Népszerű könyvtár kémiai elemek
Készített és kapott cirkónium
Dedikált Klaproth anyag nem volt egy új elemet, de volt egy új elemet-oxid, amely később került a D. táblázatban Mengyelejev negyvenedik cellában. A modern szimbólumok képletű kapott anyag Klaproth, írható: ZrO2.
35 év után a vizsgálatok Klaproth híres svéd kémikus Jens Jakob Berzelius sikerült a fém cirkónium. Berzelius visszaállított kálium-fluoro fémnátrium:
K2 [ZrF6] + 4NA → Zr + 2KF + 2NaF
és kapott egy ezüst-szürke fém.
Cirkónium eredményeként jött létre e reakció törékennyé miatt jelentős szennyezőanyag-tartalom. Metal nem enged a kezelésre, és nem talált gyakorlati haszna. De azt lehet feltételezni, hogy a tisztított cirkónium, mint sok más fémek, műanyag elég lesz.
Annak érdekében, hogy képes legyen fogadni egy fém elektrolízissel a só-oldat, a fém kell képeznie egyatomos ionokat. A cirkónium-ionok, például nem képződik. Cirkónium-szulfát Zr (SO4) 2. például csak a tömény kénsav, és a kiindulási hígításban a hidrolízis reakciót és a komplexképzés. Végül kapott:
A vizes oldatot hidrolizáljuk és cirkónium-klorid:
Egyes kutatók úgy vélték, hogy ők még mindig kap a cirkónium elektrolízis megoldások, de ezek már félre termékek megtekintése leülepszik az elektródákon. Egyes esetekben voltak ténylegesen fémek, de nem cirkónium, és nikkel vagy réz, amely szennyezések az cirkónium alapanyag; mások - hasonló megjelenésű a cirkónium fém-hidroxid.
Csak a 20-es években a század (100 év után Berzelius megkapta az első minta cirkónium!), Az első ipari eljárás ezen fém került kifejlesztésre.
Ez a módszer a „épület” által kidolgozott, holland kutatók van Arkel és de Boer. Ennek lényege abban a tényben rejlik, hogy az illékony vegyületet (ebben az esetben a cirkónium-tetrajodid Zrl4) vetjük alá hőbomlás vákuumban egy forró wolframszálas leválasztott fém háló.
Ily módon kaptuk fémes cirkónium kezelhető - kovácsolás, hengerlés, gördülő - megközelítőleg olyan könnyen, mint a réz.
Később metallurgists találta, hogy a műanyag tulajdonságai cirkónium függ elsősorban a tartalom benne az oxigén. Ha az olvadt cirkónium hatolnak több mint 0,7% oxigén, akkor a fém lesz rideg képződése miatt a szilárd oldatok oxigén cirkónium, amelynek tulajdonságai különböznek a tulajdonságok a tiszta fém.
első építési mód terjedt bizonyos mértékig, de a magas költségek cirkónium ezzel a módszerrel kapott jelentősen korlátozta használatát. És tulajdonságait cirkónium érdekes volt. (Róluk alább.) Szükség van, hogy dolgozzon ki egy új, kevésbé költséges módja cirkónium. Ez a módszer vált tökéletesített eljárás Kroll.
Kroll a módszer lehetővé teszi a cirkónium feléért, mint egy elszámolásra. Vezetési ez a termelés magában foglalja a két fő lépésből áll: cirkónium klórozzák és a kapott cirkónium-tetraklorid csökken magnézium fémréteg az olvadt fém. A végtermék - cirkónium szivacs megolvad az rudak és ilyen formában kerül elküldésre a fogyasztónak.
cirkónium
Eddig a tudósok keresett előállítására szolgáló eljárás fém cirkónium, a gyakorlatban már megkezdte alkalmazni néhány vegyületek, különösen cirkónium-dioxid. A tulajdonságok a cirkónium-dioxid, hogy nagy mértékben függ az, hogy milyen módon kaptuk. ZrO2. kialakítva izzítási néhány termikusan instabil cirkónium sók vízben oldhatatlan. Gyengén kalcinált-dioxid jól oldódik savakban, de erősen kalcinált, válik oldhatatlan ásványi savak, kivéve a hidrogén-fluorid.
