Zirkonium

Från GuldWiki
Hoppa till: navigering, sök
Zirkonium
Zr-TableImage.png
Tecken
Zr
Atomnr.
40
Grupp
4
Period
5
Block
d
Allmänt
Ämnesklassövergångsmetaller
Densitet6511 kg/m3 (273 K)
Hårdhet5
UtseendeSilvrigt vit
Utseende
Atomens egenskaper
Atommassa91,224 u
Atomradie (beräknad)155 (206) pm
Kovalent radie148 pm
Elektronkonfiguration[Kr]4d25s2
e per skal2, 8, 18, 10, 2
Oxidationstillstånd (O)4 (amfoterisk)
KristallstrukturHexagonal
Ämnets fysiska egenskaper
Aggregationstillståndfast
Smältpunkt2128 K (1855 °C)
Kokpunkt4682 K (4409 °C)
Molvolym14,02 ·10-6 m3/mol
Ångbildningsvärme58,2 kJ/mol
Smältvärme16,9 kJ/mol
Ångtryck0,00168 Pa vid 2125 K
Ljudhastighet3800 m/s vid 293,15 K
Diverse
Elektronegativitet1,33 (Paulingskalan)
Värmekapacitet0,27 J/(kg·K)
Elektrisk ledningsförmåga2,36 106 S/m (Ω−1·m−1)
Värmeledningsförmåga22,7 W/(m·K)
1a jonisationspotential640,1 kJ/mol
2a jonisationspotential1270 kJ/mol
3e jonisationspotential2218 kJ/mol
4e jonisationspotential3313 kJ/mol
5e jonisationspotential7752 kJ/mol
6e jonisationspotential9500 kJ/mol
Stabilaste isotoper
Isotop F % Halv.tid Typ Energi (MeV) Prod.
90Zr 51,45 % 90Zr, stabil isotop med 50 neutroner
91Zr 11,22 % 91Zr, stabil isotop med 51 neutroner
92Zr 17,15 % 92Zr, stabil isotop med 52 neutroner
93Zr syntetisk 1,53*106 år β- 0,091 93Nb
94Zr 17,38 % 94Zr, stabil isotop med 54 neutroner
96Zr 2,8 % >3,8*1019 år β- 3,350 96Mo
SI-enheter & STP används om ej annat angivits.

Zirkonium är ett grå-vitt metalliskt grundämne som kemiskt liknar titan. Zirkonium framställs ur zirkon (ZrSiO4). Zirkonium har god motståndskraft mot korrosion och låg benägenhet att absorbera neutroner (lågt tvärsnitt eller liten träffyta). Vid temperaturer över ca 1000 °C reagerar zirkonium snabbt och exotermt med vatten under bildning av vätgas och zirkoniumoxid.

Användning

Den goda motståndskraften mot korrosion samt låga benägenheten att absorbera neutroner gör att zirkoniumlegeringar är ett vanligt kapslingsmaterial för uranbränsle i kärnreaktorer[1]. Det låga tvärsnittet förbättrar neutronekonomin i klyvningsprocessen samt minskar benägenheten för materialet att degraderas av neutronbestrålning. Normalt samexisterar zirkonium och hafnium, men till skillnad från zirkonium är hafnium en mycket bra neutronabsorbator, varför det ur denna synpunkt är viktigt att kunna separera de två ämnena. För att zirkoniet ska kunna användas i reaktorer måste det innehålla mindre än 100 ppm hafnium [2]. Benägenheten att reagera med vatten vid höga temperaturer är väl känd och en försvårande omständighet vid olycksförlopp med överhettat kärnbränsle[3].

Förekomst

Zirkonium förekommer mest bundet i silikat eller oxid ofta tillsammans med hafnium, uran och torium. Zirkonium är ganska vanligt i jordskorpan (det tjugonde vanligaste) och återfinns speciellt i Ryssland och Sydafrika.

Zirkoniumstav.

Framställning

Första gången zirkonium framställdes var det ur kaliumfluorzirkonat (K2ZrF6) som reducerades med kalium av Jöns Jakob Berzelius. Nuförtiden framställer man zirkonium genom att reducera zirkoniumklorid (ZrCl4) med magnesium.

ZrCl4 + 2Mg → 2MgCl2 + Zr

Zirkonium kan även framställas genom reduktion av zirkoniumoxid med magnesium eller kalcium.

ZrO2 + 2Ca → 2CaO + Zr

Föreningar

  • Zirkoniumsilikat (ZrSiO4) är det mest naturligt förekommande zirkoniumsaltet, som naturligt förekommande benämns zirkon.
  • Zirkoniumoxid (ZrO2), som också kallas zirconia, har ovanligt stor motståndskraft mot kemikalier och mot att rent mekaniskt brytas sönder - särskilt i dess kubiska kristallstrukturvariant, används bland annat ofta som substitut för diamanter, förekommer i naturen och är en mellanprodukt vid framställning av zirkonium.
  • zirkoniumklorid (ZrCl4) är det salt som används vid framställning av zirkoniummetall.

Se även

Källor

  1. Scott, Malcom (1995). Science matters Nuclear Power. The Open University. Sid. 49-50. ISBN 0749281731 
  2. A. A. Nayl, Y. A. El-Nadi, and J. A. Daoud (2009). ”Extraction and Separation of Zr(IV) and Hf(IV) from Nitrate Medium by Some CYANEX Extractants”. Separation Science and Technology 44 (12): sid. 2956 -2970. doi:0.1080/01496390903014169. 
  3. ANL-6548 Studies of metal-water reactions at high temperatures III. Experimental and theoretical studies of the zirconium-water reaction, Louis Baker, Jr. and Louis C. Just, Argonne national laboratory, 1962