 + 18HCl → H2[ZrCl6] + 4NO↑ + 8H2O
Reageerimine sulatatud naatriumhüdroksiidiga: Zr + 4NaOH → 2H2↑ + Na4ZrO4 (naatriumortotsirkonaat)
Kõrgematel temperatuuridel (esimesed reaktsioonid halogeenidega 150 °C juures[4]) muutub Zr aga tunduvalt aktiivsemaks, reageerides lämmastiku, süsiniku, hapniku, halogeenide ning paljude muude gaaside ja ühenditega. Samas võib see neid gaase ka endas lahustada. Nii tekivad tahked lahused ja metall muutub rabedaks. Tsirkooniumi võimel lahustada vesinikku, hapnikku ja lämmastikku põhineb ka üks kõrgvaakumi saavutamise meetod. Kõrgematel temperatuuridel tekkinud ühendid võivad olla muutuva koostisega.[2][3]
Füüsikalised omadused
[muuda | muuda lähteteksti]Tsirkoonium on pehme, hõbehall, läikiv ja plastne metall, kuid juba vähesed lisandid muudavad selle kõvaks ja hapraks. Kui keemiliste omaduste puhul esineb suur sarnasus hafniumiga, siis füüsikalistelt omadustelt erinevad nad suuresti. Tsirkooniumi tihedus on 6,49 g/cm3, sulamistemperatuur on 1852 °C ja keemistemperatuur 4377 °C. Sellel on väga hea elektrijuhtivus. Väga tähtsaks omaduseks tuumatööstuse jaoks on ka elemendi ülimadal neutronite neelamisvõime.
Normaaltingimustel on tsirkooniumi aatomstruktuur heksagonaalne tihepakend,
Isotoobid
[muuda | muuda lähteteksti]Looduslikult esineb tsirkoonium viie isotoobina. 90Zr, 91Zr, 92Zr ja 94Zr on stabiilsed, 96Zr poolestusaeg on 2,4×1019 aastat. Peale selle esineb veel 28 tehisisotoopi. Levinuim isotoop on 90Zr, mis moodustab 51,45% tsirkooniumi koguhulgast.[6]
Ajalugu
[muuda | muuda lähteteksti]Tsirkooniumi nimetus tuleneb selle tähtsaima allika, tsirkooni nimest. Tsirkooni tunti juba antiikajal. Selle kollasest erimist pärineb ka nimetus zargun, mis pärsia keeles tähendab kuldkollast. Tsirkooniumi avastajaks peetakse Martin Heinrich Klaprothi, kes 1789 eraldas tsirkoonist ZrO2 ja väitis, et saadud ühendis sisaldub uus element. Ebapuhtal kujul eraldas seda esimest korda 1824. aastal rootsi keemik J. J. Berzelius kaaliumheksafluorotsirkonaadi redutseerimisel naatriumiga: K2[ZrF6]+4Na → Zr + 2KF+ 4NaF. Väga puhtal kujul saadi tsirkooniumi aga alles 1925. aastal, kui Hollandi teadlased A. E. van Arkel ja J. H. De Boer said seda jodiidmeetodil, kus ZrI4 lagundatakse termiliselt ning saadakse ülipuhas metall. See meetod on küll väga kallis, kuid siiski ka tänapäeval kasutusel. 1945. aastal töötas William J. Kroll aga välja tunduvalt odavama Krolli protsessi tööstuslikult piisavalt puhta tsirkooniumi saamiseks.[2][7][8][9]
Leidumine ja saamine
[muuda | muuda lähteteksti]Tsirkoonium on maakoores levikult 18. kohal[2]. Looduses seda puhtal kujul ei esine, kuna vesi muudab elemendi struktuuri ebastabiilseks. See-eest esineb Zr enam kui 140 mineraalis, millest olulisim on tsirkoon (ZrSiO4).[10] Suurem osa neist mineraalidest sisaldab ka hafniumi, paljud ka radioaktiivseid elemente. 80% maailma tsirkoonist pärineb Austraaliast ja Lõuna-Aafrika Vabariigist.[11] Tsirkooni varusid on üle 60 miljoni tonni[12] ning aastane toodang on umbes 900 000 tonni.[13] Sellest kogusest vaid ligikaudu 1% töödeldakse ümber puhtaks metalliks.[2]
Tsirkooniumi leidub palju ka S-tüüpi tähtedes, Päikeses ja meteoorides. Apollo missioonidelt tagasi toodud Kuult pärit kivid sisaldavad samuti üpris kõrgel määral ZrO2.[14]
Tsirkoon on titaani tootmise kaassaadus, mida saadakse selle põhiliste mineraalide ilmeniidi ja rutiili rannikuliivast eraldamisel ja töötlemisel. Suuremat osa saadavast tsirkoonist kasutatakse kohe kaubanduses, kuid mõned protsendid sellest töödeldakse siiski ümber ka tsirkooniumiks, kasutades põhiliselt Krolli protsessi. Selle protsessi korral redutseeritakse tsirkooniumtetrakloriid magneesiumiga: ZrCl4 + 2 Mg → Zr + 2 MgCl2. Saadud Zr sisaldab siiski mõne protsendi jagu hafniumi, mis enamikul juhtudel pole oluline, välja arvatud tuumaenergeetika valdkonnas.[15]
