Zirconiu pe masă. Brățări cu zirconiu - puterea de vindecare a metalului

Acest element chimic, care ulterior cu o masă atomică de 91,224 g/mol, a ocupat locul 40 în tabelul D.I. Mendeleev, a fost obținut de chimistul suedez Jens Jakob Berzelius la începutul secolului al XIX-lea. S-a luat ca bază oxidul de ZrO2, care a fost găsit într-o bijuterie adusă de un alt om de știință - Martin Heinrich Klaproth - din Ceylon. Efectul asupra fluorozirconatului de potasiu de sodiu metalic s-a dovedit a fi de succes:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Rezultatul experimentelor a fost producerea de zirconiu pur - un metal strălucitor, alb-argintiu, incredibil de plastic, dar în același timp destul de dens. Ulterior, s-a dovedit că Zr se pretează perfect la prelucrare - la cald și la rece (forjare, laminare, ștanțare), dar își pierde aproape complet cele mai bune calități, primind impurități nemetalice.

Proprietățile fizice ale zirconiului

Sunt cunoscute două modificări cristaline ale zirconiului:

• α-zirconiu - rețea hexagonală compactă (a = 3,228 Å; c = 5,120 Å)
• β-zirconiu - rețea cubică centrată pe corp (a = 3,61 Å)

Obținerea formei β din forma α este posibilă prin încălzirea metalului la 862°C.

Zirconiul are următoarele proprietăți fizice:

• densitatea zirconiului - 6,45 g / cm3 (în condiții normale, adică la 20 ° C)
• punctul de topire - 1825°С
• punctul de fierbere 3580-3700°С
• capacitate termică specifică (25-100°С) – 0,291 kJ/(kg K)
• coeficient de conductivitate termică (50 ° С) - 20,96 W / (m K)
• coeficient de temperatură de dilatare liniară (20-400°С) – 6,9 10-6
• rezistivitate electrică (20°C) - 44,1 μk cm

Un metal care are ca impurități hidrogen, carbon, azot sau oxigen crește considerabil fragilitatea. Zirconiul pur este dotat cu:

• modulul de elasticitate (20 ° С) - 97 Gn / m2 (9700 kgf / mm 2)
• rezistență la tracțiune - 253 MN / m 2 (25,3 kgf / mm 2)
• Duritate Brinell - 640-670 MN / m 2 (64-67 kgf / mm 2)

Rezistența la coroziune a zirconiului

Protecția anticorozivă este calitatea care în cazul zirconiului este adesea pusă în prim plan. Acest element nu este solubil în alcali, nici în acizi azotic sau clorhidric. Acesta este un element de aliere excelent care face ca orice aliaje de magneziu multicomponente să fie cu un ordin de mărime mai rezistent la coroziune.

Pe lângă protecția împotriva coroziunii, zirconiul poate îmbunătăți semnificativ alte calități ale aliajului: menține duritatea acestuia, crește rezistența la impact, iar în aliajele de cupru, menține conductivitatea electrică pe fundalul unei întăriri semnificative. Doar câteva zecimi de procent de Zr dintr-un aliaj de magneziu își dublează rezistența. Aproape același lucru se poate spune despre aliajele de aluminiu, care, în prezența zirconiului, își măresc performanța cu un ordin de mărime.

Zirconiul în metalurgie

Zirconiul este un metal utilizat pe scară largă în metalurgie. În primul rând, este folosit ca un dezoxidant extrem de eficient (Zr s-a dovedit a fi mai bun decât titanul și manganul în aceste proprietăți). De asemenea, zirconiul contribuie la păstrarea tenacității oțelurilor, înzestrandu-le în același timp cu rezistență la sarcini mari de șoc. În cele din urmă, elementul Zr elimină gazele și sulful din aliaj, ceea ce înseamnă că contribuie la păstrarea plasticității metalului.

De exemplu: un aliaj metalic fără zirconiu rezistă la o sarcină de impact de 900 kg. Doar o adăugare de 0,1% de Zr îl ridică la 1600 kg.

În metalurgia neferoasă, zirconiul acționează ca un element de aliere și este, de asemenea, utilizat pentru a crește rezistența la căldură a aliajelor de aluminiu.

Planeta noastră este bogată în minerale, inclusiv în metale. Unul dintre cele mai comune este zirconiul. Poate fi găsit în orice colț al Pământului. Ce este acest metal, care sunt proprietățile lui și unde este utilizat?

Proprietăți chimice

Substanța simplă zirconiu este un element al unui subgrup lateral al grupului IV al perioadei a cincea a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev. I s-a atribuit numărul atomic 40 și masa sa atomică este 91,224. Este un metal gri-oțel cu o nuanță gălbuie și o strălucire caracteristică. Se obține prin retopirea deșeurilor de zirconiuși din concentrat de minereu, deoarece nu se găsește în forma sa pură în scoarța terestră.

natural metalic zirconiu distribuite sub formă de compuși chimici naturali - mai mult de 40 de săruri sau oxizi. La sfârșitul secolului al XVIII-lea, omul de știință german Klaproth a izolat oxidul de zirconiu din piatra de zambilă. Aparține varietății prețioase a acestei pietre. Până în secolul al XX-lea, metalul nu a putut fi obținut în forma sa pură, dar în anii 20, oamenii de știință au obținut totuși succesul.

În forma sa purificată, are multe dintre proprietățile care disting aurul:

• plastic;
• maleabil;
• anti-coroziune;
• termorezistent;
• paramagnetic.

Metal nu se teme de expunerea la apa clorurată și de mare. Nu își pierde calitățile înalte la temperaturi scăzute și ridicate. Rezistent la amoniac, acizi și alcalii. Este folosit în principal pentru a adăuga aliaje de alte metale, ceea ce îi mărește fabricabilitatea și face proprietățile sale aproape unice. Și-a primit numele de la cuvântul persan „tsargun” (piatră de aur).

Destul de des zirconiu confundat cu zircon, care este un silicat de zirconiu. Metalul își poate schimba culoarea și culoarea poate fi:

• verde;
• maro;
• negru;
• galben;
• uneori roșii.

Culoarea sa depinde de impuritățile care compun compoziția. Impuritățile care colorează piatra includ adesea calciu, cupru, fier, zinc, uraniu, stronțiu și titan. Conține și elemente de pământuri rare.

Fiind în natură

Depozitele de minereu de zirconiu sunt larg distribuite în intestinele pământului. Depozitele pot fi văzute în mai multe forme sub forma:

• oxizi amorfi;
• săruri;
• monocristale.

În depozitele africane se găsesc cristale cu o greutate de până la 1 kg. Cel mai mult zirconiu (metal) este concentrat în Australia, India, Africa de Sud, Brazilia și America de Nord. Aceste state au cele mai mari rezerve din acest metal. Rusia are aproape 10% din rezervele mondiale de zirconiu în Siberia și Urali. Cel mai adesea în minereu, apare împreună cu hafniul, deoarece este aproape de acesta în proprietățile sale. Fiecare dintre ele are propriile sale caracteristici atractive, dar nu pot fi utilizate în combinație. Purificarea în mai multe etape face posibilă separarea acestor două elemente, dar un astfel de proces de fabricație face zirconiul mult mai scump.

Găsit în natură zirconiu mare verde și opac, dar pot provoca radiații crescute. Astfel de exemplare nu pot fi tăiate, depozitate în locuințe și transportate în volume mari. Zirconiul ocupă locul 12 în distribuția metalelor din întreaga lume. În ciuda acestui fapt, a fost un element nepopular pentru o lungă perioadă de timp, chiar și în comparație cu elementele radioactive rare. Acest lucru se explică prin faptul că există multe dintre rezervele sale împrăștiate pe pământ, dar nu există atât de multe rezerve foarte mari.

Aplicarea zirconiului metalic

Datorită proprietăților și calităților sale unice, acest element poate fi utilizat în multe industrii. A lui utilizate sub formă de aliaje în diverse domenii ale industriei moderne:

• constructii de avioane;
• energie nucleară;
• știința rachetelor;
• instrumentaţie;
• Turnătorie;
• industria militară;
• Echipament medical.

Datorită stabilității sale ridicate, care o depășește chiar pe cea a titanului, a devenit foarte popular în industria medicală. Este folosit pentru protezare și producerea de instrumente chirurgicale.

Zirconiul metalic a fost folosit de mult timp pentru a crea bijuterii. Este capabil să ia multe nuanțe deoarece este metal anodizat. Acest lucru le permite bijutierilor să întrupeze o varietate de idei artistice în crearea de bijuterii. Produsele arată elegant și frumos, prin urmare sunt apreciate pe piața mondială de bijuterii.

Cu un grad ridicat de protecție împotriva coroziunii, acest element de aliere ajută la realizarea aliajelor de magneziu multicomponente mult mai rezistente la coroziune. De asemenea, îmbunătățește duritatea aliajelor, crește rezistența la impact. În aliajele cu cupru, pe lângă rezistență, păstrează conductivitatea electrică. În aliajele cu aluminiu, acest element unic le îmbunătățește semnificativ performanța.

Element utilizat pe scară largă în industria metalurgică și actioneaza ca un dezoxidant foarte eficient. Această calitate este de câteva ori mai mare decât cea a manganului și a titanului. Zirconiul îmbunătățește duritatea tipurilor de oțel, ajutându-le astfel să fie mai rezistente la sarcinile de impact. Promovează ductilitatea prin îndepărtarea sulfului și a gazelor din aliaje. De asemenea, este folosit ca element de aliere în metalurgia neferoasă și pentru creșterea capacității termice a aliajelor de aluminiu.

