Цирконий
Химический элемент с атомным номером 40
Химический элемент с атомным номером 40 (Zr)
Цирконий,  40 Zr
Цирконий
Произношение/ z ɜːr ˈ k oʊ n i ə m / ​( zur- KOH -nee-əm )
Появлениесеребристо-белый
Стандартный атомный вес A r °(Zr)
Цирконий в периодической таблице
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеоновый
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлораргон
КалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтникельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийниобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимнеодимовыйПрометийСамарийевропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийВестиВисмутПолонийАстатинрадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийкалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумНихонийФлеровийМосковиумЛиверморийТеннессинОганесон
Ti
↑
Zr
↓
Hf
иттрий ← цирконий → ниобий
Атомный номер ( Z )40
Группагруппа 4
Периодпериод 5
Блокировать  d-блок
Электронная конфигурация[ Кр ] 4д 2 5с 2
Электронов на оболочку2, 8, 18, 10, 2
Физические свойства
Фаза в  STPтвердый
Температура плавления2125  К (1852 °C, 3365 °F)
Точка кипения4650 К (4377 °С, 7911 °F)
Плотность (при 20°С)6,505 г/см 3 [3]
когда жидкость (при  т.пл. )5,8 г/см 3
Теплота плавления14  кДж/моль
Теплота парообразования591 кДж/моль
Молярная теплоемкость25,36 Дж/(моль·К)
Давление пара
Р  (Па)1101001 к10 тыс.100 тыс.
в  Т  (К)263928913197357540534678
Атомные свойства
Степени окисленияраспространенные: +4
−2, [4] 0, [5] +1, [6] +2, [7] [8] +3 [6]
ЭлектроотрицательностьШкала Полинга: 1,33
Энергии ионизации
  • 1-й: 640,1 кДж/моль
  • 2-й: 1270 кДж/моль
  • 3-й: 2218 кДж/моль
Атомный радиусэмпирический: 160  pm
Радиус ковалентной связи175±7 пм
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии циркония
Другие свойства
Естественное явлениеизначальный
Кристаллическая структурагексагональная плотноупакованная (ГПУ) ( ГП2 )
Константы решетки
Гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура циркония
a  = 323,22 пм
c  = 514,79 пм (при 20 °C) [3]
Тепловое расширение5,69 × 10−6 /К ( при 20 °C) [3] [а]
Теплопроводность22,6 Вт/(м⋅К)
Удельное электрическое сопротивление421 нОм⋅м (при 20 °C)
Магнитное упорядочениепарамагнитный [9]
модуль Юнга88 ГПа
Модуль сдвига33 ГПа
Модуль объемной упругости91,1 ГПа
Скорость звука тонкий стержень3800 м/с (при 20 °C)
Коэффициент Пуассона0,34
Твёрдость по шкале Мооса5.0
Твёрдость по Виккерсу820–1800 МПа
Твёрдость по Бринеллю638–1880 МПа
Номер CAS7440-67-7
История
Неймингпосле циркона , zargun زرگون ​​означает «золотистого цвета».
ОткрытиеМартин Генрих Клапрот (1789)
Первая изоляцияЙенс Якоб Берцелиус (1824)
Изотопы циркония
Основные изотопы [10]Разлагаться
избытокпериод полураспада ( t 1/2 )режимпродукт
88 Зрсинт83,4 дн.ε88 лет
γ–
89 Зрсинт78,4 ч.ε89 лет
β +89 лет
γ–
90 Зр51,5%стабильный
91 Зр11.2%стабильный
92 Зр17.1%стабильный
93 Зрслед1,53 × 10 6  летβ −93 Нб
94 Зр17,4%стабильный
95 Зрсинт64.032 дн.β −95 Нб
96 Зр2.80%2,34 × 10 19  летβ − β −96 Мо
 Категория: Цирконий
| ссылки

Цирконий — химический элемент ; он имеет символ Zr и атомный номер 40. Впервые идентифицированный в 1789 году, выделенный в неочищенном виде в 1824 году и произведенный в масштабах к 1925 году, чистый цирконий — это блестящий переходный металл серовато-белого цвета, который очень похож на гафний и, в меньшей степени, на титан . Он твердый при комнатной температуре, пластичный , ковкий и устойчивый к коррозии . Название цирконий происходит от названия минерала циркон , важнейшего источника циркония. Слово связано с персидским заргун (циркон; zar-gun , «золотоподобный» или «как золото»). [11] Помимо циркона, цирконий встречается в более чем 140 других минералах, включая бадделеит и эвдиалит ; большая часть циркония производится как побочный продукт минералов, добываемых для получения титана и олова .

Цирконий образует множество неорганических соединений, таких как диоксид циркония , и металлоорганических соединений , таких как дихлорид цирконоцена . В природе встречается пять изотопов , четыре из которых стабильны. Металл и его сплавы в основном используются в качестве огнеупора и глушителя ; сплавы циркония используются для покрытия ядерных топливных стержней из-за их низкого поглощения нейтронов и высокой устойчивости к коррозии, а также в космических аппаратах и ​​лопатках турбин, где необходима высокая термостойкость. Цирконий также находит применение в фотовспышках , биомедицинских приложениях, таких как зубные имплантаты и протезы , дезодоранты и системы очистки воды .

Соединения циркония не имеют известной биологической роли, хотя этот элемент широко распространен в природе и в небольших количествах встречается в биологических системах без неблагоприятных эффектов. Нет никаких указаний на то, что цирконий является канцерогеном. Основные опасности, которые представляет цирконий, — это воспламеняемость в виде порошка и раздражение глаз.