Ühendid
[muuda | muuda lähteteksti]
Tsirkooniumdioksiid ZrO2 on levinuim oksiid, mida nimetatakse ka tsirkooniaks. See värvitu tahkis on väga kõva ja keemiliselt püsiv. ZrO2 ei reageeri vee, leeliste lahuste ega hapetega (v.a kontsentreeritud H2SO4). Kõvaduse tõttu (Mohsi skaalal 6,5) võib seda leida emailide ja keraamikatoodete koostises. Kuubilisel, teemandilaadsel kujul kasutatakse tsirkooniumdioksiidi briljandi imitatsioonina. Sel on väga kõrge sulamistemperatuur, mistõttu kasutatakse seda ka pikaealise tulekindla ahjuvoodrina (näiteks terase- ja alumiiniumitööstuses) ja kuumakindla materjalina reaktiivmootorites.[2][3]
Tsirkoonium-volfram-oksalaat (Zr(WO4)2) on ühend, mis kuumutamisel tõmbub kõigis suundades kokku, mitte ei paisu nagu enamik teisi materjale.
Kõrgel temperatuuril reageerib Zr lämmastiku ja süsinikuga, tekivad nitriidid ja karbiidid, millest valmistatakse tulekindlat keraamikat. ZrC on ka väga kõva materjal, Mohsi skaalal 9.[3]
Tsirkoon on mineraal, mille valem on lihtsustatult ZrSiO4, kuid tegelikult sisaldab see hulgaliselt asendumisi, mille käigus on osa tsirkooniumist asendunud teiste metallidega.[16] Tsirkoon on samuti väga kõva materjal. Värvuselt on see enamasti hallikas-, kollakas- või punakaspruun. Esineb ka värvitud kristalle. Juveelitööstuses on enim levinud tehislik, sinist värvi tsirkoon, mida nimetatakse starliidiks. Selline toon saavutatakse õhuvaeses keskkonnas kuumutamise teel.[17][18]
Kasutamine
[muuda | muuda lähteteksti]Vaba tsirkooniumi põhiline kasutusvaldkond on tuumaenergeetika, kus selle sulameid kasutatakse kontrollvarraste katteks, mistõttu kasvas vaba metalli tootmine aastatel 1949–1959 sada korda.[2] Samas on metalli kasutamisel sel otstarbel probleemiks Zr reageerimine veeaurudega: Zr + 2 H2O↑ → ZrO2 + 2 H2↑. See reaktsioon on probleemiks vaid väga kõrgetel temperatuuridel, mis esinevad näiteks tuumareaktorites ebapiisava jahutuse korral.[19] Reaktsioonil vabanev vaba vesinik plahvatab õige hapniku suhte korral kergesti. Samal põhimõttel vabanenud H2 kokkupuutel õhuhapnikuga toimusid ka mitmed plahvatused Fukushima tuumajaamas, kus pärast maavärinaid vabanes 800–1000 kg vaba vesinikku.[20][21][22]
Zr kasutatakse ka tehisliigeste ja proteeside valmistamiseks. Sulamit nioobiumiga kasutatakse ülijuhtivate magnetite mähistena. Võime tõttu adsorbeerida gaase kasutatakse seda kõrgvaakumi saavutamisel. Pulbrilisel kujul leidub seda pürofoorsete omaduste tõttu signaalrakettide koostises. Juba väike Zr lisand teistele metallidele tõstab suuresti nende vastupidavust korrosioonile.[2][3]
Mõju inimesele ja loodusele
[muuda | muuda lähteteksti]Tsirkoonium ja selle soolad on üldiselt vähetoksilised ning ka nende tarbimine üpris madal (4–5 mg päevas). Neil puudub teadaolev roll inimorganismis, aga kuna elemendi levik on siiski üpris suur, leidub selle ühendeid igas bioloogilises organismis.[23] Lisaks kasutatakse tsirkooniumi deodorantides ja veepuhastusseadmetes[24]
Viited
[muuda | muuda lähteteksti]- ↑ "Zirconium: zirconium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. Originaali arhiivikoopia seisuga 28.08.2013. Vaadatud 23.10.2014.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 Elementide keemia. Hergi Karik. Kalle Truus. Ilo. 2003. Tallinn
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Üldine ja anorgaaniline keemia. H. Karik, U. Palm, V. Past. Valgus. 1981. Tallinn
- ↑ 4,0 4,1 Anorgaaniline keemia. N. Ahmetov. Valgus. 1974. Tallinn
- ↑ Schnell I and Albers RC; Albers (jaanuar 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.