Egy másik érdekes tulajdonság: túlmelegedett cirkónium-dioxid fényt bocsát ki, annyira intenzív, hogy lehet használni a világítástechnika. Ez a tulajdonság azt vette a híres német tudós Walter Hermann Nernst. Bars izzólámpa Nernst készültek ZrO2. Az izzó fényforrás cirkónium-dioxid és most néha laboratóriumi kísérletekben.
Az iparban, az első, hogy cirkónium-szilikát termelés és a kohászat. Már a század elején készült cirkon tűzálló, amelyek háromszor hosszabb, mint máskor. A tűzálló adalékot tartalmazó ZrO2. Ez lehetővé teszi, hogy akár 1200 futamot acélkemence javítás nélkül. Ez nagyon sok.
Cirkon préselt tűzálló téglák (elterjedt tűzálló anyag alapú agyag vagy kaolin) a beolvasztására alumínium fém, és miért. Samott ötvözött alumínium, és építmény salak képződik a felületén, amely kell rendszeresen tisztítani. A cirkon tégla olvadt alumínium nem nedvesíti. Ez lehetővé teszi, hogy a kemencék bélelt cirkónium, folyamatosan dolgozunk tíz hónapig.
Jelentős mennyiségű cirkónium fogyasztanak, porcelán és üveg.
Iparágak listáján szoruló cirkónium-dioxid, ki lehetne terjeszteni több és több. De lássuk, mi hasznos cirkónium fém, amely oly sokáig nem volt lehetséges.
Cirkónium és Kohászati
Acélok ötvözött a cirkónium nem szükséges elveszíti viszkozitását, mint egy széles hőmérséklet-tartományban, hogy jól ellenáll az ütési terhelésekre. Ezért, a cirkónium adunk az acél, kiterjesztve gyártásához páncél lemezek. Ez valószínűleg figyelembe kell venni, és azt a tényt, hogy a cirkónium-adalékanyagok pozitív hatással az erejét az acél. Ha a minta lett nem ötvözött cirkónium megsemmisül terhelésnél körülbelül 900 kg-os, az acél az azonos összetétellel, de azzal a kiegészítéssel, mindössze 0,1% cirkónium egy törési szilárdsága 1600 kg.
Jelentős mennyiségű cirkónium felhasználások és színesfém kohászat. Itt a fellépés nagyon rugalmas. Kisebb kiegészítésekkel cirkónium hőállóságának javítása alumínium ötvözetek, és többkomponensű magnézium ötvözet azzal a kiegészítéssel, cirkónium jobban korrózióálló. Cirkónium Titán javítja a savval szembeni ellenállás. A titán korrózióállóságát ötvözet 14% Zr 5% -os sósavval, 100 ° C-on, 70 (!) Times nagyobb, mint a kereskedelmi tisztaságú titán. Ellenkező esetben befolyásolja cirkónium molibdén. Az 5 tömeg% cirkónium megduplázza a keménységet a tűzálló, hanem puha fém.
Vannak más alkalmazások fémes cirkónium. Nagy korrózióállóság és relatív refrakter lehetővé teszi annak alkalmazását számos iparágban. Meghal az a szintetikus szálak, forró részek szerelvények, laboratóriumi és orvosi berendezések, katalizátorok - ez nem egy teljes listát a termékek a cirkónium fém.
Azonban a kohászat és gépgyártás váltak nagyfogyasztók ez a fém. Hatalmas mennyiségű cirkónium szükséges nukleáris energiát.
Probléma cirkónium „reaktor tisztaság”
A nukleáris technika cirkónium nem jött azonnal. Annak érdekében, hogy hasznos lehet ebben az iparágban, a fém kell egy bizonyos tulajdonságai. (Különösen, ha azt állítják, hogy a szerkezeti anyag az építőiparban a reaktorok.) A legfontosabb ezek a tulajdonságok - alacsony befogási hatáskeresztmetszet a termikus neutronok. Elvileg ez a tulajdonság lehet meghatározni, mint a képessége, egy anyag, hogy késleltesse, hogy felszívja neutronok, és ezáltal megakadályozza a terjedését a láncreakció.
Nagysága a neutron befogási keresztmetszet mérjük istállókban. Minél magasabb az érték, annál nagyobb a neutron elnyelő anyag, és megakadályozza, hogy a fejlesztés a nagyobb láncreakció. Természetesen, a reakciózónában a reaktorok minimális kiválasztott anyag befogási hatáskeresztmetszet.