Характеристики

Циркониевый стержень

Цирконий — блестящий , серовато-белый, мягкий, пластичный, ковкий металл, который тверд при комнатной температуре, хотя он твердый и хрупкий при меньшей чистоте. [12] В порошкообразной форме цирконий легко воспламеняется, но в твердом виде гораздо менее склонен к возгоранию. Цирконий очень устойчив к коррозии под воздействием щелочей, кислот, соленой воды и других агентов. [ 13] Однако он растворяется в соляной и серной кислоте , особенно в присутствии фтора . [14] Сплавы с цинком магнитны при температуре ниже 35 К. [13]

Температура плавления циркония составляет 1855 °C (3371 °F), а температура кипения — 4409 °C (7968 °F). [13] Цирконий имеет электроотрицательность 1,33 по шкале Полинга. Из элементов в d-блоке с известной электроотрицательностью цирконий имеет четвертую самую низкую электроотрицательность после гафния , иттрия и лютеция . [15]

При комнатной температуре цирконий демонстрирует гексагонально плотноупакованную кристаллическую структуру α-Zr, которая изменяется на β-Zr, объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру, при 863 °C. Цирконий существует в β-фазе до точки плавления. [16]

Изотопы

Природный цирконий состоит из пяти изотопов. 90 Zr, 91 Zr, 92 Zr и 94 Zr стабильны, хотя 94 Zr, как прогнозируется, претерпевает двойной бета-распад (не наблюдавшийся экспериментально) с периодом полураспада более 1,10×10 17  лет. 96 Zr имеет период полураспада 2,34×10 19  лет и является самым долгоживущим радиоизотопом циркония. Из этих природных изотопов 90 Zr является наиболее распространенным, составляя 51,45% всего циркония. 96 Zr является наименее распространенным, составляя всего 2,80% циркония. [10]

Было синтезировано тридцать три искусственных изотопа циркония с атомной массой от 77 до 114. [10] [17] 93 Zr является самым долгоживущим искусственным изотопом с периодом полураспада 1,61×10 6  лет. Радиоактивные изотопы с массовым числом 93 или выше распадаются путем испускания электронов , тогда как те, что с массовым числом 89 или ниже, распадаются путем испускания позитронов . Единственным исключением является 88 Zr, который распадается путем захвата электронов . [10]

Тринадцать изотопов циркония также существуют в виде метастабильных изомеров : 83m1 Zr, 83m2 Zr, 85m Zr , 87m Zr, 88m Zr, 89m Zr, 90m1 Zr , 90m2 Zr, 91m Zr, 97m Zr, 98m Zr, 99m Zr и 108m Zr. Из них 97m Zr имеет самый короткий период полураспада — 104,8 наносекунд. 89m Zr является самым долгоживущим с периодом полураспада 4,161 минуты. [10]

Происшествие

Тенденция мирового производства циркониевых минеральных концентратов

Цирконий имеет концентрацию около 130 мг/кг в земной коре и около 0,026 мкг/л в морской воде . Это 18-й по распространенности элемент в земной коре. [18] Он не встречается в природе как самородный металл , что отражает его внутреннюю нестабильность по отношению к воде. Основным коммерческим источником циркония является циркон (ZrSiO 4 ), силикатный минерал , [12] который встречается в основном в Австралии, Бразилии, Индии, России, Южной Африке и Соединенных Штатах, а также в более мелких месторождениях по всему миру. [19] По состоянию на 2013 год две трети добычи циркона происходит в Австралии и Южной Африке. [20] Ресурсы циркона превышают 60 миллионов тонн во всем мире [21] , а годовое мировое производство циркония составляет приблизительно 900 000 тонн. [18] Цирконий также встречается в более чем 140 других минералах, включая коммерчески полезные руды бадделеит и эвдиалит . [22]

Цирконий относительно распространен в звездах S-типа и был обнаружен на солнце и в метеоритах. Образцы лунных пород, привезенные из нескольких миссий Аполлона на Луну, имеют высокое содержание оксида циркония по сравнению с земными породами. [23]

Спектроскопия ЭПР использовалась в исследованиях необычного 3+ валентного состояния циркония. Спектр ЭПР Zr 3+ , который первоначально наблюдался как паразитный сигнал в легированных Fe монокристаллах ScPO 4 , был окончательно идентифицирован путем приготовления монокристаллов ScPO 4 , легированных изотопно обогащенным (94,6%) 91 Zr. Монокристаллы LuPO 4 и YPO 4 , легированные как естественным, так и изотопно обогащенным Zr, также были выращены и исследованы. [24]

Производство

Происшествие

Производство циркония в 2005 г.

Цирконий является побочным продуктом, образующимся после добычи и переработки титановых минералов ильменита и рутила , а также добычи олова . [25] С 2003 по 2007 год, в то время как цены на минеральный циркон неуклонно росли с 360 до 840 долларов за тонну, цена на необработанный металлический цирконий снизилась с 39 900 до 22 700 долларов за тонну. Металлический цирконий намного дороже циркона , поскольку процессы восстановления являются дорогостоящими. [21]

Собранный в прибрежных водах цирконосодержащий песок очищается спиральными концентраторами для отделения более легких материалов, которые затем возвращаются в воду, поскольку они являются естественными компонентами пляжного песка. С помощью магнитной сепарации удаляются титановые руды ильменит и рутил . [26]

Большая часть циркона используется непосредственно в коммерческих целях, но небольшой процент преобразуется в металл. Большая часть металлического Zr производится путем восстановления хлорида циркония (IV) металлическим магнием в процессе Кролла . [13] Полученный металл спекается до тех пор, пока не станет достаточно пластичным для металлообработки. [19]

Разделение циркония и гафния

Коммерческий металлический цирконий обычно содержит 1–3% гафния , [27] что обычно не вызывает проблем, поскольку химические свойства гафния и циркония очень похожи. Однако их свойства поглощения нейтронов сильно различаются, что требует отделения гафния от циркония для ядерных реакторов. [28] Используется несколько схем разделения. [27] Жидкостно -жидкостная экстракция производных тиоцианата - оксида использует тот факт, что производное гафния немного более растворимо в метилизобутилкетоне , чем в воде. Этот метод составляет примерно две трети производства чистого циркония, [29] хотя исследуются и другие методы; [30] например, в Индии для отделения циркония от других металлов используется процесс экстракции растворителем ТБФ-нитрата. [31] Zr и Hf также могут быть разделены фракционной кристаллизацией гексафтороцирконата калия (K 2 ZrF 6 ), который менее растворим в воде, чем аналогичное производное гафния. Также используется фракционная перегонка тетрахлоридов, также называемая экстрактивной перегонкой . [30] [32]

