Zirkonium

Zirkonium
Tecken Zr Atomnr. 40 Grupp 4 Period 5 Block d
Allmänt
Ämnesklass	övergångsmetaller
Densitet	6511 kg/m3 (273 K)
Hårdhet	5
Utseende	Silvrigt vit
Atomens egenskaper
Atommassa	91,224 u
Atomradie (beräknad)	155 (206) pm
Kovalent radie	148 pm
Elektronkonfiguration	[Kr]4d25s2
e– per skal	2, 8, 18, 10, 2
Oxidationstillstånd (O)	4 (amfoterisk)
Kristallstruktur	Hexagonal
Ämnets fysiska egenskaper
Aggregationstillstånd	fast
Smältpunkt	2128 K (1855 °C)
Kokpunkt	4682 K (4409 °C)
Molvolym	14,02 ·10-6 m3/mol
Ångbildningsvärme	58,2 kJ/mol
Smältvärme	16,9 kJ/mol
Ångtryck	0,00168 Pa vid 2125 K
Ljudhastighet	3800 m/s vid 293,15 K
Diverse
Elektronegativitet	1,33 (Paulingskalan)
Värmekapacitet	0,27 J/(kg·K)
Elektrisk ledningsförmåga	2,36 106 S/m (Ω−1·m−1)
Värmeledningsförmåga	22,7 W/(m·K)
1a jonisationspotential	640,1 kJ/mol
2a jonisationspotential	1270 kJ/mol
3e jonisationspotential	2218 kJ/mol
4e jonisationspotential	3313 kJ/mol
5e jonisationspotential	7752 kJ/mol
6e jonisationspotential	9500 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. 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 . Benägenheten att reagera med vatten vid höga temperaturer är väl känd och en försvårande omständighet vid olycksförlopp med överhettat kärnbränsle.

• Zirkoniumpulver är självantändande i syre och används i vissa skott.
• Zirkonium används i vissa artificiella kroppsdelar eftersom det inte är giftigt.
• Zirkoniumoxid (ZrO₂) används ibland i eldfast tegel.
• Zirkoniumsilikat (ZrSiO₄), som svarar mot mineralet zirkon, används i glasyrer.

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

• Periodiska systemet