Proprietăți medicinale

Datorită proprietăților sale fizice și chimice speciale, zirconiul a fost utilizat în mod activ în medicină. Datorită neutralității sale față de efectele mediilor alcaline, acide și apoase, precum și ale amoniacului, se adaugă la compozițiile pentru fabricarea instrumentelor medicale. El stimulează vindecarea rapidă a rănilor și prezintă un efect antimicrobian. Datorită acestor proprietăți, puroiul nu se formează în răni și infecțiile nu pătrund în ele.

Elementul nu este un alergen, prin urmare facilitează reacțiile alergice. Nu transmite radiații și este considerat un excelent antiseptic. În medicină, a început să fie folosit pentru fabricarea firelor de sutură. Deoarece metalul este foarte ductil, face posibilă păstrarea structurii oaselor în timpul fracturilor. Datorită acestui fapt, oasele cresc împreună mai repede.

De asemenea, este utilizat activ în stomatologie și protetică ortopedică. Nu irita tesuturile corpului si este neutru in raport cu orice mediu. Multe tipuri de metale provoacă o reacție alergică în cavitatea bucală, ceea ce nu se poate spune despre zirconiu. Datorită caracteristicilor și proprietăților sale rare, a devenit indispensabilă în fabricarea instrumentelor și implanturilor medicale.

Se găsește în unele alimente, dar în cantități minime. De exemplu, zirconiul se găsește în carnea de oaie, fulgi de ovăz, orez, fistic, leguminoase și alte alimente, dar este prea puțin din el pentru a provoca efecte negative asupra sănătății.

Se crede că bijuteriile cu zirconiu au un efect pozitiv asupra organismului. Dacă, după străpungerea urechilor, îți pui imediat cercei cu zirconiu, atunci rănile se vor vindeca mai repede. Metalul are un efect bun asupra stării pielii, de aceea este recomandat să purtați brățări și alte produse pe corp. Are un efect curativ asupra bolilor de piele, artrozei, artritei, hipertensiunii arteriale. În ciuda unor astfel de manifestări, medicina oficială nu a dat încă astfel de dovezi.

Zirconiul (Zr) este un element cu număr atomic 40 și greutate atomică 91,22. Este un element al unui subgrup secundar al celui de-al patrulea grup, a cincea perioadă a tabelului periodic al elementelor chimice al lui Dmitri Ivanovici Mendeleev. Zirconiul în stare liberă în condiții normale este un metal alb-argintiu strălucitor cu o densitate de 6,45 g/cm3. Zirconiul pur, fără impurități, este foarte ductil și poate fi prelucrat cu ușurință la rece și la cald. Ca multe alte metale, inclusiv vecinul său din grup - titan, zirconiu, care conțin impurități de nemetale (în special oxigen), își înrăutățește brusc proprietățile mecanice. De exemplu, pentru funcționarea fiabilă a unui reactor nuclear, este necesar ca astfel de impurități „periculoase” precum bor, cadmiu și altele să fie conținute în materialele fisionabile în cantități care să nu depășească milionimi de procent. Zirconiul pur, unul dintre cele mai bune materiale structurale pentru reactoare nucleare, devine complet nepotrivit acestui scop dacă conține chiar și un mic amestec de hafniu, care nu are minerale proprii și însoțește de obicei zirconiul în natură.

Știința cunoaște cinci izotopi naturali ai zirconiului: 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%), 94Zr (17,4%), 96Zr (2,8%). Dintre izotopii radioactivi ai zirconiului obținuți artificial, cel mai important este 95Zr, al cărui timp de înjumătățire este de 65 de zile. Și-a găsit aplicație ca trasor izotop.

În 1789, chimistul german Martin Heinrich Klaproth a izolat dioxidul de zirconiu din analiza mineralului zircon. Sub formă de pulbere, zirconiul a fost obținut pentru prima dată mult mai târziu - în 1824 de către Jens Jakob Berzelius, iar zirconiul plastic a fost obținut abia în 1925 de oamenii de știință olandezi A. van Arkel și I. de Boer din cauza disocierii termice a iodurilor de zirconiu.

Una dintre cele mai valoroase proprietăți ale zirconiului metalic este rezistența ridicată la coroziune în diferite medii. De exemplu, nu se dizolvă în acizi azotic și clorhidric și în alcali. Aliarea oțelurilor cu zirconiu se bazează pe această proprietate a metalului nr. 40. Astfel, aliajele de magneziu multicomponente cu adaos de zirconiu devin mai rezistente la coroziune. Zirconiul crește rezistența titanului la acțiunea acizilor. În plus, oțelurile aliate cu zirconiu nu își pierd duritatea necesară într-un interval larg de temperatură, rezistă bine la sarcinile de șoc. Crește rezistența oțelurilor aliate. Adăugarea de zirconiu la cupru crește semnificativ rezistența acestuia, aproape fără a reduce conductivitatea electrică. Un aliaj pe bază de magneziu cu adaos de câteva procente de zinc și doar câteva zecimi de zirconiu este de două ori mai puternic decât magneziul pur și nu își pierde rezistența la 200 ° C. Calitatea aliajelor de aluminiu este, de asemenea, îmbunătățită semnificativ atunci când zirconiul li se adaugă.

Zirconiul captează cu greu neutronii lenți (termici). Pe această proprietate, combinată cu rezistența ridicată la coroziune și mediile agresive, rezistența mecanică la temperaturi ridicate, acesta și aliajele pe bază de ea sunt utilizate în mod activ în proiectarea reactoarelor nucleare.

În producția de oțel, aditivii de zirconiu servesc pentru a elimina oxigenul, azotul și sulful din acesta. De asemenea, zirconiul este folosit ca componentă de aliere a unor oțeluri blindate, inoxidabile și rezistente la căldură.

Pe o proprietate atât de cunoscută a zirconiului, cum ar fi absorbția activă a gazelor în stare încălzită, utilizarea sa se bazează pe sinterizarea pulberilor metalice, precum și pe tehnologia electrovacuum. Deci, la o temperatură de 300 ° C, zirconiul absoarbe hidrogenul, iar la 400 ° C și mai sus interacționează cu oxigenul și azotul.

Proprietăți biologice

Zirconiul nu joacă în mod direct roluri biologice importante în viața corpului uman. Nu este un bioelement, nu este inclus în materialul structural al celulelor - nu este un microelement vital. Este foarte posibil ca acest lucru să se datoreze cunoașterii slabe a tuturor proprietăților acestui metal, deoarece treptat, an de an, zirconiul dezvăluie din ce în ce mai multe calități noi asociate cu influența acestui element asupra organismului și a sănătății umane.

În prezent, în clinicile de traumatologie și chirurgie maxilo-facială, pentru tratamentul fracturilor multiple de oase, se utilizează metoda fixatoarelor (implanturilor), care fixează cu precizie și fermitate fragmentele osoase complet, excluzând chiar și cele mai mici deplasări, ceea ce contribuie la fuziunea rapidă. a tesuturilor osoase si vindecarea rapida a plagii postoperatorii.

În practica mondială, producătorii de implanturi folosesc oțel inoxidabil și aliaje de titan pentru fabricarea plăcilor și șuruburilor. În țara noastră au fost dezvoltate și stăpânite implanturi din aliaje de zirconiu de clase E125 și E110, care nu sunt inferioare celor mai bune mostre străine. Dimpotrivă, utilizarea implanturilor din aliaje de zirconiu oferă o serie de avantaje: rezistență ridicată la coroziune a materialului; compatibilitate biologică excelentă (absența reacțiilor alergice și a respingerii), datorită căreia nu este nevoie de intervenții chirurgicale repetate pentru îndepărtarea implanturilor; proprietăți de înaltă rezistență ale aliajelor de zirconiu. Densitatea relativ scăzută a aliajului face posibilă facilitarea proiectării implantului; ductilitatea excelentă asigură o potrivire mai precisă a îndoirii implantului la conturul osului.

Lista instrumentelor și implanturilor pentru chirurgia maxilo-facială și neurochirurgie este foarte largă: peste două duzini de tipuri de plăci și capse, șuruburi corticale pentru fixare, cleme hemostatice, burghie și chiar fire pentru sutura în timpul operațiilor pe creier!

Elementul nr. 40, la fel ca aliajele sale, nu irită țesuturile moi și oasele din jur, este perfect compatibil cu țesuturile biologice și, de asemenea, are un efect special asupra acestora. Medicii au descoperit că purtarea cerceilor cu zirconiu vindecă o rană a lobului urechii după perforarea cu 2-3 zile mai devreme decât atunci când purtați cercei de aur. În plus, persoanele care poartă constant bijuterii realizate cu zirconiu sau zirconi au observat o îmbunătățire semnificativă a stării lor generale în ansamblu. Experimentele au dat rezultate pozitive în tratamentul bolilor de piele cu brățări, curele și plăci de zirconiu: dermatită, neurodermatită, eczeme din copilărie, boli ale sistemului musculo-scheletic, coloanei vertebrale, artrite și artroze de origine metabolică, fracturi ale extremităților superioare și inferioare și altele. boli. Un efect pozitiv este observat la peste 90% dintre pacienți.

Jumătatea sănătoasă a subiecților nu a simțit niciun efect negativ de la purtarea brățărilor, dar a observat o îmbunătățire a sănătății lor generale.

Astfel, se poate susține că brățările din zirconiu și alte bijuterii realizate din acest metal, aliajele și mineralele sale nu este un panaceu pentru toate bolile, dar are un anumit efect de vindecare asupra corpului uman. În orice caz, nu dăunează.

