Zirkonium

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
Zirkonium
Zr-TableImage.png
Tecken
Zr
Atomnr.
40
Grupp
4
Period
5
Block
d
Allmänt
Ämnesklass övergångsmetaller
Densitet 6511 kg/m3 (273 K)
Hårdhet 5
Utseende Silvrigt vit
Utseende
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.

Historia[redigera | redigera wikitext]

Zirkoniumdioxid framställdes 1789 ur mineralet zirkon av den tyska kemisten Martin Heinrich Klaproth och metalliskt zirkonium isolerades av Jöns Jacob Berzelius 1824. Namnet kommer av zirkon, vars namn i sin tur kommer av arabiskans zargun, guldfärgad. [1]

Användning[redigera | redigera wikitext]

Den goda motståndskraften mot korrosion samt låga benägenheten att absorbera neutroner gör att zirkoniumlegeringar är ett vanligt kapslingsmaterial för uranbränsle i kärnreaktorer[2]. 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 [3]. Benägenheten att reagera med vatten vid höga temperaturer är väl känd och en försvårande omständighet vid olycksförlopp med överhettat kärnbränsle[4].

Förekomst[redigera | redigera wikitext]

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[redigera | redigera wikitext]

När Jöns Jacob Berzelius första gången framställde zirkonium var det ur kaliumfluorzirkonat (K2ZrF6) som reducerades med kalium. 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[redigera | redigera wikitext]

  • Zirkoniumsilikat (ZrSiO4) är det mest naturligt förekommande zirkoniumsaltet, som naturligt förekommande benämns zirkon.
  • Zirkoniumdioxid (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[redigera | redigera wikitext]

Källor[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Anders Lennartsson, Periodiska systemet, Studentlitteratur, 2011
  2. ^ Scott, Malcom (1995). Science matters Nuclear Power. The Open University. sid. 49-50. ISBN 0749281731 
  3. ^ 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. 
  4. ^ 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