Вакуумная дуговая плавка в сочетании с использованием методов горячего прессования и переохлажденных медных подов позволяет производить цирконий, очищенный от кислорода, азота и углерода. [33]

Гафний необходимо удалить из циркония для ядерных применений, поскольку сечение поглощения нейтронов у гафния в 600 раз больше, чем у циркония. [34] Отделенный гафний можно использовать для стержней управления реактором . [35]

Соединения

Как и другие переходные металлы , цирконий образует широкий спектр неорганических соединений и координационных комплексов . [36] В целом, эти соединения представляют собой бесцветные диамагнитные твердые вещества, в которых цирконий имеет степень окисления +4. Некоторые металлоорганические соединения считаются имеющими степень окисления Zr(II). [7] Неравновесные степени окисления между 0 и 4 были обнаружены во время окисления циркония. [8]

Оксиды, нитриды и карбиды

Наиболее распространенным оксидом является диоксид циркония , ZrO 2 , также известный как цирконий . Это прозрачное или белое твердое вещество обладает исключительной прочностью на разрыв (для керамики) и химической стойкостью, особенно в его кубической форме. [37] Эти свойства делают цирконий полезным в качестве покрытия теплового барьера , [38] хотя он также является распространенным заменителем алмаза . [37] Монооксид циркония, ZrO, также известен, и звезды S-типа распознаются путем обнаружения его линий излучения. [39]

Вольфрамат циркония обладает необычным свойством сжиматься во всех измерениях при нагревании, тогда как большинство других веществ расширяются при нагревании. [13] Хлорид цирконила является одним из немногих водорастворимых комплексов циркония с формулой [Zr4 ( OH) 12 (H2O ) 16 ] Cl8 . [ 36]

Карбид циркония и нитрид циркония являются тугоплавкими твердыми веществами. Оба обладают высокой коррозионной стойкостью и находят применение в покрытиях и режущих инструментах, устойчивых к высоким температурам. [40] Известно, что фазы гидрида циркония образуются, когда сплавы циркония подвергаются воздействию большого количества водорода с течением времени; из-за хрупкости гидридов циркония по сравнению со сплавами циркония, смягчение образования гидрида циркония было тщательно изучено во время разработки первых коммерческих ядерных реакторов , в которых карбид циркония был часто используемым материалом. [41]

Цирконат-титанат свинца (ЦТС) является наиболее часто используемым пьезоэлектрическим материалом, применяемым в качестве преобразователей и приводов в медицинских и микроэлектромеханических системах . [42]

Галогениды и псевдогалогениды

Известны все четыре распространенных галогенида: ZrF 4 , ZrCl 4 , ZrBr 4 и ZrI 4 . Все они имеют полимерную структуру и гораздо менее летучи, чем соответствующие тетрагалогениды титана; они находят применение в образовании органических комплексов, таких как дихлорид цирконоцена . [43] Все они склонны к гидролизу с образованием так называемых оксигалогенидов и диоксидов. [27]

Сплавление тетрагалогенидов с дополнительным металлом дает низшие галогениды циркония (например, ZrCl 3 ). Они принимают слоистую структуру, проводя внутри слоев, но не перпендикулярно им. [44]

Известны также соответствующие тетраалкоксиды . В отличие от галогенидов, алкоксиды растворяются в неполярных растворителях. Дигидроген гексафторцирконат используется в металлообрабатывающей промышленности в качестве травильного агента для улучшения адгезии краски. [45]

Органические производные

Цирконоцендихлорид , представитель органоциркониевого соединения

Органоциркониевая химия является ключевой для катализаторов Циглера-Натта , используемых для производства полипропилена . Это применение использует способность циркония обратимо образовывать связи с углеродом. Дибромид цирконоцена ((C 5 H 5 ) 2 ZrBr 2 ), о котором сообщили в 1952 году Бирмингем и Уилкинсон , был первым органоциркониевым соединением. [46] Реагент Шварца , полученный в 1970 году П. К. Уэйлсом и Х. Вайгольдом, [47] представляет собой металлоцен, используемый в органическом синтезе для превращений алкенов и алкинов . [48]

Многие комплексы Zr(II) являются производными цирконоцена, [43] одним из примеров является (C 5 Me 5 ) 2 Zr(CO) 2 .

История

Цирконийсодержащий минерал циркон и родственные ему минералы ( жаргун , гиацинт или гиацинт, лигур ) упоминаются в библейских писаниях. [13] [28] Минерал не был известен тем, что содержал новый элемент до 1789 года, [49] когда Клапрот проанализировал жаргун с острова Цейлон (ныне Шри-Ланка ). Он назвал новый элемент Zirkonerde (цирконий), [13] связанный с персидским zargun (циркон; zar-gun , «золотоподобный» или «как золото»). [11] Гемфри Дэви попытался выделить этот новый элемент в 1808 году с помощью электролиза , но потерпел неудачу. [12] Металлический цирконий был впервые получен в неочищенном виде в 1824 году Берцелиусом путем нагревания смеси калия и фторида циркония калия в железной трубке. [13]

Процесс кристаллического стержня (также известный как иодидный процесс ), открытый Антоном Эдуардом ван Аркелем и Яном Хендриком де Буром в 1925 году, был первым промышленным процессом для коммерческого производства металлического циркония. Он включает в себя образование и последующее термическое разложение тетраиодида циркония ( ZrI 4 ), и был заменен в 1945 году гораздо более дешевым процессом Кролла , разработанным Уильямом Джастином Кроллом , в котором тетрахлорид циркония ( ZrCl 4 ) восстанавливается магнием: [19] [50]