Bijutierii medievali foloseau adesea așa-numitele „diamante imperfecte” pentru a crea bijuterii unice. Aceste „diamante” diferă puțin de pietrele prețioase reale - oarecum mai moi și puțin mai tulburi, ceea ce nu permitea pietrei tăiate să strălucească și să strălucească ca un diamant. Aceste pietre aveau și denumiri mai specifice: diamantele Matara - după locul extragerii lor - zona Matare (Matturai) de pe insula Sri Lanka. Jargon sau jargon Ceylon - Zirconii galbeni, galben pai și fumurii. Se mai numesc și diamante siameze. Starlite sau starlight - zircon cu o culoare naturală albastru-cer sau obținut după tratament termochimic. Zambila - transparent galben-miere, roșu-maro, roșu-maro, roșu, zirconiu roz. Culoarea acestei pietre seamănă cu zambila - o floare crescută, conform mitului antic grecesc, de Apollo din trupul (sau sângele) frumosului tânăr Hyacinth, favoritul lui Apollo, care a fost ucis de Zephyr, zeul vântului.

Desigur, meșterii medievali nu știau că lucrează cu mineralul zirconiu - cristale simple de zircon.

Zirconiul are o secțiune transversală foarte mică de captare a neutronilor termici. Prin urmare, zirconiul metalic, care nu conține hafniu, și aliajele sale sunt utilizate în industria energiei nucleare pentru fabricarea de elemente de combustibil, ansambluri de combustibil și alte modele de reactoare nucleare. Astfel, pe primul submarin nuclear american, Nautilus, a fost instalat un reactor realizat integral din zirconiu. Mai târziu, s-a dovedit că este mai profitabil să se facă învelișuri cu elemente de combustibil (TVEL) din zirconiu și nu părți staționare ale miezului reactorului.

Aditivii de zirconiu în timpul alierei oțelurilor măresc caracteristicile de rezistență ale aliajului. Deci prototipurile de oțeluri nealiate cu zirconiu sunt distruse sub o sarcină mai mică de o tonă, oțel de aceeași compoziție, dar cu adaos de doar 0,1% zirconiu, poate rezista la o sarcină mai mare de o tonă și jumătate!

Specificațiile pentru zirconiu cu așa-numita „puritate a reactorului” permit prezența a nu mai mult de 0,02% hafniu în acesta. Dar chiar și astfel de doze homeopate ale companionului etern al zirconiului destul de semnificativ - de șase ori și jumătate - reduc transparența neutronilor zirconiului!

Dioxidul de zirconiu are o proprietate foarte interesanta: foarte incalzit, emite lumina atat de intens incat poate fi folosit in tehnologia iluminatului. Celebrul fizician german Walter Hermann Nernst a fost primul care a aflat despre această proprietate a dioxidului de zirconiu. Pe baza acestui fenomen neobișnuit, fizicianul a proiectat o lampă, care mai târziu a primit denumirea de „lampă Nernst”, în care tijele incandescente erau făcute din dioxid de zirconiu.

O aplicație foarte interesantă a fost găsită de tetraclorura de zirconiu. Conductivitatea electrică a unei plăci a acestei substanțe variază în funcție de presiunea care acționează asupra acesteia. Funcționarea unui manometru universal se bazează pe acest principiu - un dispozitiv care măsoară presiunea. Cu cea mai mică modificare a presiunii, se modifică și puterea curentului în circuitul dispozitivului, a cărei scară este calibrată în unități de presiune. Astfel de manometre sunt extrem de sensibile la schimbările de presiune, așa că pot fi folosite pentru a determina presiunea de la sute de mii de atmosferă la mii de atmosfere!

Mantelele de ploaie își datorează proprietățile hidrofuge sărurilor de zirconiu, care fac parte dintr-o emulsie specială pentru impregnarea țesăturilor. Sărurile de zirconiu sunt, de asemenea, folosite pentru fabricarea de cerneluri de imprimare colorate, lacuri speciale și materiale plastice. Ca catalizator, compușii de zirconiu sunt utilizați în producția de combustibil pentru motor cu un octan ridicat. Compușii sulfatați ai acestui element sunt renumiti pentru proprietățile lor excelente de bronzare.

Poveste

De fapt, istoria popularității zirconiului pentru omenire este destul de veche - chiar și în timpul domniei Romei în Iudeea, marii preoți purtau zambile în bijuteriile lor - cristale de zirconiu - principalul mineral al zirconiului. Bijutierii medievali din diferite țări își decorau adesea produsele cu aceste cristale. Bijuteriile cu zirconi au câștigat o popularitate deosebită în India în secolele XV-XVI și în anii treizeci ai secolului al XIX-lea.

Acest mineral care conținea zirconiu a fost extras pe insula Ceylon, de unde comercianții l-au exportat ulterior din abundență în multe țări. Aceste cristale au câștigat o popularitate atât de remarcabilă datorită culorii lor diverse și foarte frumoase: de la transparent incolor și galben-maro pal, transformându-se în gri-verde la roșu sânge. Era zirconul roșu pe care bijutierii îl numeau zambile (denumirea veche este peradol), considerând-o una dintre soiurile de topaz sau rubin, asemănătoare acestuia ca compoziție chimică. Abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea, zambila și-a primit numele modern - zircon Zr; mineralogul Werner i-a dat acest nume.

Unul dintre acești zirconi din Ceylon a căzut în mâinile lui M. G. Klaproth, membru al Academiei de Științe din Berlin. În 1789, a efectuat cercetări asupra bijuteriei folosind propria sa metodă și a publicat rezultatele analizei în același an. Klaproth a obținut o substanță pe care a numit-o „pământ de zircon”. A topit pulberea de zircon cu alcalii caustice într-un creuzet special de argint, apoi a dizolvat aliajul în acid sulfuric. În continuare, chimistul a izolat acid silicic și fier din soluție, după care a obținut cristale de sare și din acestea oxid (același pământ), pe care l-a numit „zirconiu” (Zirconerde).

Cu un astfel de nume, Klaproth a respins cel mai probabil următoarele concepte persane: „zar” („rege”) - aur și „pistol” („pistol”) - culoare, adică literalmente - „culoare aurie”. Din următoarele considerații, se poate ghici că mineralul, care se afla în mâinile unui chimist, avea o culoare maro auriu. O altă presupunere despre originea numelui se bazează pe cuvântul arab „zarkun” - cinabru, mineral. După cum puteți vedea, cuvintele sunt foarte asemănătoare, ceea ce înseamnă că din semnificațiile lor provine numele metalului.

În sursele rusești, numele sunt similare, deși au mici diferențe. Deci Scherer (1808) a numit metalul „zircon”, Zakharov (1810) aderă la aceeași formulare, Dvigubsky (1824) este mai original - „baza pământului de zircon” sau „zirconiu”, Strahov (1825) numește metalul „ zircon”.

Oxidul de zirconiu (II) a fost izolat și de Giton de Morovo numai din zambile găsite în Franța.

Zirconul metalic (cu o proporție foarte mare de impurități) a putut fi obținut pentru prima dată de J. J. Berzelius în 1824 prin reducerea fluor-zirconat de potasiu cu sodiu metalic:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Rezultatul a fost un metal gri-argintiu care era atât de fragil încât nu putea fi prelucrat. Motivul pentru aceasta a fost conținutul ridicat de impurități. Ca urmare, acest element nu a fost folosit. Multă vreme, oamenii de știință din diferite țări au încercat să rezolve problema purității metalelor. Abia în 1914 a fost posibil să se obțină zirconiu relativ pur, iar metalul, care poate fi prelucrat (forjat, laminat, laminat) aproximativ la fel ca cuprul, a reușit să-i izoleze abia în 1925 pe chimiștii olandezi van Arkel și de Boer. . Au plecat de la metoda tradițională și utilizată pe scară largă de electroliză, folosind noua lor metodă de „acumulare”, care a constat în faptul că un compus volatil (în cazul lor era tetraiodură de zirconiu ZrI4) a fost supus la descompunere termică în vid, iar metalul pur a fost depus pe un filament de wolfram fierbinte .

Fiind în natură

Zirconiul este un element destul de comun: conținutul său în scoarța terestră este de 0,025% în greutate. Dintre metale în ceea ce privește prevalența, se află pe locul al doisprezecelea. Cu toate acestea, zirconiul este foarte dispersat și orice acumulări semnificative ale acestuia sunt rare. Deci, în rocile principale, conținutul său nu depășește 1,3,10-2%; în granite, solurile nisipoase și argiloase, acest element este mult mai frecvent - 2 10-2%, dar zirconiul este cel mai frecvent în rocile alcaline - 5 10-2%, ceea ce este chiar mai mare decât conținutul mediu din scoarța terestră în general . Cel mai adesea, poate fi găsit sub formă de diferiți compuși chimici, care, la rândul lor, apar în litosferă, deoarece zirconiul este un element litofil. În natură, compușii săi sunt cunoscuți exclusiv cu oxigen sub formă de oxizi și silicați. În ciuda faptului că zirconiul este un oligoelement, există aproximativ 40 de minerale în care zirconiul este prezent sub formă de oxizi sau săruri. Datorită astfel de dispersie în roci și absența depozitelor mari, zirconiul este folosit mult mai puțin decât metalele cu adevărat rare. Acest metal este un migrant slab de apă - conținutul de zirconiu din apa de mare nu depășește 0,00005 mg/l. În mediul biologic, nu este, de asemenea, obișnuit.

Zirconul ZrSiO4 este distribuit în principal în natură, în care 67,1% ZrO2, baddeleyit ZrO2 și diverse minerale complexe: eudialit (Na,Ca)6ZrOH(Si3O9)2(OH,Cl)2 etc.

Zirconul este cel mai răspândit mineral de zirconiu, cunoscut încă din cele mai vechi timpuri, când era numit zambilă, azorit, auerbachit, engelhardit și alte denumiri. Zirconul este un silicat insular care se găsește în toate tipurile de roci, dar este cel mai caracteristic granitelor și sienitelor. Mineralul este un cristal bine format, al cărui aspect variază în funcție de condițiile de formare, astfel încât în ​​granite și pegmatite granitice există cristale de natură lung-prismatică, iar în rocile alcaline și metasomatice - de tip dipiramidal. De asemenea, puteți găsi „gemeni”, „gemeni cu manivelă”, creșteri radiale-radiante și snopi.

