Цирко́ний в виде оксида впервые был выделен в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в результате анализа минерала циркона(ZrSiO 4 ) .

В свободном виде цирконий впервые был выделен шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом в 1824 году. Свободный от примесей чистый цирконий удалось получить лишь в начале XX века .

Происхождение самого слова циркон неясно. Возможно, оно происходит от арабского zarkûn (киноварь) или от персидского zargun (золотистый цвет).

Нахождение циркония в природе:

Соединения циркония широко распространены в литосфере. По разным данным кларк (числа, выражающие среднее содержание химических элементов в земной коре, гидросфере, Земле, космических телах, геохимических или космохимических системах и др., по отношению к общей массе этой системы.) циркония от 170 до 250 г/т. Концентрация в морской воде 5·10 −5 мг/л . Цирконий - литофильный элемент. В природе известны его соединения исключительно с кислородом в виде окислов и силикатов. Несмотря на то, что цирконий рассеянный элемент, насчитывается около 40 минералов, в которых цирконий присутствует в виде окислов или солей. В природе распространены главным образом циркон (ZrSiO 4)(67,1 % ZrO 2),бадделеит (ZrO 2) и различные сложные минералы (эвдиалит (Na, Ca) 5 (Zr, Fe, Mn) и др.). Во всех земных месторождениях цирконию сопутствует Hf, который входит в минералы циркона благодаря изоморфному замещению атома Zr.

Циркон является самым распространенным циркониевым минералом. Он встречается во всех типах пород, но главным образом в гранитах и сиенитах. В графстве Гиндерсон (штат Северная Каролина) в пегматитах были найдены кристаллы циркона длиной в несколько сантиметров, а на Мадагаскаре были обнаружены кристаллы, вес которых исчисляется килограммами.

Бадделеит был найден Юссаком в 1892 году в Бразилии, основное месторождение находится в районе Посус-ди-Калдас. Там была найдена глыба бадделеита весом около 30 т, а в водных потоках и вдоль обрыва бадделеит встречается в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, известной под названием фавас (от португ. fava - боб). Фавас обычно содержит свыше 90 % двуокиси циркония

Получение Циркония:

В промышленности исходным сырьём для производства циркония являются циркониевые концентраты с массовым содержанием диоксида циркония не менее 60–65 %, получаемые обогащением циркониевых руд.

Основные методы получения металлического циркония из концентратов - хлоридный, фторидный и щелочной процессы.

Хлоридный процесс основан на перевод циркония в летучий тетрахлорид ZrCl 4 (T сублимации 331 °C) с дальнейшей его очисткой и последующим металлотермическимвосстановлениеммагниемв циркониевую губку. Используются два варианта хлорирования концентратов: прямое хлорирование смеси циркониевых концентратов с коксом хлорируют при 900-1000 °С и хлорирование предварительно полученных спеканием концентратов с коксом смеси карбидов и карбонитридов циркония при 400-900 °С:

При фторидном методе на первой стадии циркониевый концентрат спекают с гексафторсиликатом калия при 600-700 °С:

Образовавшийся гексафторцирконат калия выщелачивают горячей водой и очищают фракционной перекристаллизацией от примеси гексафторгафната K 2 HfF 6 , после чего металлический цирконий получают электролизом расплава смеси гексафторцирконата калия и хлоридов калия и натрия.

Щелочной процесс является методом получения технически чистого диоксида циркония ZrO 2 , из которого металлический цирконий получают хлоридным или фторидным методом. В этом процессе цирконий переводится в растворимую форму спеканием концентрата с гидроксидом натрия при 600-650 °С, карбонатом натрия при 900-1100 °С либо со смесью карбоната и хлорида кальция при 1000-1300 °С, после чего образовавшиеся цирконаты натрия Na 2 ZrO 3 или кальция CaZrO 3 выщелачиваются соляной либо серной кислотами:

Водные растворы хлорида или сульфата цирконила далее очищаются и гидролизуются, осадок ZrO(OH) 2 прокаливают и получают технический диоксид циркония ZrO 2 .

Физические свойства Циркония:

Элемент может иметь гексагональную плотноупакованную и кубическую объемноцентрированную решетку. Переход од одной решетки к другой может происходить только под действием температуры.

Характеристика циркония (Zr):

1. имеет высокую прочность, пластичность, твердость и упругость;

2. обладает парамагнитными свойствами;

3. увеличивает удельную магнитную восприимчивость при нагревании;

4. позволяет проводить холодную и горячую обработку (штамповку, ковку и прокатку);

5. проявляет устойчивость к холодной обработке под давлением.

Электронное строение атома Циркония:

5.1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 2

5.2 Номер периода = 5(показывает сколько энергетических уровней в атоме Zr) Номер группы = 4 (показывает сколько электронов находится на внешних электронных оболочках. соответственно 4) принадлежит к побочной подгруппе (Б) Эффект провала электрона: на 4d(2) электрон, а на 5s(2) электрона, то что электроны идут сначала на 5s .а не на 4d объясняется меньшей энергией электрона на 5s подуровне, чем на 4d.

5.3 Как видно из электронной формулы цирконий относится к d-элементам, поскольку у него заполняется 4d-подуровень.