ZrCl 4 + 2 Мг ⟶ Зр + 2 MgCl 2 {\displaystyle {\ce {ZrCl4 + 2Mg -> Zr + 2MgCl2}}}

Приложения

В 1995 году было добыто около 900 000 тонн циркониевых руд, в основном в виде циркона. [27]

Большая часть циркона используется непосредственно в высокотемпературных приложениях. Поскольку он огнеупорный, твердый и устойчивый к химическому воздействию, циркон находит множество применений. Его основное применение — в качестве замутнителя, придающего керамическим материалам белый, непрозрачный вид. Благодаря своей химической стойкости циркон также используется в агрессивных средах, таких как формы для расплавленных металлов. [27]

Диоксид циркония (ZrO 2 ) используется в лабораторных тиглях, в металлургических печах и в качестве огнеупорного материала [13] Поскольку он механически прочен и гибок, его можно спекать в керамические ножи и другие лезвия. [51] Циркон (ZrSiO 4 ) и кубический цирконий (ZrO 2 ) режутся на драгоценные камни для использования в ювелирных изделиях. Диоксид циркония является компонентом некоторых абразивов , таких как шлифовальные круги и наждачная бумага . [49] Циркон также используется для датирования горных пород примерно со времени образования Земли путем измерения его собственных радиоизотопов , чаще всего урана и свинца . [52]

Небольшая часть циркония преобразуется в металл, который находит различные нишевые применения. Благодаря превосходной стойкости циркония к коррозии, он часто используется в качестве легирующего агента в материалах, которые подвергаются воздействию агрессивных сред, таких как хирургические приборы, нити накаливания и корпуса часов. Высокая реакционная способность циркония с кислородом при высоких температурах используется в некоторых специализированных приложениях, таких как взрывчатые вещества и в качестве геттеров в вакуумных лампах . [53] Порошок циркония используется в качестве дегазирующего агента в электронных лампах, в то время как проволока и листы циркония используются для опор сеток и анодов . [54] [55] Горящий цирконий использовался в качестве источника света в некоторых фотографических вспышках . Порошок циркония с размером ячеек от 10 до 80 иногда используется в пиротехнических составах для генерации искр . Высокая реакционная способность циркония приводит к появлению ярких белых искр. [56]

Ядерные приложения

Оболочка для ядерного реакторного топлива потребляет около 1% циркония, [27] в основном в форме циркалоев . Желаемые свойства этих сплавов - низкое сечение захвата нейтронов и стойкость к коррозии при нормальных условиях эксплуатации. [19] [13] Для этой цели были разработаны эффективные методы удаления примесей гафния. [28]

Одним из недостатков циркониевых сплавов является их способность реагировать с водой, выделяя водород , что приводит к деградации оболочки топливного стержня : [57]

Зр + 2 ЧАС 2 О ⟶ ZrO 2 + 2 ЧАС 2 {\displaystyle {\ce {Zr + 2H2O -> ZrO2 + 2H2}}}

Гидролиз очень медленный ниже 100 °C, но быстрый при температуре выше 900 °C. Большинство металлов подвергаются аналогичным реакциям. Окислительно-восстановительная реакция имеет отношение к нестабильности топливных сборок при высоких температурах. [58] Эта реакция произошла в реакторах 1, 2 и 3 АЭС «Фукусима I» (Япония) после того, как охлаждение реактора было прервано землетрясением и цунами 11 марта 2011 года, что привело к ядерным авариям на АЭС «Фукусима I» . После выпуска водорода в цехе технического обслуживания этих трех реакторов смесь водорода с атмосферным кислородом взорвалась, серьезно повредив установки и по крайней мере одно из зданий защитной оболочки. [59]

Цирконий входит в состав гидридов урана-циркония , ядерного топлива, используемого в исследовательских реакторах . [60]

Космическая и авиационная промышленность

Материалы, изготовленные из металлического циркония и ZrO 2, используются в космических аппаратах, где необходима устойчивость к теплу. [28]

Высокотемпературные детали, такие как камеры сгорания, лопатки и сопла в реактивных двигателях и стационарных газовых турбинах, все чаще защищаются тонкими керамическими слоями и/или окрашиваемыми покрытиями, обычно состоящими из смеси циркония и иттрия . [61]

Цирконий также используется в качестве материала первого выбора для баков с перекисью водорода ( H 2 O 2 ), топливопроводов, клапанов и двигателей в космических системах , таких как те, которыми оснащен космический самолет Dream Chaser компании Sierra Space [62] , где тяга обеспечивается за счет сгорания керосина и перекиси водорода, мощного, но нестабильного окислителя . Причина в том, что цирконий обладает превосходной коррозионной стойкостью к H 2 O 2 и, прежде всего, не катализирует его спонтанный самораспад, как это делают ионы многих переходных металлов . [62] [63]

Медицинское применение

Цирконийсодержащие соединения используются во многих биомедицинских приложениях, включая зубные имплантаты и коронки , замену коленного и тазобедренного суставов, реконструкцию цепи слуховых косточек среднего уха и другие восстановительные и протезные устройства. [64]

Цирконий связывает мочевину , свойство, которое широко использовалось для пользы пациентов с хроническим заболеванием почек . [64] Например, цирконий является основным компонентом системы регенерации и рециркуляции диализата, зависящей от сорбционной колонки, известной как система REDY, которая была впервые представлена ​​в 1973 году. Более 2 000 000 процедур диализа были выполнены с использованием сорбционной колонки в системе REDY. [65] Хотя система REDY была заменена в 1990-х годах менее дорогими альтернативами, новые системы диализа на основе сорбента оцениваются и одобряются Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA). Компания Renal Solutions разработала технологию DIALISORB, портативную систему диализа с низким содержанием воды. Кроме того, экспериментальные версии носимой искусственной почки включают технологии на основе сорбента. [66]