Adesea, cristalele sunt relativ mici (doar câțiva milimetri), dar există excepții care cântăresc zeci sau chiar sute de carate. Cristale de zircon lungi de câțiva centimetri au fost găsite în comitatul Hinderson, Carolina de Nord. În Madagascar, descoperirile care cântăresc câteva kilograme nu sunt neobișnuite. În Statele Unite ale Americii, Instituția Smithsonian deține mai multe zirconi aduse din insula Sri Lanka. Ele diferă prin culoare și greutate: cel mai mare zircon - maro cântărește 118,1 carate; galben-brun 97,6; galben 23,5, incolor 23,9. Acolo puteți vedea și cristale mari din Birmania și Thailanda. Muzeul Geologic din Londra, Muzeul American de Istorie Naturală din New York și Muzeul Canadian din Toronto se pot lăuda cu colecții bogate de zirconi mari. Mulți zirconi mari și foarte frumoși au fost extrași în Urali.

Zirconii conțin adesea multe impurități: fier, aluminiu, metale din pământuri rare, hafniu, beriliu, uraniu și altele. În acest sens, oamenii de știință disting mai multe soiuri de zircon: malakon, citrolit, alvit, arshinovite și multe altele.

Mineralul baddeleyit, spre deosebire de zircon, a fost descoperit relativ recent - în 1892 în Brazilia. Acolo se află și principalul zăcământ al acestui mineral, Posos de Caldas. Unele descoperiri ale acestui depozit sunt pur și simplu uimitoare - unul dintre blocurile de baddeleyit, extras din stâncă, cântărea 30 de tone! De-a lungul malurilor râurilor și pâraielor, baddeleyita apare sub formă de pietricele aluviale de până la 7,5 mm în diametru, care conține peste 90% dioxid de zirconiu. Pentru aspectul său, acest pietricic a fost poreclit „favas” de către minerii locali, ceea ce înseamnă „fasole” (fava) în portugheză.

Aplicație

Domeniile de aplicare ale zirconiului și mineralele care îl conțin sunt extrem de diverse, sunt asociate cu industriile de înaltă tehnologie și, în același timp, cu producția celor mai comune bunuri de larg consum.

Primul consumator de zirconiu a fost metalurgia - mai întâi negru, apoi neferos. Acest lucru se datorează unui număr de proprietăți ale celui de-al patruzecelea element. Datorită afinității sale mari pentru oxigen, azot, sulf și fosfor, un aliaj de zirconiu cu fier și siliciu sau cu aluminiu și siliciu este folosit ca dezoxidant și curățător de oțel.

Zirconiul este utilizat pe scară largă ca element de aliere, deoarece adăugarea lui la alte metale le conferă proprietăți speciale - rezistență la căldură, rezistență la acizi și multe altele. Pe lângă proprietățile nou dobândite, aliajele de zirconiu își măresc rezistența mecanică, ceea ce ajută la creșterea duratei lor de viață și la extinderea posibilităților de utilizare în diverse domenii. Merită să dați câteva exemple de astfel de aliaje și domeniile lor de aplicare.

Ferozirconiul (un aliaj de zirconiu cu fier), care conține până la 20% Zr, este folosit în metalurgie ca dezoxidant și degazant pentru oțel. Chimiștii și metalurgiștii au descoperit că adăugarea de zirconiu în aliajele de fier are același efect ca și introducerea de siliciu în acestea: calitatea oțelurilor inoxidabile și rezistente la căldură se îmbunătățește, rezistența mecanică și sudarea oțelurilor cresc.

Un alt aliaj de zirconiu utilizat pe scară largă în metalurgia feroasă, împreună cu ferozirconiul, este un aliaj cu siliciu. Acest aliaj este folosit pentru degazarea oțelurilor, deoarece zirconiul este un dezoxidant energetic și aditiv de rafinare, introducerea lui reduce rapid oxizii metalici și elimină azotul.

Aliajele de cupru-zirconiu sunt utilizate pentru fabricarea pieselor conductoare ale echipamentelor electrice care se încălzesc în timpul funcționării. Introducerea zirconiului nu are practic niciun efect asupra conductivității electrice ridicate a cuprului, dar crește semnificativ rezistența și rezistența la căldură a aliajului.

Aliajele de magneziu cu zirconiu au proprietăți mecanice și fizice bune și sunt considerate cele mai potrivite pentru scopuri structurale.

Aliajele de aluminiu cu zirconiu (până la 3% Zr) sunt rezistente la coroziune, sunt utilizate în grilele tuburilor catodice vid.

Zirconiul, purificat din hafniu, a căpătat cea mai mare importanță ca material structural în reactoarele nucleare. Rezistența ridicată la coroziune, combinată cu rezistența mecanică, punctul de topire ridicat și secțiunea transversală scăzută de absorbție a neutronilor termici, au făcut recent posibilă utilizarea pe scară largă a zirconiului pentru acoperirea elementelor combustibile (RE).

Coeficientul scăzut și uniform de dilatare termică, rezistența ridicată la coroziune, precum și rezistența mecanică ridicată și rezistența chimică au condus la utilizarea zirconiului pentru fabricarea de echipamente chimice de înaltă calitate, echipamente medicale, implanturi și fire pentru neurochirurgie.

Izolatoarele din echipamentele de înaltă frecvență realizate din materiale care conțin zirconiu reduc semnificativ pierderile de energie.

Zirconiul sub formă de pulbere este utilizat în principal la fabricarea de rachete de rachetă, detonatoare, fitiluri de proiectile și bombe la distanță.

Dar totuși, majoritatea materiilor prime de zirconiu extrase (aproximativ 90%) sunt folosite sub formă minerală sub formă de zircon, care conține până la 66% dioxid de zirconiu (ZrO2). Datorită proprietăților sale - punct de topire ridicat (mai mult de 2700 ° C), coeficient scăzut de dilatare termică și rezistență la atacul chimic - ZrO2 a devenit utilizat pe scară largă într-o mare varietate de domenii. Este utilizat pe scară largă în producția de acoperiri de protecție termică, produse foarte refractare, electroliți solizi, emailuri rezistente la căldură, sticle refractare, diferite tipuri de ceramică, pigmenți ceramici, catalizatori, instrumente de tăiere și materiale abrazive, pietre prețioase artificiale. În ultimul deceniu, odată cu dezvoltarea rapidă a electronicii și a tehnologiei informatice, precum și a diferitelor mijloace de comunicare, dioxidul de zirconiu a început să fie utilizat pe scară largă în fibra optică și producția de ceramică utilizată în electronică.

Datorită durității sale mari, carbura de zirconiu ZrC este folosită ca material de șlefuit, precum și pentru a înlocui diamantele la tăierea sticlei.

Productie

Principala sursă de materie primă pentru producția industrială de zirconiu metalic este zirconul mineral ZrSiO4.

Principalele metode de obținere a zirconiului metalic pot fi împărțite în trei grupe: 1) metode de recuperare; 2) metode de disociere termică și 3) metode electrolitice.

În primul rând, minereurile de zirconiu trec prin etapa de îmbogățire, pentru care se folosește o metodă gravitațională cu purificare concentrată prin separare electrostatică și magnetică. Din compușii săi se obțin zirconiul metalic, care se obțin prin descompunerea concentratului. În acest caz, sunt posibile următoarele opțiuni:

a) sinterizarea cu var sau carbonat de calciu cu adaos de CaCl2 la temperaturi peste 1100 ° C:

ZrSiO4 + ZCaO = CaZrO3 + Ca2SiO4

b) sinterizarea cu sodă la o temperatură mai mare de 1000 ° C sau fuziunea cu sodă caustică (temperatura trebuie să fie peste 500 ° C):

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2

Din aliajul sau sinterizarea produsă prin deschidere alcalină, în primul rând, compușii de siliciu sunt îndepărtați prin levigare cu apă sau acid clorhidric diluat, după care reziduul se descompune cu acizi clorhidric sau sulfuric. Rezultatul este oxiclorură și, respectiv, sulfați.

c) sinterizarea cu fluorosilicat de potasiu la temperaturi apropiate de 1000 ° C:

ZrSiO4 + K2SiF6 = K2ZrF6 + 2SiO2

Turta de fluorozirconat rezultată este încălzită și spălată cu apă acidulată, fluorozirconatul de potasiu trece în apă, când soluția este răcită, cea mai mare parte (75-90%) este eliberată.

d) clorarea cu cărbune la o temperatură de aproximativ 1000 ° C, în timp ce este posibilă o carburare preliminară la o temperatură de la 1700 la 1800 ° C, menită să îndepărteze cea mai mare parte a siliciului sub formă de oxid foarte volatil (SiO). Rezultatul este clorură de zirconiu ZrCl4, care este sublimată și întărită.

Compușii de zirconiu sunt izolați din soluțiile acide rezultate prin următoarele metode:

a) precipitarea hidrolitică a sulfaților bazici de zirconiu xZrO2.ySO3 zH2O din soluții de acid sulfuric sau acid clorhidric;

b) cristalizarea oxiclorurii de zirconiu ZrOCl2 8H2O în timpul evaporării soluţiilor de acid clorhidric;

c) cristalizarea sulfatului de zirconiu Zr(SO4)2 prin adăugare de acid sulfuric concentrat sau prin evaporarea soluţiilor de acid sulfuric. Ca urmare a calcinării sulfaților și clorurilor, se obține ZrO2.

Toți compușii de zirconiu obținuți din concentrate conțin întotdeauna hafniu. Purificarea zirconiului din acesta este un proces destul de laborios și costisitor. Zirconiul este separat de însoțitorul său constant prin cristalizarea fracționată a K2ZrF6, extracția din soluții acide cu solvenți organici (de exemplu, tributil fosfat), metode de schimb ionic, reducerea selectivă a tetraclorurilor (ZrCl4 și HfCl4).