- ↑ 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.
- ↑ Lide, David R., ed. (2007–2008). "Zirconium". CRC Handbook of Chemistry and Physics 4. New York: CRC Press. p. 42
- ↑ Krebs, Robert E. (1998). The History and Use of our Earth's Chemical Elements. Westport, Connecticut: Greenwood Press. pp. 98–100. ISBN 0-313-30123-9.
- ↑ Hedrick, James B. (1998). "Zirconium". Metal Prices in the United States through 1998 (PDF). US Geological Survey. Lk 175–178. Vaadatud 26.02.2008.
- ↑ Ralph, Jolyon and Ralph, Ida (2008). "Minerals that include Zr" url=http://www.mindat.org/chemsearch.php?inc=Zr%2C&exc=&sub=Search+for+Minerals. Vaadatud 2014-10-23.
- ↑ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 506–510. ISBN 0-19-850341-5.
- ↑ "Zirconium and Hafnium" (PDF). Mineral Commodity Summaries. US Geological Survey: 192–193. Jaanuar 2008. Vaadatud 24.02.2008.
- ↑ Peterson, John; MacDonell, Margaret (2007). "Zirconium". Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas (PDF). Argonne National Laboratory. Lk 64–65. Vaadatud 26.02.2008.
- ↑ Lide, David R., ed. (2007–2008). "Zirconium". CRC Handbook of Chemistry and Physics 4. New York: CRC Press. p. 42. ISBN 978-0-8493-0488-0.
- ↑ http://www.madehow.com/Volume-1/Zirconium.html How Products Are Made. Advameg Inc. 2007. Vaadatud 2014-10-23.
- ↑ Deer, W. A., Howie, R. A. & Zussman, J. (1996). An Introduction to the Rock-Forming Minerals (2. trükk). Prentice Hall. Lk 23. ISBN 0582300940
- ↑ Klein, C., Hurlbut, C. S. (1993). Manual of Mineralogy (21. trükk). John Wiley & Sons. Lk 600. ISBN 047157452X
- ↑ Deer, W. A., Howie, R. A. & Zussman, J. (1996). An Introduction to the Rock-Forming Minerals (2. trükk). Prentice Hall. Lk 22. ISBN 0582300940
- ↑ Luc Gillon (1979). Le nucléaire en question, Gembloux Duculot, French edition, 240 pp.
- ↑ https://web.archive.org/web/20131029191924/http://www.oecd-nea.org/press/2011/NEWS-04.html OECD Nuclear Energy Agency 12-03-2014;14-03-2014;15-03-2014. Vaadatud 05-10-2014
- ↑ https://web.archive.org/web/20141025170620/http://www.hyer.eu/2011/hydrogen-in-nuclear-accidents-what-is-the-role-of-the-gas-in-fukushima German Hydrogen Association, 17-03-2011. Vaadatud 05-10-2014
- ↑ http://www.iaea.org/newscenter/news/2011/fukushima150311.html International Atomic Energy Agency, 15-03-2011. Vaadatud 5-10-2014
- ↑ Schroeder, HA; Balassa JJ (1966). "Abnormal trace materials in man: Zirconium". J Chron Dis. 19: 573–586.
- ↑ Lee DBN, Roberts M, Bluchel CG, Odell RA. (2010) Zirconium: Biomedical and nephrological applications. ASAIO J 56(6):550–556.
 |
Pildid, videod ja helifailid Commonsis: Tsirkoonium |
| ||||||||||||||||||||||||