Цирконий

Цирконий, Zr (от лат. Zirconium) — это 40 элемент IV группы побочной подгруппы Периодической таблицы Д. И. Менделеева. Данный переходный металл известен высокой пластичностью и устойчивостью к коррозии. Встречается, в основном, в составе многих минералов и практически во всех горных породах.

История открытия

В 1789 г. немецкий химик М. Клапрот выделил из минерала циркона оксид циркония. Немного позднее в 1824 г. в свободном виде выделить металл получилось у шведского химика Й. Берцелиуса, однако получить полностью очищенный от примесей металл удалось только в 1925 г. голландскому химику А. ван Аркелю. Часто в виде примесей циркония выступает гафний.

Физические и химические свойства

Цирконий — это металл серебристо-серого цвета с характерным блеском. Он существует в трех кристаллических модификациях: гексагональная (α), кубическая (β) и метастабильная гексагональная (ω). Свободный от примесей цирконий пластичен, легко поддается механической обработке при разных температурах. Хрупкость циркония объясняется присутствием в его составе малых количеств кислорода, водорода, углерода и азота. При концентрации кислорода большей, чем 0,2% цирконий теряет ковкость при низких температурах.

Известно пять природных изотопов циркония: 90 Zr (51,46 %), 91 Zr (11,23 %), 92 Zr (17,11 %), 94 Zr (17,4 %), 96 Zr (2,8 %), причём 96 Zr слабо радиоактивен.

На воздухе цирконий имеет свойство медленно покрываться оксидной пленкой. Также он активно реагирует с водородом, образуя гидриды. Кроме того, возможно образование тугоплавких нитридов при 700-800°C и карбидов при температуре выше 900°C. С галогенами металл вступает в реакцию при температуре выше 400°C, за исключением фтора, с которым цирконий реагирует при обычных условиях. Реагирует с большинством кислот (например, азотной и плавиковой) при соблюдении соответствующих концентраций и температурного режима и является единственным металлом, стойким в щелочах, содержащих аммиак.

Применение

Цирконий начал широко применяться в промышленности с 30-х гг XX в. Ограниченное применение циркония связанно с его дороговизной.

Металлический цирконий и его сплавы из-за высокой температуры плавления используются в ядерной энергетике для изготовления деталей и конструкций ядерных реакторов. С помощью циркония осуществляется легирование сталей, производство сверхпроводников, кислотостойких реакторов, арматуры, насосов, посуды. Без циркония необходится производство пиротехники, ведь он способен с высокой скоростью сгорать в кислороде без дыма и излучать значительное количество света. Данный металл используется также в медицине при создании хирургических инструментов, костных, суставных и зубных протезов. Биоинертность циркония позволяет ему служить альтернативой титану при изготовлении дентальных имплантов.

Оксид циркония применяется в производстве огнеупоров для металлургической промышленности, керамикометаллических покрытиях, придания белизны и непрозрачности эмалям. Также с оксидом циркония связано получение фианита, применяемого для линз, хирургических инструментов, ювелирных камней, синтетических волокон и проволоки. С диборидом циркония связано производство резцов для обработки деталей, гидрид применяется в ядерной технике для замедления нейтронов, а нитрид для покрытий в стоматологии и ювелирном деле.