Există o metodă de „construire” dezvoltată de oamenii de știință olandezi van Arkel și de Boer. Constă în faptul că un compus volatil (tetraiodură de zirconiu ZrI4) suferă descompunere termică în vid și un metal pur se depune pe un filament de wolfram fierbinte. În anii douăzeci ai secolului trecut, această metodă a fost utilizată pe scară largă, dar costul ridicat al zirconiului obținut prin această metodă i-a limitat grav domeniul de aplicare. Prin urmare, a fost nevoie să se dezvolte o nouă metodă, mai ieftină, pentru obținerea zirconiului. În acest fel, metoda Krol îmbunătățită a devenit. Schema acestei producții presupune două etape principale: dioxidul de zirconiu este clorurat, iar tetraclorura de zirconiu rezultată este redusă cu magneziu metalic sub un strat de metal topit. Produsul final, burete de zirconiu, este topit în tije și trimis consumatorului sub această formă.

Proprietăți fizice

După cum știm, zirconiul a fost izolat în forma sa metalică liberă cu mult timp în urmă - în 1824 de către chimistul suedez Jens Berzelius. Nu a fost posibil să se obțină un element cu un grad ridicat de puritate timp de multe decenii, motiv pentru care nu a fost posibil să se studieze proprietățile fizice ale acestui metal. Abia la mijlocul secolului al XX-lea, oamenii de știință au reușit să obțină zirconiu fără impurități. S-a dovedit că în zirconiu, uneori în cantități foarte mari, există hafniu - un însoțitor constant al acestui metal, care nu a fost observat anterior datorită proprietăților chimice similare cu zirconiul.

Zirconiul pur are aspectul unui metal tipic - o culoare gri-argintiu strălucitoare, care amintește de oțel, dar care diferă de acesta prin rezistență și ductilitate mai mari. Mai mult, această din urmă calitate, după cum au observat metalurgiștii, depinde direct de cantitatea de oxigen conținută în zirconiu. Deci, dacă mai mult de 0,7% oxigen intră în zirconiul lichid topit, atunci metalul va fi fragil datorită formării de soluții solide de oxigen în zirconiu, ale căror proprietăți diferă foarte mult de proprietățile metalului pur. Același efect îl exercită impuritățile de azot, carbon și hidrogen. Densitatea zirconiului pur la 20°C este de 6,45 g/cm3, duritatea Brinell este de 640-670 Mn/m2 sau 64-67 kgf/mm2. Duritatea este foarte influențată de prezența impurităților (în special a oxigenului), care măresc duritatea zirconiului, reducând fragilitatea acestuia. Astfel, cu un conținut de oxigen de peste 0,2%, zirconiul nu este susceptibil de a lucra la rece prin presiune. Rezistența la tracțiune a zirconiului este de 253 MN/m2 sau 25,3 kgf/mm2, modulul de elasticitate la 20°C = 97 Gn/m2 sau 9700 kgf/mm2.

Zirconiul este un metal cu temperaturi ridicate: punctul de topire (ttopit) al zirconiului de înaltă puritate este de 1845 ° C, punctul de fierbere (tboil) este de 3580-3700 ° C. Dioxidul de zirconiu ZrO2 este una dintre cele mai refractare substanțe din natură. Se topește la 2680°C! Astfel de proprietăți ale metalului și dioxidului său au determinat utilizarea lor în metalurgie: alierea oțelurilor termorezistente și termorezistente cu zirconiu, utilizarea ZrO2 la fabricarea materialelor refractare.

La caracteristicile termice de mai sus ale zirconiului trebuie adăugate următoarele: capacitatea termică specifică în intervalul de temperatură 25-100°C = 0,291 kJ/(kg∙K) sau 0,0693 cal/(g∙°C); coeficient de conductivitate termică la 50 ° С = 20,96 W / (m ∙ K) sau 0,050 cal / (cm s ∙ ° С); coeficient de temperatură de dilatare liniară la temperaturi de 20-400 ° С = 6,9∙10-6. Temperatura de tranziție la starea de supraconductivitate este de 0,7K.

Zirconiul metalic se caracterizează prin două modificări alotrope: modificarea α, care are o structură hexagonală și este stabilă la temperaturi sub 863 ° C și modificarea β, care are o rețea a unui cub centrat spațial și este stabilă la temperaturi peste 863 ° C. 863 ° C. Astfel, trecerea modificării α la modificarea β are loc la această temperatură de limită de 863 ° C. Mai mult, adaosurile de aluminiu, plumb, staniu și cadmiu cresc temperatura de tranziție de la o stare la alta și adaosurile de fier, crom, nichel, molibden, cupru, titan și alte metale scad.

Rezistivitatea electrică a zirconiului de înaltă puritate la 20°C = 44,1 microhm∙cm. Zirconiul este paramagnetic, susceptibilitatea sa magnetică specifică crește atunci când metalul este încălzit. Deci, la o temperatură de -73 ° C, susceptibilitatea magnetică specifică a zirconiului este de 1,28 ° C, iar la 327 ° C - 1,41 ° C.

Cea mai valoroasă proprietate a zirconiului pur este secțiunea transversală mică de captare a neutronilor termici (0,18 barn). Este mult mai puțin decât alte metale - fier (2,53 hambare), nichel (4,60 hambare) sau cupru (3,69 hambare). Deși multe metale mai ieftine au o secțiune transversală de captare de aceeași ordine: 0,65 barn pentru staniu, 0,22 barn pentru aluminiu și chiar mai puțin pentru magneziu - doar 0,06 barn. Cu toate acestea, toate metalele enumerate sunt fuzibile și nu sunt rezistente la căldură, spre deosebire de zirconiu. Prin urmare, acest metal este folosit ca material structural în construcția reactoarelor.

Proprietăți chimice

Una dintre cele mai remarcabile proprietăți ale zirconiului este rezistența ridicată la coroziune la multe medii agresive. În ceea ce privește capacitatea sa de a rezista la coroziune, zirconiul depășește metale rezistente precum niobiul și titanul. În condiții normale, zirconiul este inert față de gazele atmosferice și apa și nu reacționează cu acizii clorhidric și sulfuric (concentrație de până la 50%). În timpul experimentelor, s-a constatat că oțelul inoxidabil pierde aproximativ 2,6 milimetri pe an în acid clorhidric de cinci procente la 60 ° C, titan - aproximativ 1 milimetru și zirconiu - de 1000 de ori mai puțin. Zirconiul are cea mai mare rezistență la alcalii, este singurul metal rezistent la alcalii care conțin amoniac. În ceea ce privește rezistența la mediile agresive, zirconiul este inferior chiar și tantalului - unul dintre cei mai puternici luptători împotriva coroziunii.

O astfel de rezistență se explică cu ușurință prin proprietățile chimice ale zirconiului sau, mai degrabă, prin formarea unei pelicule protectoare de oxid pe suprafața sa, care protejează metalul de distrugerea ulterioară. Pentru a oxida complet zirconiul, va fi necesar să-l încălziți până la 700°C, numai atunci filmul va fi parțial distrus, parțial dizolvat în metal. Se dovedește că temperatura de 700 ° C este limita dincolo de care se termină rezistența chimică a elementului numărul 40. Dar chiar înainte de această limită, zirconiul, atunci când este încălzit la 300 ° C și peste, începe să reacționeze mai activ. cu oxigenul și alte componente ale atmosferei. Ca urmare, se formează dioxid și hidrură cu vaporii de apă, cu dioxid de carbon - carbură și dioxid, cu azot - nitrură de zirconiu. Până la aceeași temperatură, zirconiul este protejat în mod fiabil de o peliculă de oxid, care garantează o rezistență chimică ridicată a zirconiului.

Și totuși, zirconiul interacționează cu acizii, acest lucru se întâmplă dacă este posibilă formarea de complexe anionice. Deci, la temperaturi peste 100 ° C, interacționează cu un amestec de acizi azotic și fluorhidric și acva regia:

3Zr + 4HNO3 + 18HF = 3H2 + 4NO + 8H2O

3Zr + 4HNO3 + 18HCl = 3H2 + 4NO + 8H2O

Se dizolvă în acizi sulfuric fluorhidric și concentrat la cald (peste 50%):

Zr + 6HF = H2 + 2H2

Zirconiul sub formă de așchii sau pulbere se comportă destul de diferit în aer. Spre deosebire de zirconiul metalic compact, aceste substanțe piromorfe se aprind cu ușurință spontan în aer deja la temperatura camerei. Un astfel de proces este exotermic și are loc cu o eliberare mare de căldură. Zirconiul asemănător prafului într-un amestec cu aer este capabil să explodeze.

Interacțiunea zirconiului cu apa este, de asemenea, neobișnuită. Majoritatea metalelor în contact cu apa suferă coroziune galvanică, care constă în trecerea cationilor lor în apă. Zirconiul, ca și în reacția la oxigen, interacționând cu apa, este acoperit cu o peliculă protectoare care este insolubilă. Astfel, datorită proprietăților peliculei sale de protecție, zirconiul este protejat de coroziunea apei.

Când este încălzit, zirconiul începe să interacționeze cu gazele. Deci, la temperaturi de peste 800 ° C, zirconiul compact începe să absoarbă activ oxigenul:

Zirconiul începe să interacționeze cu azotul la temperaturi de 700-800°C cu formarea de nitrură: ZrN.

Peste 300°C, zirconiul începe să absoarbă hidrogen, formând o soluție solidă și hidruri ZrH și ZrH2. La 1200-1300°C în vid, hidrurile se disociază și tot hidrogenul poate fi îndepărtat din metal.

