Zirkonyum

Özellikler

Zirkonyum, Zr sembolü ve atom numarası 40 olan kimyasal bir elementtir. Hafniyum ve titanyuma çok benzeyen parlak, gri-beyaz, güçlü bir geçiş metalidir. Zirkonyum esas olarak bir refrakter ve opaklaştırıcı olarak kullanılır, ancak küçük miktarlar korozyona karşı güçlü direnci nedeniyle bir alaşımlama maddesi olarak da kullanılabilir.

Zirkonyum, sırasıyla zirkonyum dioksit ve zirkonosen diklorür gibi çeşitli inorganik ve organometalik bileşikler oluşturur. Üçü kararlı olmak üzere beş izotopu doğal olarak oluşur. 1940'ların sonlarında zirkonyum, nötronlara karşı oldukça şeffaf olduğu için nükleer enerji uygulamaları için önemli bir mühendislik malzemesi haline geldi. Saf olmayan hali, %99 saf olduğunda bile sert ve kırılgandır. Beyaz, yumuşak, dövülebilir ve daha yüksek saflıkta sünek metal ilk olarak Hollandalı kimyagerler Anton E. van Arkel ve J.H. de Boer, zirkonyum tetraiodide, ZrI₄'ün termal ayrıştırmasıyla elde etmiştir.

Toz halinde, zirkonyum oldukça yanıcıdır, fakat katı formu tutuşmaya çok daha dayanıklıdır. Zirkonyum alkaliler, asitler, tuzlu su ve diğer maddeler tarafından korozyona karşı oldukça dirençlidir. ^[1] Ancak, hidroklorik ve sülfürik asitte, özellikle flor mevcut olduğunda çözülür.^[2] Çinko içeren alaşımları 35 K'in altında manyetiktir.^[1]

Zirkonyumun erime noktası 1855°C (3371°F) ve kaynama noktası 4371°C (7900°F) olarak ölçülmüştür.^[1] Zirkonyum, Pauling ölçeğinde 1.33 elektronegatifliğe sahiptir. Bilinen elektronegatifliklere göre periyodik tablo D-bloğu içindeki elementlerden zirkonyum; hafniyum, itriyum, lantan ve aktinyumdan sonra beşinci en düşük elektronegatifliğe sahiptir. ^[3]

Bulunma Sıklığı ve Üretimi

Zirkonyum, en önemlileri zirkon ve badodeleyit olan yaklaşık 30 mineral türünde bulunur. Başta Avustralya ve Güney Afrika'da olmak üzere her yıl 1,5 milyon tondan fazla zirkon çıkarılmaktadır. Badodeleyitin çoğu Brezilya'da çıkarılır. Zirkonyum metali ticari olarak önce zirkonun zirkonyum klorüre dönüştürülmesi ve ardından klorürün magnezyum ile indirgenmesi ile üretilir.

Uygulama ve Kullanım Alanları

Zirkonyum nötronları emmez, bu da onu nükleer santrallerde kullanım için ideal bir malzeme yapar. Zirkonyumun %90'dan fazlası bu şekilde kullanılır. Nükleer reaktörler 100.000 metreden fazla zirkonyum alaşımlı boruya sahip olabilir. Niyobyum ile zirkonyum, düşük sıcaklıklarda süper iletkendir ve süper iletken mıknatıslar yapmak için kullanılır. Zirkonyum metal ince bir oksit tabakasıyla korunur ve bu da onu asitler, alkaliler ve deniz suyunun neden olduğu korozyona karşı olağanüstü dirençli hale getirir. Bu nedenle kimya endüstrisi tarafından yoğun olarak kullanılmaktadır.

Zirkon, çeşitli renklerde bulunan doğal, yarı değerli bir taştır. Vanadyum veya praseodim ile karıştırılmış zirkon, seramik sır için mavi ve sarı pigmentler yapında kullanılır.

Tarihi

Zirkonyum içeren taşlar eski zamanlarda zirkon olarak biliniyordu. 1789'da Alman kimyager Martin Klaproth bir zirkonu analiz etti ve zirkonyumu "toprak" zirkonyası olan oksit ZrO₂ formunda ayırdı.

Klaproth saf metalin kendisini izole edemedi ve Humphry Davy de 1808'de elektrolizi denediğinde de başarısız oldu. İsveçli kimyager Jöns Berzelius potasyum heksaflorozirkonatı (K₂ZrF₆) potasyum metaliyle ısıttığında elementin izole edilmesi ile bir miktar zirkonyum elde etti.

Tamamen saf zirkonyum, yalnızca 1925'te Hollandalı kimyacılar Anton Eduard van Arkel ve Jan Hendrik de Boer tarafından zirkonyum tetraiodidin (ZrI₄) ayrıştırılmasıyla üretildi. Bu günlerde metal, zirkonyum tetraklorürün (ZrCl₄) magnezyum ile ısıtılmasıyla toplu olarak üretilmektedir.

Etimolojisi

Zirkonyum adı, İncil zamanlarından beri zirkon olarak adlandırılan altın renkli bir değerli taşı ifade eden Arapça zargun kelimesinden gelir.

Önlem ve Güven

Zirkonyumun bilinen bir biyolojik rolü olmamasına rağmen, insan vücudu ortalama olarak 250 miligram zirkonyum içerir ve günlük alımı, beslenme alışkanlıklarına bağlı olarak yaklaşık 4.15 miligramdır.^[4] Zirkonyum doğada yaygın olarak ve tüm biyolojik sistemlerde bulunur; örneğin tam buğdayda 2,86 μg/g, kahverengi pirinçte 3,09 μg/g, ıspanakta 0,55 μg/g, yumurtalarda 1,23 μg/g ve kıymada 0,86 μg/g zirkonyum bulunur.^[4] Ayrıca, zirkonyum ticari ürünlerde ve ayrıca su arıtmada yaygın olarak kullanılmaktadır. ^[5]

Zirkonyum tozuna kısa süreli maruz kalma tahrişe neden olabilir, ancak gözlerle teması tıbbi müdahale gerektirir. ^[6] Zirkonyum tetraklorüre sürekli maruz kalma, sıçanlarda ve kobaylarda ölüm oranının artmasına ve köpeklerde kan hemoglobin ve kırmızı kan hücrelerinin azalmasına neden olur. Bununla birlikte, ~%4 zirkonyum oksit içeren standart bir diyet verilen 20 sıçan üzerinde yapılan bir çalışmada, büyüme hızı, kan ve idrar parametreleri veya ölüm oranı üzerinde herhangi bir olumsuz etki görülmedi. ^[7]

İlginç Bilgiler ve Diğer

1. Erime noktası 3371˚F veya 1855˚C'dir.
2. Güney Afrika ve Avustralya bu metalin en bol kaynağına sahiptir.
3. Zr, genellikle çelik gibi alaşımlarda sertleştirici olarak kullanılır.
4. Son derece güçlü, sünek ve yumuşaktır.
5. Sıradan sıcaklıklarda tutulduğunda, altıgen şeklinde sıkışık kristal yapıya sahiptir.
6. Hem fiziksel hem de kimyasal özellikleri Titanyumunkilere çok benzer.
7. Termal nötronları hemen absorbe etmez.
8. Zirkonyum'a alaşım elementleri eklenebilir ve birçok farklı uygulama için mükemmel bir uyum sağlar.