Циклосиликат натрия циркония используется перорально при лечении гиперкалиемии . Это селективный сорбент, предназначенный для улавливания ионов калия в первую очередь по сравнению с другими ионами по всему желудочно-кишечному тракту. [67]

Смеси мономерных и полимерных комплексов Zr 4+ и Al 3+ с гидроксидом , хлоридом и глицином , называемые алюминиево-циркониевыми глициновыми солями, используются в качестве антиперспиранта во многих дезодорантах . Он использовался с начала 1960-х годов, поскольку был определен более эффективным в качестве антиперспиранта, чем современные активные ингредиенты, такие как хлоргидрат алюминия . [68]

Несуществующие приложения

Карбонат циркония (3ZrO 2 ·CO 2 ·H 2 O) использовался в лосьонах для лечения ядовитого плюща , но его использование было прекращено, поскольку он иногда вызывал кожные реакции. [12]

Безопасность

Цирконий
Опасности
NFPA 704 (огненный алмаз)
Четырехцветный бриллиант NFPA 704Health 0: Exposure under fire conditions would offer no hazard beyond that of ordinary combustible material. E.g. sodium chlorideFlammability 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
0
1
0
Химическое соединение

Хотя цирконий не имеет известной биологической роли, в организме человека содержится в среднем 250 миллиграммов циркония, а ежедневное потребление составляет приблизительно 4,15 миллиграмма (3,5 миллиграмма из пищи и 0,65 миллиграмма из воды), в зависимости от пищевых привычек. [69] Цирконий широко распространен в природе и встречается во всех биологических системах, например: 2,86 мкг/г в цельной пшенице, 3,09 мкг/г в коричневом рисе, 0,55 мкг/г в шпинате , 1,23 мкг/г в яйцах и 0,86 мкг/г в говяжьем фарше. [69] Кроме того, цирконий обычно используется в коммерческих продуктах (например, дезодорирующие карандаши, аэрозольные антиперспиранты ), а также для очистки воды (например, контроль загрязнения фосфором , воды, загрязненной бактериями и пирогенами). [64]

Кратковременное воздействие циркониевого порошка может вызвать раздражение, но только контакт с глазами требует медицинской помощи. [70] Постоянное воздействие тетрахлорида циркония приводит к повышению смертности у крыс и морских свинок и снижению гемоглобина в крови и эритроцитов у собак. Однако в исследовании 20 крыс, получавших стандартную диету, содержащую ~4% оксида циркония, не было выявлено неблагоприятных последствий для скорости роста, параметров крови и мочи или смертности. [71] Законодательный предел ( допустимый предел воздействия ) Управления по охране труда США (OSHA) для воздействия циркония составляет 5 мг/м 3 в течение 8-часового рабочего дня. Рекомендованный Национальным институтом охраны труда (NIOSH) предел воздействия (REL) составляет 5 мг/м 3 в течение 8-часового рабочего дня, а краткосрочный предел — 10 мг/м 3 . При уровнях 25 мг/м 3 цирконий становится непосредственно опасным для жизни и здоровья . [72] Однако цирконий не считается промышленной опасностью для здоровья. [64] Кроме того, сообщения о побочных реакциях, связанных с цирконием, редки, и, в целом, строгие причинно-следственные связи не установлены. [64] Не было подтверждено никаких доказательств того, что цирконий является канцерогенным [73] или генотоксичным. [74]

Среди многочисленных радиоактивных изотопов циркония 93 Zr является одним из самых распространенных. Он выделяется как продукт ядерного деления 235 U и 239 Pu, в основном на атомных электростанциях и во время испытаний ядерного оружия в 1950-х и 1960-х годах. Он имеет очень долгий период полураспада (1,53 миллиона лет), его распад испускает только низкоэнергетические излучения, и он не считается особенно опасным. [75]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Тепловое расширение кристалла циркония анизотропно : параметры (при 20 °C) для каждой оси кристалла равны α a  = 4,91 × 10−6 /К,  α  c =7,26 × 10−6 /К, а α среднее = α V / 3 = 5,69 × 10−6 /К. [ 3]