Când este încălzit, zirconiul începe să reacționeze și cu nemetale. La temperaturi de peste 900 ° C, interacțiunea cu carbonul are loc cu formarea de carbură de ZrC. Zirconiul reacţionează cu clorul, iodul şi bromul deja la 200°C, formând halogenurile superioare ZrX4 (unde X este un halogen). Interacțiunea cu fluorul are loc la temperatura obișnuită.

Cel de-al patruzecelea element al tabelului periodic a fost descoperit în 1783 de un chimist de origine germană M.G. Klaprotom. Zirconiul metalic purificat din impurități a fost obținut abia la începutul secolului XX. Și deși au trecut aproape 100 de ani de la acel moment, metalul are încă o serie de ambiguități, începând cu originea numelui său și terminând cu impactul asupra sănătății umane. De ce prețul a 1 gram din acesta a crescut de câteva decenii.

Fiind în natură

Zirconiul apare în mod natural numai sub formă de oxizi și silicați. Printre acestea, se disting în principal zircon, eudialit, baddeleyit. Este de remarcat faptul că metalul din depozite este întotdeauna însoțit de hafniu. Acest lucru se întâmplă din cauza rețelei cristaline similare a metalelor.

Ponderea principală a mineralelor de zirconiu este situată în litosferă. O tonă din scoarța terestră reprezintă în medie 210 de grame de zircon. Compușii de zirconiu se găsesc și în apa de mare. Dar concentrația sa aici este mult mai mică și se ridică la 0,05 mg la 1000 de litri.

Liderii în număr de zăcăminte de zirconiu sunt Australia (zircon), Africa de Sud (baddeleyite), ceva mai puțin decât SUA, Brazilia și India. Rusia deține 10% din rezervele mondiale.

Chitanță

Inițial, zirconiul a fost izolat din oxizi prin metoda „creșterii”. O bandă de zirconiu a fost montată pe filamente de tungsten fierbinte. Sub influența temperaturilor de peste 2000 ºС, metalul de zirconiu s-a lipit de suprafața încălzitorului, iar componentele rămase ale compusului au ars.

Această metodă a necesitat o cantitate mare de energie electrică și în curând a fost dezvoltată o metodă Croll mai economică. Esența sa constă în clorurarea preliminară a dioxidului de zirconiu, urmată de reducerea magneziului. Dar dezvoltarea metodelor de obținere a zirconiului nu s-a oprit aici. Un timp mai târziu, în industrie a început să fie folosită și reducerea alcalină și fluorură a zirconiului din oxizi.

Compoziție zirconiu e110

Iodură de zirconiu

Foarte ductil și cu caracteristici de rezistență scăzută. Se obține prin metoda iodurii bazată pe capacitatea metalului de a forma compuși cu iod. În același timp, impuritățile dăunătoare sunt ușor separate și se obține metalul pur. Tijele sunt fabricate din iodură de zirconiu.

Preț

Principalii furnizori de zirconiu pe piața mondială sunt Australia și Africa de Sud. Recent, avantajul în exportul de zircon și minerale de zirconiu este din ce în ce mai înclinat spre Republica Africa de Sud. Principalii consumatori sunt Uniunea Europeană (Italia, Franța, Germania), China și Japonia. Zirconul este comercializat în principal sub formă de feroaliaje.

În ultimii 10 ani, cererea de zirconiu metal a crescut în medie cu 5,2% pe an. Capacitatea de producție în acest timp a reușit să crească cu puțin mai mult de 2%. Ca urmare, pe piața mondială s-a format un deficit constant de zirconiu, care a fost o condiție prealabilă pentru creșterea valorii acestuia.

Există 2 motive principale pentru creșterea cererii pentru acest metal:

• Extinderea globală a industriei nucleare.
• Utilizarea activă a zirconiului în producția de ceramică.

De asemenea, unii experți consideră că încetarea exploatării baddeleyitei în Australia a afectat parțial creșterea cotațiilor de zirconiu.

Pe piața metalelor secundare din Rusia, costul zirconiului variază de la 450 la 7500 de ruble pe kilogram. Cu cât metalul este mai pur, cu atât prețul este mai mare.

Aplicație

Proprietățile de mai sus oferă zirconiului o utilizare extinsă în diverse industrii. Iată următoarele zone:

• În inginerie electrică, aliajul de zirconiu cu niobiu este folosit ca supraconductor. Rezistă sarcini de până la 100 kA\cm2. Punctul de tranziție către regimul supraconductor este de 4,2 K. De asemenea, în echipamentele radio, plăcile electronice sunt acoperite cu zirconiu pentru a absorbi gazele de degajare. Filtrele de radiații din zirconiu pentru tuburile cu raze X se caracterizează printr-o valoare monocromă ridicată.
• În industria energiei nucleare, este folosit ca material pentru învelișurile de bare de combustibil (zone în care se realizează direct fisiunea nucleară și producția de căldură) și alte componente ale unui reactor termonuclear.
• Metalurgia folosește zirconiul ca element de aliere. Acest metal este un dezoxidant puternic, depășind atât manganul, cât și siliciul în acest indicator. Adăugarea de doar 0,5% zirconiu la metalele structurale (oțel 45, 30KhGSA) crește rezistența acestora de 1,5-1,8 ori. Acest lucru îmbunătățește în plus fluxul procesului de tăiere. Zirconul este componenta principală a ceramicii de corindon. În comparație cu argila de foc, durata sa de viață este de 3-4 ori mai mare. Acest material refractar este utilizat la fabricarea creuzetelor și jgheaburilor cuptoarelor din oțel.
• În inginerie mecanică, metalul este folosit ca material pentru produse precum pompele și fitingurile de țevi care funcționează în medii agresive.
• În pirotehnică, metalele de zirconiu sunt folosite pentru a face saluturi și artificii. Acest lucru se întâmplă din cauza absenței fumului în timpul arderii, precum și a eliberării unei cantități semnificative de energie luminoasă.
• În industria chimică, zirconul este folosit ca materie primă pentru cermet - o acoperire ceramică-metal cu rezistență crescută la uzură și rezistență la acizi.
• În optică, fianita este utilizată în mod activ - zircon prelucrat cu adaosuri de scandiu și alte metale pământuri rare. Fianitele au un unghi semnificativ de refracție, ceea ce le permite să fie utilizate ca material pentru producerea lentilelor. În bijuterii, zirconia cubica este cunoscută ca un înlocuitor sintetic al diamantului.
• În industria militară, zirconiul servește ca umplutură pentru gloanțe trasoare și rachete.

Proprietati fizice si chimice

Zirconiul este un metal care arată ca argintul. Densitatea sa este de 6506 kg/m3. Punct de topire - 1855,3 ºС. Capacitatea termică specifică variază în intervalul de 0,3 KJ/kg C. Acest metal nu are o conductivitate termică ridicată. Valoarea sa este la nivelul de 21 W/m C, care este de 1,9 ori mai mică decât cea a titanului. Rezistența electrică a zirconiului este de 41-60 μOhm cm și depinde direct de cantitatea de oxigen și azot din metal.

Zirconiul are una dintre cele mai mici rate de captare a neutronilor termici transversali (0,181 barn). Conform acestui parametru, dintre metalele cunoscute în prezent, acesta este ocolit doar de magneziu (0,060 hambar).

Zirconiul, ca și fierul, este paramagnetic. Susceptibilitatea sa la un câmp magnetic crește odată cu creșterea temperaturii.

Zirconiul pur nu are caracteristici mecanice ridicate. Duritatea sa este de aproximativ 70 de unități pe scara Vickers. Rezistența la tracțiune este de 175 MPa, care este de aproape 2,5 ori mai mică decât oțelul carbon de calitate obișnuită. Limita de curgere 55 MPa. Zirconiul este unul dintre metalele plastice cu un modul elastic de 96 MPa.

Toate proprietățile mecanice de mai sus sunt condiționate, deoarece. valoarea lor se modifică puternic odată cu creșterea impurităților din compoziția zirconiului.

Astfel, o creștere a conținutului de oxigen (până la 0,4%) reduce plasticitatea zirconiului într-o astfel de stare încât forjarea și ștanțarea devin complet imposibile. O creștere a compoziției hidrogenului la 0,001% crește fragilitatea zirconiului de aproape 2 ori.

Zirconiul este rezistent la apă și la majoritatea alcalinelor și acizilor. Dar, ca și caracteristicile mecanice, rezistența la coroziune depinde direct de contaminarea metalelor cu elemente precum carbonul, titanul și aluminiul. Metalul nu intră într-o reacție chimică cu soluții de 50% de acid sulfuric și clorhidric. Reacționează cu acidul azotic numai la temperaturi de peste 95 ° C. Este singurul metal rezistent la alcali care are amoniac în compoziție. Când semnul atinge 780 ºС, începe absorbția activă a oxigenului de către zirconiu. Cu azot, aceste procese sunt mai lente, dar temperatura este și mai scăzută. Doar 600 ºС.

Cel mai activ gaz în acest sens este hidrogenul. Pătrunderea sa adânc în metal începe deja la 145 ºС și este însoțită de o eliberare de căldură atât de abundentă încât volumul de zirconiu crește. Praful de zirconiu este inflamabil în special datorită posibilității de autoaprindere în aer. Trebuie remarcat faptul că acest proces este reversibil. Îndepărtarea completă a hidrogenului se efectuează pe un echipament special la o temperatură de 800 ºС.

Proprietăți medicinale

Ca element chimic, nu are niciun efect asupra corpului uman. Dimpotrivă, este unul dintre cele mai inerte din punct de vedere biologic. Conform acestui indicator, zirconiul este înaintea unor metale precum titanul și oțelul inoxidabil. Cunoscutele brățări din zirconiu, promovate activ la sfârșitul anilor 90, nu s-au arătat în practică reală. Experții medicali au dovedit că starea de bine din utilizarea lor este o consecință a efectului placebo.