Egy tiszta cirkónium fém, ez az érték 0,18 istállókban. Sok fémek van egy olcsóbb befogási keresztmetszetét ugyanabban a sorrendben: y ón, például, ez egyenlő 0,65 barn, alumínium - 0,22 barn, míg a magnézium-- csak 0,06 istállókban. De az ón, és a magnézium és az alumínium, és az alacsony olvadáspontú nezharoprochny; cirkónium megolvasztjuk csak a 1860 ° C-on
Úgy tűnt, hogy az egyetlen korlátozás - meglehetősen magas áron elem №40 (bár nem kell sajnálni ezt az ágát pénz), de nem volt más komplikáció.
Mielőtt a technológia volt a probléma - teljesen különálló cirkónium és hafnium. Ha az egyes tulajdonságok a két fém nagyon vonzó, ezek együttes jelenléte teszi az anyagot teljesen használhatatlan a nukleáris technológia.
A probléma a elválasztó hafnium és cirkónium nagyon nehéz volt - azok kémiai tulajdonságai csaknem azonosak, mert a szélsőséges hasonlóság atomi szerkezetének. Szétválasztani őket használni egy összetett többlépcsős tisztítási: ioncserélő, ismételt kicsapás, extrakció.
Mindezeket a műveleteket jelentősen növeli a költségeket a cirkónium, és ő már úton: nyújtható fém (99,7% Zr) sokszor drágább, mint a koncentrátum. A probléma a gazdaságos elválasztásával cirkónium és hafnium még mindig várja meg kell oldani.
Mégis, a cirkónium lett „atomi” fém.
Ez különösen a következő tényeket. Az első amerikai nukleáris tengeralattjáró „Nautilus” volt telepítve reaktor cirkónium. Később kiderült, hogy ez olcsóbb, hogy cirkónium burkolata az üzemanyagcellás, hanem az álló része a reaktor magja.
Mindazonáltal a termelés a fém növekszik évről évre, és a növekedés üteme szokatlanul magas. Elég annyit mondani, hogy az évtized 1949-1959, a világ termelésének cirkónium nőtt 100-szor! Az amerikai adatok, 1975-ben a világ termelésének cirkónium mintegy 3000 tonna.
Cirkónium, a levegő és a víz
A korábbi fejezetekben szinte semmit nem mesélt a kémiai tulajdonságok az elem №40. A fő oka - a vonakodás, hogy ismételje meg sok a cikkek, monográfiák a fém elem. Cirkónium - egy tipikus fém, tipikus képviselője a csoport (és alcsoportok) és annak időszakban. Jellemzője, hogy viszonylag magas reaktivitás, amely létezik, azonban a látens formában.
Ennek oka a titkosság és tiszteletben cirkónium levegő és a víz elemek érdemes megvitatni részletesebben.
Kompakt fém cirkónium nagyon hasonlít az acél. Ő nem mutatja a kémiai aktivitása, és normális körülmények tekintetében légköri gázok viselkednek nagyon közömbös. A látszólagos passzivitása cirkónium kémiai magyarázható meglehetősen hagyományos: a felületén mindig van egy láthatatlan-oxid film, amely megvédi a fémet a további oxidáció. Ahhoz, hogy teljes oxidálásához cirkónium, szükséges, hogy a hőmérséklet 700 ° C-on Csak akkor, ha az oxid film részben megsemmisült, és részben feloldunk a fém.
Így, 700 ° C - a hőmérséklet határ, amely felett végződik kémiai ellenállása cirkónium. Sajnos, ez a szám túl optimista. Már 300 ° C-cirkónium kezd kölcsönhatásba több oxigénnel és egyéb légköri komponensek: a vízgőz (és hidridet képző-dioxid), a szén-dioxid (képző-karbid és dioxid), a nitrogén (reakciótermék - cirkónium-nitrid). Azonban, alatti hőmérsékleten 300 ° C-on az oxidfilm - megbízható pajzs, garantálja a magas kémiai ellenállása cirkónium.
Ellenkező esetben, mint a kompakt fém cirkónium, viselkednek a levegőben, a por és a chips. Ez piroforos anyagok, amelyek könnyen öngyulladó levegőn szobahőmérsékleten is. Ebben az esetben a sok hőt. Cirkónium port levegővel kevert képes még felrobban.