Ссылки

  1. ^ «Стандартные атомные веса: цирконий». CIAAW . 2024.
  2. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  3. ^ abcd Арбластер, Джон У. (2018). Избранные значения кристаллографических свойств элементов . Materials Park, Огайо: ASM International. ISBN 978-1-62708-155-9.
  4. ^ Zr(–2) известен в Zr(CO)2−6; см. Джон Э. Эллис (2006). «Приключения с веществами, содержащими металлы в отрицательных степенях окисления». Неорганическая химия . 45 (8). doi :10.1021/ic052110i.
  5. ^ Zr(0) встречаются в (η 6 -(1,3,5- t Bu) 3 C 6 H 3 ) 2 Zr и [(η 5 -C 5 R 5 Zr(CO) 4 ] − , см. Chirik, PJ; Bradley, CA (2007). "4.06 - Комплексы циркония и гафния в степенях окисления от 0 до ii". Комплексная металлоорганическая химия III. От основ к приложениям . Том 4. Elsevier Ltd. стр.  697– 739. doi :10.1016/B0-08-045047-4/00062-5. ISBN 9780080450476.
  6. ^ ab Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 28. ISBN 978-0-08-037941-8.
  7. ^ ab Calderazzo, Fausto; Pampaloni, Guido (январь 1992 г.). «Органометаллические соединения групп 4 и 5: степени окисления II и ниже». Журнал металлоорганической химии . 423 (3): 307– 328. doi :10.1016/0022-328X(92)83126-3.
  8. ^ ab Ma, Wen; Herbert, F. William; Senanayake, Sanjaya D.; Yildiz, Bilge (2015-03-09). "Неравновесные состояния окисления циркония на ранних стадиях окисления металла". Applied Physics Letters . 106 (10). Bibcode : 2015ApPhL.106j1603M. doi : 10.1063/1.4914180. hdl : 1721.1/104888 . ISSN  0003-6951.
  9. ^ Lide, DR, ред. (2005). "Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86-е изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  10. ^ abcde Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  11. ^ ab Harper, Douglas. "циркон". Онлайн-словарь этимологии .
  12. ^ abcd Эмсли, Джон (2001). Строительные блоки природы . Оксфорд: Oxford University Press. С.  506–510 . ISBN 978-0-19-850341-5.
  13. ^ abcdefghij Лид, Дэвид Р., ред. (2007–2008). «Цирконий». CRC Handbook of Chemistry and Physics . Том 4. Нью-Йорк: CRC Press. стр. 42. ISBN 978-0-8493-0488-0.
  14. ^ Консидайн, Гленн Д., ред. (2005). «Цирконий». Энциклопедия химии Ван Ностранда . Нью-Йорк: Wylie-Interscience. стр.  1778– 1779. ISBN 978-0-471-61525-5.
  15. ^ Winter, Mark (2007). "Электроотрицательность (Полинг)". Университет Шеффилда . Получено 27 июля 2024 г.
  16. ^ Schnell I & Albers RC (январь 2006 г.). "Цирконий под давлением: фазовые переходы и термодинамика". Journal of Physics: Condensed Matter . 18 (5): 16. Bibcode : 2006JPCM...18.1483S. doi : 10.1088/0953-8984/18/5/001. S2CID  56557217.
  17. ^ Сумикама, Т.; и др. (2021). «Наблюдение новых нейтронно-богатых изотопов в окрестностях Zr110». Physical Review C. 103 ( 1): 014614. Bibcode : 2021PhRvC.103a4614S. doi : 10.1103/PhysRevC.103.014614. hdl : 10261/260248 . S2CID  234019083.
  18. ^ ab Peterson, John; MacDonell, Margaret (2007). "Цирконий". Радиологические и химические информационные листки для поддержки анализа риска для здоровья на загрязненных территориях (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория. стр.  64–65 . Архивировано из оригинала (PDF) 28.05.2008 . Получено 26.02.2008 .
  19. ^ abcd "Цирконий". Как производятся продукты . Advameg Inc. 2007. Получено 2008-03-26 .
  20. ^ «Цирконий и гафний – Минеральные ресурсы» (PDF) . 2014.
  21. ^ ab "Цирконий и гафний" (PDF) . Mineral Commodity Summaries : 192– 193. Январь 2008 . Получено 24.02.2008 .
  22. ^ Ральф, Джолион и Ральф, Ида (2008). «Минералы, в состав которых входит Zr». Mindat.org . Получено 23.02.2008 .
  23. ^ Peckett, A.; Phillips, R.; Brown, GM (март 1972 г.). «Новые богатые цирконием минералы из лунных пород Apollo 14 и 15». Nature . 236 (5344): 215– 217. Bibcode :1972Natur.236..215P. doi :10.1038/236215a0. ISSN  0028-0836.
  24. ^ Абрахам, ММ; Боатнер, ЛА; Рэми, ДЖ; Раппаз, М. (1984-12-20). «Возникновение и стабильность трехвалентного циркония в монокристаллах ортофосфата». Журнал химической физики . 81 (12): 5362– 5366. Bibcode : 1984JChPh..81.5362A. doi : 10.1063/1.447678. ISSN  0021-9606.
  25. ^ Каллаган, Р. (21.02.2008). "Статистика и информация по цирконию и гафнию". Геологическая служба США . Получено 24.02.2008 .
  26. ^ Сиддики, А.С.; Мохапатра, А.К.; Рао, Дж.В. (2000). «Разделение минералов пляжного песка» (PDF) . Обработка мелких фракций . 2. Индия: 114–126 . ISBN 81-87053-53-4.
  27. ^ abcdef Нильсен, Ральф (2005) «Цирконий и соединения циркония» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Вайнхайм. doi :10.1002/14356007.a28_543
  28. ^ abcd Stwertka, Albert (1996). Руководство по элементам . Oxford University Press. С.  117– 119. ISBN 978-0-19-508083-4.
  29. ^ У, Мин; Сюй, Фэй; Дун, Панфей; У, Хунчжэнь; Чжао, Чжиин; У, Чэньцзе; Чи, Жуань; Сюй, Чжигао (январь 2022 г.). «Процесс синергетической экстракции Hf(IV) над Zr(IV) из раствора тиоциановой кислоты с TOPO и N1923». Химическая инженерия и переработка — интенсификация процессов . 170 : 108673. Bibcode : 2022CEPPI.17008673W. doi : 10.1016/j.cep.2021.108673.