Deși, pe de altă parte, se știe că purtarea cerceilor cu zirconiu contribuie la vindecarea mai rapidă a rănii după perforarea urechii.

În 1789, Martin Heinrich Klaproth, membru al Academiei de Științe din Berlin, a publicat rezultatele unei analize a unei pietre prețioase aduse de pe coasta Ceylonului. În timpul acestei analize, a fost izolată o substanță, pe care Klaproth a numit-o pământ de zircon. Originea acestui nume este explicată în moduri diferite. Unii își găsesc originile în cuvântul arab „zarkun”, care înseamnă un mineral, alții cred că cuvântul „zirconiu” provine din două cuvinte persane „rege” – aur și „pistol” – culoare (datorită culorii aurii a prețiosului). varietate de zircon - zambile ).

Cum a fost obținut și obținut zirconiul

Substanța izolată de Klaproth nu era un element nou, ci era un oxid al unui element nou, care a fost ulterior ocupat în tabel de D.I. A patruzecea celulă a lui Mendeleev. Folosind simboluri moderne, formula substanței obținute de Klaproth se scrie astfel: ZrO 2.

La 35 de ani de la experimentele lui Klaproth, celebrul chimist suedez Jens Jakob Berzelius a reușit să obțină zirconiu metalic. Berzelius a redus fluorozirconat de potasiu cu sodiu metalic:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

și a primit un metal gri-argintiu.

Zirconiul format ca urmare a acestei reacții a fost fragil datorită conținutului semnificativ de impurități. Metalul nu se pretează la prelucrare și nu și-a găsit aplicație practică. Dar s-ar putea presupune că zirconiul purificat, ca multe alte metale, ar fi destul de plastic.

În secolul XIX și începutul secolului XX. mulți oameni de știință au încercat să obțină zirconiu pur, dar toate încercările s-au încheiat cu eșec pentru o lungă perioadă de timp. Metoda aluminotermă testată nu a ajutat, experimentele, ai căror autori au căutat să obțină zirconiu metalic din soluții ale sărurilor sale, nu au condus la obiectiv. Acesta din urmă se explică în primul rând prin afinitatea chimică ridicată a zirconiului pentru oxigen.

Pentru a putea obține orice metal prin electroliză dintr-o soluție de sare a acestuia, acest metal trebuie să formeze ioni monoatomici. Dar zirconiul nu formează astfel de ioni. Sulfatul de zirconiu Zr(SO4)2, de exemplu, există numai în acid sulfuric concentrat, iar atunci când este diluat, încep reacțiile de hidroliză și de formare a complexului. Până la urmă se dovedește:

Zr(SO4)2 + H2O → (ZrO)SO4 + H2SO4.

Într-o soluție apoasă, clorura de zirconiu este, de asemenea, hidrolizată:

ZrCI4 + H20 → ZrOCl2 + 2HCI.

Unii cercetători au crezut că au reușit să obțină zirconiu prin electroliza soluțiilor, dar au fost induși în eroare de apariția produselor depuse pe electrozi. În unele cazuri, acestea erau într-adevăr metale, dar nu zirconiu, ci nichel sau cupru, ale căror impurități erau conținute în materiile prime de zirconiu; în altele, hidroxid de zirconiu care arată ca un metal.

Abia în anii 20 ai secolului nostru (la 100 de ani după ce Berzelius a primit primele mostre de zirconiu!) a fost dezvoltată prima metodă industrială de obținere a acestui metal.

Aceasta este metoda de „construcție” dezvoltată de oamenii de știință olandezi van Arkel și de Boer. Esența sa constă în faptul că un compus volatil (în acest caz, tetraiodură de zirconiu ZrI 4) suferă descompunere termică în vid și un metal pur este depus pe un filament de wolfram fierbinte.

În acest fel s-a obținut zirconiu metalic, care poate fi prelucrat - forjat, laminat, laminat - cam la fel de ușor ca cuprul.

Mai târziu, metalurgiștii au descoperit că proprietățile plastice ale zirconiului depind în principal de conținutul său de oxigen. Dacă mai mult de 0,7% oxigen pătrunde în zirconiul topit, atunci metalul va fi fragil datorită formării de soluții solide de oxigen în zirconiu, ale căror proprietăți diferă mult de cele ale metalului pur.

Metoda de acumulare a câștigat mai întâi o oarecare popularitate, dar costul ridicat al zirconiului obținut prin această metodă i-a limitat grav domeniul de aplicare. Și proprietățile zirconiului s-au dovedit a fi interesante. (Mai multe despre ele mai jos.) Este necesar să se dezvolte o nouă metodă mai ieftină pentru obținerea zirconiului. O metodă îmbunătățită de Croll a devenit o astfel de metodă.

Metoda Croll face posibilă obținerea de zirconiu la jumătate din costul metodei de extensie. Schema acestei producții presupune două etape principale: dioxidul de zirconiu este clorurat, iar tetraclorura de zirconiu rezultată este redusă cu magneziu metalic sub un strat de metal topit. Produsul final, burete de zirconiu, este topit în tije și trimis consumatorului sub această formă.

Dioxid de zirconiu

În timp ce oamenii de știință căutau o modalitate de a obține zirconiu metalic, practicienii au început deja să folosească unii dintre compușii acestuia, în principal zirconiu. Proprietățile dioxidului de zirconiu depind în mare măsură de modul în care este obținut. ZrO2, format în timpul calcinării unor săruri de zirconiu instabile termic, este insolubil în apă. Dioxidul slab calcinat se dizolvă bine în acizi, dar, puternic calcinat, devine insolubil în acizi minerali, cu excepția fluorhidricului.

O altă proprietate interesantă: zirconia foarte încălzită emite lumină atât de intens încât poate fi folosită în tehnologia iluminatului. Cunoscutul om de știință german Walter Hermann Nernst a profitat de această proprietate. Tijele incandescente din lampa Nernst au fost realizate din ZrO 2 . Dioxidul de zirconiu incandescent servește uneori ca sursă de lumină în experimentele de laborator.

În industrie, producția de silicați și metalurgia au fost primele care au folosit dioxid de zirconiu. Încă de la începutul secolului nostru se fabricau refractare cu zircon, care durează de trei ori mai mult decât cele obișnuite. Refractarele care conțin adaos de ZrO 2 permit până la 1200 de topituri de oțel fără reparații în cuptor. E mult.

Cărămizile de zircon au înlocuit argila refractara (un material refractar pe scară largă pe bază de argilă sau caolin) în topirea aluminiului metalic și iată de ce. Șamota este aliată cu aluminiu, iar pe suprafața sa se formează depuneri de zgură, care trebuie curățate periodic. Și cărămizile de zircon nu sunt umezite de aluminiu topit. Acest lucru permite cuptoarelor căptușite cu zircon să funcționeze continuu timp de zece luni.

Cantități semnificative de zirconiu sunt utilizate în producția de ceramică, porțelan și sticlă.

Lista industriilor care au nevoie de zirconiu ar putea continua la nesfârșit. Dar să vedem la ce a fost util zirconiul metalic, care nu a putut fi obținut atât de mult timp.

Zirconiu și metalurgie

Primul consumator de zirconiu metalic a fost metalurgia feroasă. Zirconiul s-a dovedit a fi un bun dezoxidant. In actiune dezoxidanta, depaseste chiar si manganul si titanul. În același timp, zirconiul reduce conținutul de gaze și sulf din oțel, a căror prezență îl face mai puțin ductil.

Oțelurile aliate cu zirconiu nu își pierd duritatea necesară într-un interval larg de temperatură, rezistă bine la șocuri. Prin urmare, zirconiul este adăugat oțelului folosit pentru fabricarea plăcilor de blindaj. Acest lucru ia în considerare probabil faptul că adaosurile de zirconiu au un efect pozitiv asupra rezistenței oțelului. Dacă o probă de oțel nealiat cu zirconiu se prăbușește sub o sarcină de aproximativ 900 kg, atunci oțelul din aceeași rețetă, dar cu adaos de doar 0,1% zirconiu, poate rezista la o sarcină de 1600 kg.

Metalurgia neferoasă consumă și cantități semnificative de zirconiu. Aici acțiunea sa este foarte diversă. Adăugările minore de zirconiu cresc rezistența la căldură a aliajelor de aluminiu, iar aliajele de magneziu multicomponente cu adăugarea de zirconiu devin mai rezistente la coroziune. Zirconiul crește rezistența titanului la acțiunea acizilor. Rezistența la coroziune a aliajului de titan cu 14% Zr în 5% acid clorhidric la 100°C este de 70 de ori (!) mai mare decât cea a titanului pur comercial. În caz contrar, zirconiul afectează molibdenul. Adăugarea de 5% zirconiu dublează duritatea acestui metal refractar, dar mai degrabă moale.

Există și alte domenii de aplicare a zirconiului metalic. Rezistența ridicată la coroziune și infuzibilitatea relativă au făcut posibilă utilizarea acestuia în multe industrii. Filare pentru producția de fibre artificiale, fitinguri fierbinți, echipamente de laborator și medicale, catalizatori - aceasta nu este o listă completă de produse din zirconiu metalic.

Cu toate acestea, metalurgia și construcția de mașini nu au fost principalii consumatori ai acestui metal. Pentru energia nucleară erau necesare cantități uriașe de zirconiu.

Problema zirconiului „de tip reactor”.

Zirconiul nu a intrat imediat în tehnologia nucleară. Pentru a deveni util în această industrie, metalul trebuie să aibă un anumit set de proprietăți. (Mai ales dacă se pretinde a fi un material structural în construcția reactoarelor.) Principala dintre aceste proprietăți este o secțiune transversală mică de captare termică a neutronilor. În principiu, această caracteristică poate fi definită ca fiind capacitatea unui material de a capta, de a absorbi neutroni și, prin urmare, de a preveni propagarea unei reacții în lanț.