Érdekes aránya cirkónium víz. Egyértelmű jelei interakció a fém vízzel hosszú ideig nem lehet látni. De a felszínen cirkónium vízzel megnedvesített ez nem túl gyakori fém folyamatot. Mint ismeretes, sok fémet vannak kitéve a víz hatására galvanikus korrózió, amely mozgatni a kationok a vízben. A cirkónium és a szintén oxidálja a víz és van borítva védőfóliával mely oldhatatlan, és megakadályozza a további oxidációt a fém vízben.
Fordítás cirkónium ionok ökör legegyszerűbb oldódását bizonyos sói. A kémiai viselkedése négyértékű cirkóniumiont nagyon nehéz a vizes oldatok. Ez sok tényezőtől függ, és a kémiai folyamatok zajlanak a vizes oldatok.
Létezik a ion Zr 4 «tiszta» valószínű. Hosszú ideig úgy gondolták, hogy Zr formájában létezik a vizes oldatok cirkonil ionok ZrO +2. Az újabb vizsgálatok kimutatták, hogy valójában, amellett, hogy megoldásokat cirkonil ionok számos különböző komplex - hidratált és útmutató-rolizovannyh - cirkónium-ionok. A rövidített általános képletű [ZRP (H2 O) N (OH) - m] (4p -m) +.
Ilyen bonyolult viselkedését cirkónium az oldatban köszönhetően a magas reaktivitása ez az elem. Preparatív cirkónium (tisztított ZrO2) jön a különböző reakciók alkotnak egyszerű és komplex vegyületek. „A titkos” fokozott kémiai reaktivitása a cirkónium rejlik felépítését elektron kagyló. Cirkónium atomok vannak kialakítva oly módon, hogy hajlamosak a vágy, hogy csatolja, amennyire csak lehetséges az egyéb ionok; Ha az ilyen ionok az oldatban nem elegendő, a cirkónium-ionok vannak összekapcsolva és a polimerizáció lejátszódik. Így cirkónium kémiai aktivitás elvész; reaktivitása polimerizált cirkónium ionok sokkal alacsonyabb, mint a polimerizálatlan. Amikor a polimerizációs csökken, és aktivitása az oldat egészére.
Az ilyen, általában véve „hívókártya” az egyik legfontosabb metal korunk - egy elem №40, cirkónium.
„Tökéletlen gyémántok”
A középkorban volt ismert ékszerek az úgynevezett tökéletlen gyémánt. Tökéletlensége őket állt, mint egy hagyományos gyémánt keménysége valamivel rosszabb a mérkőzés színek a vágás után. És volt egy másik neve - matarskie (a termőhely - Matara Kerületi Ceylon). Középkori ékszerészek nem tudta, mire használják az értékes ásványi - egyetlen kristályos cirkon, cirkon alapvető ásványi anyag. A cirkónium a leginkább különböző színek - a színtelentől a vérvörös. Red cirkon drágakő ékszerészek nevű jácint. Jácint ismertek sokáig. Szerint a bibliai hagyomány, ősi papok viselt a mellén 12 drágaköveket köztük jácint.
Ritka ez?
Természetes cirkónium vegyületet
Ők ismert, több mint negyven. Cirkónium van jelen abban az oxidok formájában, vagy sói. Cirkónium, baddeleyit ZrO2. és cirkónium-szilikát, cirkon, ZrSiO4 a legnagyobb ipari jelentőségű. A legerősebb a feltárt betétek cirkon és baddeleyit található az USA-ban, Ausztráliában, Brazíliában. India, Nyugat-Afrikában.
Szovjetunió jelentős tartalékokat cirkon nyersanyagok, amelyek a különböző régiók Ukrajna, az Urál és Szibéria.
PbZrO3 - piezoelektromos
A kristályokat van szükség számos rádiós eszközök: frekvencia stabilizátorok, ultrahangos vibrációs generátorok és mások. Néha meg kell dolgozni, magasabb hőmérsékleten. A kristályokat az ólom-cirkonát gyakorlatilag nem változik piezoelektromos tulajdonságokkal hőmérsékleten akár 300 ° C-on
Cirkónium és az agy
A nagy korrózióállóság cirkónium használhatja azt a idegsebészeti. Cirkóniumötvözetek do hemostats, sebészeti eszköz, és néha még a cérna elvarrásba során az agy működését.