  30. ^ Аб Сюн, Цзин; Ли, Ян; Чжан, Сяомэн; Ван, Юн; Чжан, Яньлинь; Ци, Тао (25 марта 2024 г.). «Механизм экстракции циркония и гафния в системе МИБК-HSCN». Разделения . 11 (4): 93. дои : 10.3390/separations11040093 . ISSN  2297-8739.
  31. ^ Пандей, Гарима; Дарекар, Маюр; Сингх, КК; Мукхопадхай, С. (2023-11-02). «Селективное извлечение циркония из раствора нитрата циркония в импульсной перемешиваемой колонне». Разделительная наука и технология . 58 ( 15– 16): 2710– 2717. doi :10.1080/01496395.2023.2232102. ISSN  0149-6395.
  32. ^ Xu, L.; Xiao, Y.; van Sandwijk, A.; Xu, Q.; Yang, Y. (2016). «Разделение циркония и гафния: обзор». Energy Materials 2014. Cham: Springer International Publishing. стр.  451– 457. doi :10.1007/978-3-319-48765-6_53. ISBN 978-3-319-48765-6.
  33. ^ Шамсуддин, Мохаммад (22 июня 2021 г.). Физическая химия металлургических процессов. Серия «Минералы, металлы и материалы» (2-е изд.). Springer Cham. стр.  1– 5, 390– 391. doi :10.1007/978-3-030-58069-8. ISBN 978-3-030-58069-8.
  34. ^ Брэди, Джордж Стюарт; Клаузер, Генри Р. и Ваккари, Джон А. (2002). Справочник по материалам: энциклопедия для менеджеров, технических специалистов, менеджеров по закупкам и производству, техников и руководителей. McGraw-Hill Professional. стр. 1063–. ISBN 978-0-07-136076-0. Получено 2011-03-18 .
  35. ^ Zardiackas, Lyle D.; Kraay, Matthew J. & Freese, Howard L. (2006). Титан, ниобий, цирконий и тантал для медицинских и хирургических применений. ASTM International. стр. 21–. ISBN 978-0-8031-3497-3. Получено 2011-03-18 .
  36. ^ ab Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  37. ^ ab "Zirconia". AZoM.com. 2008. Архивировано из оригинала 2009-01-26 . Получено 2008-03-17 .
  38. ^ Готье, В.; Деттенвангер, Ф.; Шютце, М. (2002-04-10). «Окислительное поведение γ-TiAl, покрытого циркониевыми тепловыми барьерами». Интерметаллиды . 10 (7): 667– 674. doi :10.1016/S0966-9795(02)00036-5.
  39. ^ Кинан, ПК (1954). «Классификация звезд S-типа». Astrophysical Journal . 120 : 484–505 . Bibcode : 1954ApJ...120..484K. doi : 10.1086/145937.
  40. ^ Opeka, Mark M.; Talmy, Inna G.; Wuchina, Eric J.; Zaykoski, James A.; Causey, Samuel J. (октябрь 1999 г.). «Механические, термические и окислительные свойства тугоплавких соединений гафния и циркония». Журнал Европейского керамического общества . 19 ( 13– 14): 2405– 2414. doi :10.1016/S0955-2219(99)00129-6.
  41. ^ Пульс, Манфред П. (2012). Влияние водорода и гидридов на целостность компонентов из циркониевого сплава. Engineering Materials. Springer London. doi :10.1007/978-1-4471-4195-2. ISBN 978-1-4471-4194-5.
  42. ^ Rouquette, J.; Haines, J.; Bornand, V.; Pintard, M.; Papet, Ph.; Bousquet, C.; Konczewicz, L.; Gorelli, FA; Hull, S. (2004-07-23). ​​"Настройка давления морфотропной фазовой границы в пьезоэлектрическом цирконате-титанате свинца". Physical Review B. 70 ( 1): 014108. Bibcode : 2004PhRvB..70a4108R. doi : 10.1103/PhysRevB.70.014108. ISSN  1098-0121.
  43. ^ ab Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Российская Федерация; Шарутин, В.; Тарасова, Н. (2023). «Галогенные комплексы циркония. Синтез, строение, возможности практического применения». Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Химия» . 15 (1): 17– 30. doi : 10.14529/chem230102 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  44. ^ Housecroft, CE; Sharpe, AG (2018). Неорганическая химия (5-е изд.). Prentice-Hall . стр. 812. ISBN 978-0273742753.
  45. ^ Паспорт безопасности материала для Duratec 400, DuBois Chemicals, Inc.
  46. ^ Уилкинсон, Г.; Бирмингем, Дж. М. (1954). «Бис-циклопентадиенильные соединения Ti, Zr, V, Nb и Ta». Журнал Американского химического общества . 76 (17): 4281– 4284. Bibcode : 1954JAChS..76.4281W. doi : 10.1021/ja01646a008.; Rouhi, A. Maureen (2004-04-19). "Organozirconium Chemistry Arrives". Chemical & Engineering News . 82 (16): 36– 39. doi :10.1021/cen-v082n016.p036. ISSN  0009-2347 . Получено 2008-03-17 .
  47. ^ Wailes, PC & Weigold, H. (1970). «Гидрокомплексы циркония I. Приготовление». Журнал металлоорганической химии . 24 (2): 405– 411. doi :10.1016/S0022-328X(00)80281-8.
  48. ^ Hart, DW & Schwartz, J. (1974). "Гидроцирконирование. Органический синтез через органоциркониевые промежуточные соединения. Синтез и перегруппировка комплексов алкилциркония (IV) и их реакция с электрофилами". Журнал Американского химического общества . 96 (26): 8115– 8116. Bibcode : 1974JAChS..96.8115H. doi : 10.1021/ja00833a048.
  49. ^ ab Krebs, Robert E. (1998). История и использование химических элементов нашей Земли . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. стр. 98–100. ISBN 978-0-313-30123-0.
  50. ^ Хедрик , Джеймс Б. (1998). «Цирконий». Цены на металлы в Соединенных Штатах до 1998 года (PDF) . Геологическая служба США. стр.  175–178 . Получено 26.02.2008 .
  51. ^ "Тонкая керамика – цирконий". Kyocera Inc.
  52. ^
    • Дэвис, Дональд В.; Уильямс, Ян С.; Крог, Томас Э. (2003). Ханчар, Дж. М.; Хоскин, П. У. О. (ред.). «Историческое развитие геохронологии U-Pb» (PDF) . Циркон: Обзоры по минералогии и геохимии . 53 : 145– 181. doi :10.2113/0530145.