Secțiunea transversală de captare a neutronilor este măsurată în hambare. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât materialul absoarbe mai mulți neutroni și cu atât împiedică dezvoltarea unei reacții în lanț. Desigur, materialele cu o secțiune transversală de captare minimă sunt selectate pentru zona de reacție a reactoarelor.

Pentru zirconiu metalic pur, această valoare este de 0,18 barn. Multe metale mai ieftine au secțiuni transversale de captare de aceeași ordine: staniul, de exemplu, are 0,65 hambare, aluminiul are 0,22 hambare, iar magneziul are doar 0,06 hambare. Dar atât staniul, cât și magneziul și aluminiul sunt fuzibile și nu sunt rezistente la căldură; zirconiul se topește doar la 1860°C.

Se părea că singura limitare a fost prețul destul de ridicat al elementului nr. 40 (deși banii nu trebuie economisiți pentru această industrie), dar a apărut o altă complicație.

În scoarța terestră, zirconiul este întotdeauna însoțit de hafniu. În minereurile de zirconiu, de exemplu, conținutul său este de obicei între 0,5 și 2,0%. Analogul chimic al zirconiului (în tabelul periodic, hafniul se află direct sub zirconiu) captează neutronii termici de 500 de ori mai intens decât zirconiul. Chiar și impuritățile minore de hafniu afectează puternic cursul reacției. De exemplu, o impuritate de hafniu de 1,5% mărește secțiunea transversală de captare a zirconiului cu un factor de 20.

Tehnica s-a confruntat cu problema separării complete a zirconiului și hafniului. Dacă proprietățile individuale ale ambelor metale sunt foarte atractive, atunci prezența lor combinată face ca materialul să fie absolut nepotrivit pentru tehnologia nucleară.

Problema separării hafniului și zirconiului s-a dovedit a fi foarte dificilă - proprietățile lor chimice sunt aproape aceleași datorită similitudinii extreme în structura atomilor. Pentru separarea lor se folosește o purificare complexă în mai multe etape: schimb ionic, precipitare multiplă, extracție.

Toate aceste operațiuni cresc semnificativ costul zirconiului și este deja scump: metalul ductil (99,7% Zr) este de multe ori mai scump decât concentratul. Problema separării economice a zirconiului și hafniului este încă de rezolvat.

Cu toate acestea, zirconiul a devenit un metal „atomic”.

Acest lucru, în special, este dovedit de astfel de fapte. Primul submarin nuclear american, Nautilus, a fost echipat cu un reactor cu zirconiu. Mai târziu s-a dovedit că este mai profitabil să se facă carcase de celule de combustie din zirconiu, mai degrabă decât părți staționare ale miezului reactorului.

Cu toate acestea, producția acestui metal crește de la an la an, iar rata acestei creșteri este neobișnuit de mare. Este suficient să spunem că într-un deceniu, din 1949 până în 1959, producția mondială de zirconiu a crescut de 100 de ori! Conform datelor americane, în 1975 producția mondială de zirconiu se ridica la aproximativ 3000 de tone.

Zirconiu, aer și apă

În capitolele precedente, aproape nimic nu s-a spus despre proprietățile chimice ale elementului #40. Motivul principal pentru aceasta este reticența de a repeta multe articole și monografii despre elementele metalice. Zirconiul este cel mai tipic metal, un reprezentant caracteristic al grupului său (și al subgrupului) și al perioadei sale. Se caracterizează printr-o activitate chimică destul de ridicată, care există, totuși, într-o formă latentă.

Motivele acestui secret și relația dintre zirconiu și componentele de apă și aer ar trebui discutate mai detaliat.

Zirconiul metalic compact arată foarte asemănător cu oțelul. Nu își arată activitatea chimică în niciun fel și în condiții normale se comportă extrem de inert față de gazele atmosferice. Pasivitatea chimică aparentă a zirconiului este explicată destul de tradițional: există întotdeauna o peliculă invizibilă de oxid pe suprafața sa care protejează metalul de oxidarea ulterioară. Pentru a oxida complet zirconiul, temperatura trebuie ridicată la 700°C. Numai atunci filmul de oxid va fi parțial distrus și parțial dizolvat în metal.

Deci, 700°C este limita de temperatură dincolo de care se termină rezistența chimică a zirconiului. Din păcate, această cifră este prea optimistă. Deja la 300°C, zirconiul începe să interacționeze mai activ cu oxigenul și alte componente ale atmosferei: vaporii de apă (formând dioxid și hidrură), dioxid de carbon (formând carbură și dioxid) și azot (produsul de reacție este nitrura de zirconiu). Dar la temperaturi sub 300°C, pelicula de oxid este un scut de încredere care garantează rezistența chimică ridicată a zirconiului.

Spre deosebire de zirconiul metalic compact, pulberea și așchii se comportă în aer. Acestea sunt substanțe piroforice care se aprind cu ușurință spontan în aer chiar și la temperatura camerei. Acest lucru eliberează multă căldură. Praful de zirconiu amestecat cu aer poate chiar exploda.

Relația zirconiului cu apa este interesantă. Semnele evidente ale interacțiunii metalului cu apa nu sunt vizibile pentru o lungă perioadă de timp. Dar pe suprafața zirconiului umezit cu apă are loc un proces care nu este tocmai obișnuit pentru metale. După cum se știe, multe metale sub acțiunea apei suferă coroziune galvanică, care constă în tranziția cationilor lor în apă. Zirconiul este, de asemenea, oxidat sub acțiunea apei și acoperit cu o peliculă de protecție, care nu se dizolvă în apă și previne oxidarea ulterioară a metalului.

Cel mai simplu mod de a converti ionii de zirconiu în apă este prin dizolvarea unora dintre sărurile acestuia. Comportamentul chimic al ionului de zirconiu tetravalent în soluții apoase este foarte complex. Depinde de mulți factori chimici și procese care au loc în soluții apoase.

Existența ionului Zr +4 „în formă pură” este puțin probabilă. Multă vreme s-a crezut că zirconiul există în soluții apoase sub formă de ioni de zirconil ZrO+2. Studiile ulterioare au arătat că, în realitate, pe lângă ionii de zirconil, soluțiile conțin un număr mare de ioni de zirconiu complecși diferiți, atât hidratați, cât și hidrolizați. Formula lor generală prescurtată (4 p–m)+ .

Un astfel de comportament complex al zirconiului în soluție se explică prin activitatea chimică ridicată a acestui element. Zirconiul preparativ (purificat din ZrO 2) intră în multe reacții, formând compuși simpli și complecși. „Secretul” activității chimice crescute a zirconiului constă în structura învelișurilor sale de electroni. Atomii de zirconiu sunt construiti in asa fel incat tind sa se ataseze de ei insisi cat mai multi alti ioni posibil; dacă nu există destui astfel de ioni în soluție, atunci ionii de zirconiu se combină între ei și are loc polimerizarea. În acest caz, activitatea chimică a zirconiului se pierde; reactivitatea ionilor de zirconiu polimerizati este mult mai mica decat a celor nepolimerizati. În timpul polimerizării, activitatea soluției în ansamblu scade și ea.

Aceasta este, în termeni generali, „cartea de vizită” a unuia dintre metalele importante ale timpului nostru - elementul nr. 40, zirconiul.

„Diamantele imperfecte”

În Evul Mediu, bijuteriile făcute din așa-numitele diamante imperfecte erau binecunoscute. Imperfecțiunea lor a constat într-o duritate mai mică decât cea a unui diamant obișnuit și un joc de culori ceva mai rău după tăiere. Mai aveau și un alt nume - Matara (după locul de extracție - Matare, o regiune a insulei Ceylon). Bijutierii medievali nu știau că mineralul prețios pe care îl foloseau erau monocristalele de zircon, principalul mineral de zirconiu. Zirconul vine într-o varietate de culori, de la incolor la roșu sânge. Bijutierii numesc zambile roșii de zircon prețioase. Zambilele sunt cunoscute de foarte mult timp. Potrivit tradiției biblice, marii preoți antici purtau la piept 12 pietre prețioase, printre care zambile.

Este rar?

Zirconiul este larg distribuit în natură sub formă de diverși compuși chimici. Conținutul său în scoarța terestră este destul de mare - 0,025%, în ceea ce privește prevalența, ocupă locul al doisprezecelea printre metale. În ciuda acestui fapt, zirconiul este mai puțin popular decât multe dintre metalele cu adevărat rare. Acest lucru s-a întâmplat din cauza dispersiei extreme a zirconiului în scoarța terestră și a absenței depozitelor mari ale compușilor săi naturali.

Compuși naturali de zirconiu

Se cunosc mai mult de patruzeci. Zirconiul este prezent în ele sub formă de oxizi sau săruri. Dioxidul de zirconiu, baddeleyita ZrO2 și silicatul de zirconiu, zirconul ZrSiO4 sunt de cea mai mare importanță industrială. Cele mai puternice dintre zăcămintele explorate de zircon și baddeleyit sunt situate în SUA, Australia și Brazilia. India, Africa de Vest.

URSS are rezerve semnificative de materii prime zircon situate în diferite regiuni ale Ucrainei, Uralilor și Siberiei.

PbZrO 3 - piezoelectric

Piezocristalele sunt necesare pentru multe dispozitive de inginerie radio: stabilizatoare de frecvență, generatoare de vibrații ultrasonice și altele. Uneori trebuie să lucreze în condiții de temperaturi ridicate. Cristalele de zirconat de plumb practic nu își schimbă proprietățile piezoelectrice la temperaturi de până la 300°C.

Zirconiu și creier

Rezistența ridicată la coroziune a zirconiului a făcut posibilă utilizarea acestuia în neurochirurgie. Aliajele de zirconiu sunt folosite pentru a face cleme hemostatice, instrumente chirurgicale și uneori chiar fire pentru sutura în timpul operațiilor pe creier.