Ցիրկոնիում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
40 ԻտրիումՑիրկոնիումՆիոբիում
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կալիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
40Zr
Hexagonal.svg
Electron shell 040 Zirconium.svg
Zirconium crystal bar and 1cm3 cube.jpg
արծաթափայլ մետաղ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Ցիրկոնիում / Zirconium (Zr), 40
Խումբ, պարբերություն, բլոկ 4, 5,
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
91,224(2)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Kr] 4d2 5s2
Ատոմի շառավիղ 160 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 145 պմ
Իոնի շառավիղ (+4e)79 պմ
Էլեկտրաբացասականություն 1,33 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ 0
Օքսիդացման աստիճաններ 0, +1, +2, +3, +4
Իոնիզացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 659,7 (6,84) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 6,506 գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 2125
Եռման ջերմաստիճան 4650
Մոլյար ջերմունակություն 25,3[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ 14,1 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք Վեցանկյուն
Բյուրեղացանցի տվյալներ a=3,231 c=5,148
Դեբայի ջերմաստիճան 291 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն (300 Կ) 22,7 Վտ/(մ·Կ)
40
Ցիրկոնիում
Zr
91,224
4d25s2


Ցիրկոնիում (լատ.՝ Zirconium), քիմիական նշանը՝ Zr, տարրերի պարբերական համակարգի 5-րս պարբերության, 4-րդ խմբի տարր։ Կարգահամարը՝ 40, ատոմական զանգվածը՝ 91,22։ d տարր է, ատոմի արտաքին էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 4s24p64d25s2։ К,L և М թաղանթները լրացված են։ Մետաղական ցիրկոնիումը թեև ոչ մաքուր, սև փոշու ձևով առաջինն ստացել է Ի․ Բերցելիուսը (1825)։ Ցիրկոնիումը արծաթասպիտակ, բնորոշ փայլով մետաղ է։ Առաջացնում է α և β ձևափոխություններ (α↔β անցումը տեղի ունի 863 °C-ում)[3]։

Պատմություն և անվան ծագում[խմբագրել]

Գնդաձողային մոդել

Ցիրկոնիումը հայանաբերել է գերմանացի քիմիկոս Մ․ Կլապրոաը (1879), որը Ցեյլոնից բերված թանկարժեք բարից՝ ցիրկոնից, անջատեց ցիրկոնիումի օքսիդը (ZrO2)։ Մետաղական ցիրկոնիումը թեև ոչ մաքուր, սև փոշու ձևով առաջինն ստացել է Ի․ Բերցելիուսը (1825)[4]։

Մաքուր՝ ձուլածո ցիրկոնիում ստացվեց միայն 1925 թվականին, յոդիդային ռաֆինացմամբ (նիդերլանդացի գիտնականներ՝ Ա․ վան Արկել և Ի․ դե Բուր)։

Ցիրկոնիումի անվանումը ծագել է ցիրկոն միներալի անունից։ Ցիրկոնիումը երկրակեղևում տարածված (դանդաղ տեղաշարժվող) տարր է, կազմում է նրա զանգվածի 1,7•10-2%-ը (տարածվածությամբ 19-րդն է)։

Բնության մեջ[խմբագրել]

Ցիրկոնիումը երկրակեղևում տարածված (դանդաղ տեղաշարժվող) տարր է, կազմում է նրա զանգվածի 1,7•10-2%-ը (տարածվածությամբ 19-րդն է)։ Հայտնի են ցիրկոնիումի 27 միներալները, որոնցից արդյունաբերական նշանակություն ունեն բադդելեիտը՝ ZrO2 և ցիրկոնը։ Ցիրկոնիումի կոնցենտրացիան ծովի ջրում կազմում է 5·10−5 մգ/լ[5]: Ցիրկոնիումը լիտոֆիլ տարր է: Բնության մեջ հանդիպում է միայն միացությունների ձևով: Չնայած նրան, որ ցիրկոնումը ցրված տարր է, հաշվում են մոտ 40 միերալ, որոնցում հանդես է գալիս օքսիդների կամ աղերի տեսքով:

Ցիրկոնը հանդիասնում է ցիրկոնիումի միներալներից ամենատարածվածը[6]: Բադդելիտը հայտնաբերվել է 1892 թվականին Բրազիլիայում, հիմնական հանքավայրերը գտնվեւմ են Պոսուս դի Կալդաս: Այստեղ հայտնաբերվել է մոտ 30 տ բադդելիտ:

Հանքավայրեր[խմբագրել]

Ցիրկոնիումի առավել մեծ հանքավայրերը գտնվում են ԱՄՆ-ում, Ավստրալիայում, Բրազիլիայում, Հնդկաստանում[7]:

Ռուսաստանում ցիրկոնիումի համաշխարհային պաշարները կազմում են 10 %, հիմնական հանքավայրերը գտնվում են՝ Մուրմանսկի մարզում, Տուգանսկում՝ Տոմսկի մարզ, Նիժնի Նովգորոդում[8]:

Ստացում[խմբագրել]

Ցիրկոն

Ցիրկոնիումի (IV) աղերը հեշտությամբ հիդրոլիզվում են։ Ցիրկոնիումի ստացման հիմնական հումքը ԽՍՀՄ-ում ցիրկոնն է։

Ձուլածո ցիրկոնիումը ստանում են մամլված փոշին վակուումում հալելով։

Գերմաքուր ցիրկոնիումը ստանում են աղեղային վառարանում կամ յոդային ռաֆինացմամբ ստացված մետաղն էլեկտրոնային ճառագայթով հալելով։

Ցիրկոնիումի ստացման հիմանակն եղանակները՝ քլորիդի, ֆտորիդի և ալկալիների կոնցենտրատներն են:

\mathsf{ZrO_2 + 2C + 2Cl_2 \rightarrow ZrCl_4 + 2CO}
\mathsf{ZrCl_4 + 2Mg \rightarrow Zr + 2MgCl_2}
\mathsf{ZrO_2 + K_2[SiF_6] \rightarrow K_2[ZrF_6] + SiO_2}

Ֆիզիկական հատկություններ[խմբագրել]

Ցիրկոնիումը արծաթասպիտակ, բնորոշ փայլով մետաղ է։ Առաջացնում է α և β ձևափոխություններ (α↔β անցումը տեղի ունի 863 °C-ում)։ Ցիրկոնիումի հալman ջերմաստիճանը 1855 °C է, եռմանը՝ 4340 °C, խտությունը՝ 6450 կգ/մ3։ Մաքուր ցիրկոնիումը պլաստիկ է, հեշտությամբ ենթարկվում է մամլման, գլանման և այլ սառը կամ տաք մշակման։

Մետաղների լարման շարքում ցիրկոնիումը գտնվում է ջրածնից (նաև ցինկից և մանգանից) ձախ։ Միացություններում առավելապես քառարժեք է, ցուցաբերում է +4, հազվադեպ՝ + 1, +2 և +3 օքսիդացման աստիճաններ։ Քիմիական հատկություններով նման է հաֆնիումին։

Սովորական պայմաններում ձուլածո ցիրկոնիում քիմիապես պասսիվ է և կոռոզիակայուն, պատվում է օքսիդի պաշտպանիչ շերտով։ Թթվածնի հետ հեշտությամբ միանում է 800 °C-ից բարձր տաքացնելիս (200-400 °C-ում՝ շատ դանդաղ)։

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

Ցիրկոնիումի փոշին ինքնահրկիզվող է, օդում կարող է բռնկվել անգամ սենյակային ջերմաստիճաններում։ Առաջանում է ցիրկոնիումի (IV) օքսիդ՝ ZrO2։

\mathrm{Zr + 2H_2O \ \rightleftharpoons \ ZrO_2 + 2H_2}

Ցիրկոնիումը ջրածնի հետ առաջացնում է հիդրիդներ՝ ZrH, ZrH2, և պինդ լուծույթներ։

Ֆտորի հետ ցիրկոնիումը միանում է սովորական պայմաններում, մյուս հալոգենների հետ՝ տաքացնելիս (200 °C), ստացվում են ցիրկոնիումի (IV) հալոգենիդները՝ ZrX4։

\mathrm{Zr + 2\ I_2 \ \rightleftharpoons \ ZrI_4}
\mathrm{ ZrO_2\ + 2\ C + 2\ Cl_2 \ \xrightarrow{900^{\circ}C} \ ZrCl_4 +\ 2\ CO }

Տաքացնելիս ցիրկոնիումը միանում է նաև բորի, ազոտի (700-800°C), ածխածնի (900°C) հետ՝ առաջացնելով բորիդ՝ ZrB2, նիտրիդ՝ ZrN և կարբիդ՝ ZrC։