    • Kosler, J.; Sylvester, PJ (2003). Hanchar, JM; Hoskin, PWO (ред.). «Текущие тенденции и будущее циркона в геохронологии U-Pb: лазерная абляция ICPMS». Циркон: Обзоры по минералогии и геохимии . 53 (1): 243– 275. Bibcode : 2003RvMG...53..243K. doi : 10.2113/0530243.
    • Fedo, CM; Sircombe, KN; Rainbird, RH (2003). «Анализ детритного циркона в осадочной летописи». Обзоры по минералогии и геохимии . 53 (1): 277– 303. Bibcode : 2003RvMG...53..277F. doi : 10.2113/0530277.
  53. ^ Роджерс, Альфред (1946). «Использование циркония в вакуумных трубках». Труды Электрохимического общества . 88 : 207. doi : 10.1149/1.3071684.
  54. ^ "Цирконий металл: волшебный промышленный витамин". Advanced Refractory Metals . Получено 21 октября 2024 г.
  55. ^ Феррандо, WA (1988). «Обработка и использование материалов на основе циркония». Advanced Materials and Manufacturing Processes . 3 (2): 195– 231. doi :10.1080/10426918808953203.
  56. ^ Косанке, Кеннет Л.; Косанке, Бонни Дж. (1999), «Генерация пиротехнической искры», Журнал пиротехники : 49–62 , ISBN 978-1-889526-12-6
  57. ^ Мотта, Артур Т.; Каполунго, Лоран; Чен, Лонг-Цин; Синбиз, Махмут Недим; Даймонд, Марк Р.; Косс, Дональд А.; Лакруа, Эврар; Пасторе, Джованни; Саймон, Пьер-Клеман А.; Тонкс, Майкл Р.; Вирт, Брайан Д.; Зикри, Мохаммед А. (май 2019 г.). «Водород в сплавах циркония: обзор». Журнал ядерных материалов . 518 : 440–460 . Bibcode : 2019JNuM..518..440M. doi : 10.1016/j.jnucmat.2019.02.042.
  58. ^ Гиллон, Люк (1979). Le nucléaire en вопросом , Gembloux Duculot, французское издание.
  59. ^ Авария на АЭС «Фукусима-1». STI/PUB. Вена, Австрия: Международное агентство по атомной энергии. 2015. С.  37–42 . ISBN 978-92-0-107015-9.
  60. ^
    • Tsuchiya, B.; Huang, J.; Konashi, K.; Teshigawara, M.; Yamawaki, M. (март 2001 г.). «Теплофизические свойства гидрида циркония и гидрида урана–циркония». Journal of Nuclear Materials . 289 (3): 329– 333. Bibcode :2001JNuM..289..329T. doi :10.1016/S0022-3115(01)00420-2.
    • Оландер, Д.; Гринспен, Эхуд; Гаркиш, Ханс Д.; Петрович, Боян (август 2009 г.). «Свойства топлива на основе гидрида урана–циркония». Ядерная инженерия и проектирование . 239 (8): 1406– 1424. Bibcode : 2009NuEnD.239.1406O. doi : 10.1016/j.nucengdes.2009.04.001.
  61. ^
    • Мейер, СМ; Гупта, ДК (1994). «Эволюция теплозащитных покрытий в газотурбинных двигателях». Журнал инженерного дела по газовым турбинам и энергетике . 116 : 250–257 . doi :10.1115/1.2906801. S2CID  53414132.
    • Allison, SW "37th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit" (PDF) . AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference . Архивировано из оригинала (PDF) 27.08.2023 . Получено 27.08.2023 .
  62. ^ ab Clark, Stephen (2023-11-01). «После десятилетий мечтаний коммерческий космоплан почти готов к полету». Ars Technica . Получено 2023-11-03 .
  63. ^ Материалы ATI. "Zircadyne® 702/705 в перекиси водорода" (PDF) . atimaterials . Получено 2023-11-03 .
  64. ^ abcde Lee DBN, Roberts M, Bluchel CG, Odell RA. (2010) Цирконий: биомедицинское и нефрологическое применение. ASAIO J 56(6):550–556.
  65. ^ Эш СР. Сорбенты в лечении уремии: краткая история и большое будущее. 2009 Semin Dial 22: 615–622
  66. ^ Куман, Йерун Питер (2024-03-20). "Возрождение сорбентов в лечении хроническим диализом". Семинары по диализу . doi : 10.1111/sdi.13203 . ISSN  0894-0959. PMID  38506130.
  67. ^ Ингельфингер, Джули Р. (2015). «Новая эра лечения гиперкалиемии?». New England Journal of Medicine . 372 (3): 275– 7. doi :10.1056/NEJMe1414112. PMID  25415806.
  68. ^ Ладен, Карл (4 января 1999 г.). Антиперспиранты и дезодоранты. CRC Press. С.  137–144 . ISBN 978-1-4822-2405-4.
  69. ^ ab Schroeder, Henry A.; Balassa, Joseph J. (май 1966). "Аномальные следовые металлы в организме человека: цирконий". Journal of Chronic Diseases . 19 (5): 573– 586. doi :10.1016/0021-9681(66)90095-6. PMID  5338082.
  70. ^ "Цирконий". Международные карты химической безопасности. Международная организация труда. Октябрь 2004 г. Архивировано из оригинала 2008-12-01 . Получено 2008-03-30 .
  71. ^ Цирконий и его соединения 1999. Сборник МАК по охране труда и технике безопасности. 224–236
  72. ^ "NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards – Zirconium connections (as Zr)". CDC . Получено 27.11.2015 .
  73. ^ PubChem. "Цирконий, элементарный". Банк данных по опасным веществам . Получено 25.10.2024 .
  74. ^ Deutsche Forschungsgemeinschaft; Комиссия по расследованию опасностей для здоровья химических соединений в рабочей зоне, ред. (ноябрь 2002 г.). "Цирконий и его соединения [Документация по ценностям MAK, 1999 г.]". Сборник MAK по охране труда и технике безопасности: ежегодные пороговые значения и классификации для рабочего места (на немецком языке) (1-е изд.). Wiley. стр.  224–236 . doi :10.1002/3527600418.mb744067vere0012. ISBN 978-3-527-60041-0.
  75. ^ "ANL Human Health Fact Sheet: Zirconium (октябрь 2001 г.)" (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория . Получено 15 июля 2020 г. .

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Цирконий&oldid=1271106260"