Մետաղների հետ առաջացնում է համաձուլվածքներ և ներմետաղական միացություններ։ Ցիրկոնիումը կայուն է ջրի և ջրային գոլորշիների (մինչև 300°C), աղաթթվի, նոսր (< 50%) ծծմբական թթվի և ալկալիների նկատմամբ (միակ մետաղն է» որ չի լուծվում ամոնիակ պարունակող ալկալիներում)։

\mathrm{ ZrCl_4\ + 2\ Mg \ \longrightarrow \ Zr +\ 2\ MgCl_2}

Ազոտական թթվում և արքայաջրում լուծվում է տաքացնելիս (>100°C)։ Ցիրկոնիումի (IV) աղերը հեշտությամբ հիդրոլիզվում են։

\mathrm{ Zr^{4+} + 4\ NH_3 + 4\ H_2O \ \longrightarrow \ Zr(OH)_4 \downarrow +\ 4\ NH_4^+}
\mathrm{ Zr(OH)_4 \longrightarrow \ ZrO_2 +\ 2\ H_2O}

Կիրառություն[խմբագրել]

Ցիրկոնիումի ձող

Ցիրկոնիումը և նրա համաձուլվածքներն օգտագործվում են միջուկային ռեակտորներում, հրթիռներում, թռչող և այլ սարքերում, քիմիական մեքենաշինության մեջ։

Փոշեկերպ ցիրկոնիում օգտագործվում է պիրոտեխնիկայում և պայթուցիկ նյութերի արտադրության մեջ։ Ցիրկոնային հրակայուն նյութերն (պարունակում են ZrO2 կամ ZrSiO4) օգտագործվում են մետաղաձուլության և հրթիռաշինության մեջ։

Ցիրկոնիումի միացություններ[խմբագրել]

Ցիրկոնիումի կարբիդ

Ցիրկոնիումի կարբիդ, ZrC, ցիրկոնիումի միացությունն ածխածնի հետ։ Մոխրագույն, դժվարահալ (3800 °C), բյուրեղական նյութ է։ Լուծվում է արքայաջրում և տաք, խիտ ծծմբական թթվում։ Օգտագործվում է որպես մետաղների դժվարահալ ծածկույթներ, հղկանյութ, խեցանյութերի բաղադրիչ։

Ցիրկոնիումի դիբորիդ

Ստացվում է ցիրկոնիումի տետրաքլորիդի սինթեզով.

\mathrm{ ZrCl_4 + 2BBr_3 + 5H_2\longrightarrow \ ZrBr_2 + 4HCl + 6HBr}
\mathrm{ 7Zr + 3B_4C +B_2O_3 \longrightarrow \ ZrB_2 + 3CO}

Իզոտոպներ[խմբագրել]

Բնական ցիրկոնիումը բաղկացած է 90Zr (51,46 %), 91Zr (11,13), 92Zr (17,11), 94Zr (17,4) և 96Zr (2,8) կայուն իզոտոպներից։ Ստացվել են 81-99 զանգվածի թվերով 14 ռադիոակտիվ իզոտոպները, որոնցից 95Zr (T1/2= 95 օր) օգտագործվում է որպես իզոտոպային ինդիկատոր։ Ամենից կայուն է 93Zr (T1/2= 1,5•106 տարի, β-) իզոտոպը։

Տես նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 384.
  3. Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 384.
  4. Венецкий С.И. Цирконий // Рассказы о металлах. — Москва: Металлургия, 1979. — 240 с. — 60 000 экз.
  5. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  6. У. Б. Блюменталь, «Химия циркония», Москва, 1963.
  7. Производство ферросплавов :: Книги по металлургии
  8. Цирконий. Информационно-аналитический центр «Минерал»

Գրականություն[խմբագրել]

  • Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie, Band 1. 9. Auflage, dtv-Verlag, 2000, ISBN 3-423-03217-0.
  • M. Binnewies: Allgemeine und Anorganische Chemie. 1. Auflage, Spektrum Verlag, 2004, ISBN 3-8274-0208-5.
  • N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage, VCH Verlagsgesellschaft, 1988, ISBN 3-527-26169-9.

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]


Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից։ CC-BY-SA-icon-80x15.png