5.4 Степени окисления Циркония +2 и +3

Свойства соединения циркония:

Оксид циркония - ZrO 2. Оксид циркония проявляет амфотерные свойства, нерастворим в воде и водных растворах большинства кислот и щёлочей, однако растворяется в плавиковой и концентрированной серной кислотах, расплавах щелочей и стёклах.

Ортоциркониевая кислота - гидроксид циркония с формулой H 4 ZrO 4 , амфотерный гидроксид.

Сульфат циркония(IV) - соль металла циркония и серной кислоты с формулой Zr(SO 4) 2

Применение циркония:

Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов и высокую температуру плавления. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок и других конструкций ядерных реакторов.

В металлургии применяется в качестве лигатуры. Хороший раскислитель и деазотатор, по эффективности превосходит Mn, Si, Ti. Легирование сталей цирконием (до 0,8 %) повышает их механические свойства и обрабатываемость. Делает также более прочными и жаростойкими сплавы меди при незначительной потере электропроводности.

Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения - 250 °C) практически без выделения дыма и с высокой скоростью. При этом развивается самая высокая температура для металлических горючих (4650 °C). За счёт высокой температуры образующаяся двуокись циркония излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и фейерверков), производстве химических источников света, применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ - фотоавиабомбы; широко применялся в фотографии в составе одноразовых ламп-вспышек, пока не был вытеснен электронными вспышками). Для применения в этой сфере представляет интерес не только металлический цирконий, но и его сплавы с церием, дающие значительно больший световой поток. Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями (бертолетова соль) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя гремучую ртуть и азид свинца. Проводились удачные эксперименты по использованию горения циркония в качестве источника света для накачки лазера.

Цирконий обладает высокой стойкостью к воздействию биологических сред, даже более высокой, чем титан, и отличной биосовместимостью, благодаря чему применяется для создания костных, суставных и зубных протезов, а также хирургического инструмента. В стоматологии керамика на основе диоксида циркония является материалом для изготовления зубопротезных изделий. Кроме того, благодаря биоинертности этот материал служит альтернативой титану при изготовлении дентальных имплантатов.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский авиационный институт»

РЕФЕРАТ

На тему « Цирконий»

Выполнил: студент

1МТМ -1ДБ- 036

Митин Д.А.

Проверил: Преподаватель

Белая А.В.

Цирконий (или циркон) – это один из самых древних драгоценных самоцветов. Он высоко ценится и в ювелирном деле, и в нетрадиционной медицине, благодаря своим многочисленным целебным и магическим свойствам. Каким знакам зодиака подходит камень цирконий? И от каких болезней он поможет избавиться?

Общие сведения о камне

По своим свойствам цирконий очень похож на алмаз, только по более демократичной цене

По своим физическим свойствам циркон вполне может соперничать с алмазом, а по внешнему облику его можно смело ставить в один ряд со многими драгоценными и полудрагоценными камнями. Цирконий обладает эффектным металлическим блеском и огромным многообразием оттенков. Специалисты ювелирного ремесла по достоинству ценят этот натуральный минерал. При всех этих достоинствах, цена этого камня довольно доступна.

«Младший брат алмаза» – так называют его в ювелирной индустрии. Действительно, внешнее сходство этих двух минералов очевидно. В природе циркон встречается и в литосфере, и в морской воде. В промышленных масштабах этот камень добывается в нескольких странах мира: в США, Австралии, Индии, России, Бразилии и Украине.

Часто цирконий называют гиацинтом и старлитом

Откуда происходит название минерала – доподлинно неизвестно. Возможно, слово «циркон» происходит от персидского «zargun», что переводится как «золотой цвет». Кристаллы циркония также часто именуют гиацинтом или старлитом.

Цирконий – это прозрачный минерал, который может иметь широкий спектр оттенков: голубых, зеленоватых, золотистых и даже фиолетовых. Но ювелирами наиболее ценятся камни с максимально прозрачной структурой.

Уникальный минерал цирконий и его история

В Индии цирконий носит название - «камень дракона»

Древние индусы называли цирконий «камнем дракона». Они считали, что именно он управляет главными небесными светилами – Солнцем и Луной. В Индии этот минерал всегда был камнем могущества, богатства и власти.

Циркон справедливо считается старейшим из драгоценных минералов Земли. По возрасту он едва ли не ровесник нашей планеты. Учёные установили, что возраст циркона достигает 3-4 миллиардов лет! Правда, люди оценили все его достоинства не сразу.

Цирконий часто путают с другими минералами

Европейские ювелиры открыли для себя цирконий лишь в начале XVI века. Однако в те времена его очень часто путали с другими, похожими минералами. В промышленности этот камень стал использоваться лишь с 30-х годов ХХ столетия. Применение минерала существенно ограничивалось его высокой себестоимостью. Сегодня циркон, а также его различные сплавы и соединения используются в металлургии, строительстве, ядерной энергетике и медицине. В частности, из этого минерала изготавливают хирургические инструменты, костные и зубные протезы. Кроме того, применяют его и при производстве разнообразной посуды.

Есть ещё один интересный момент, который связан с историей циркония. Физическая Академия наук бывшего СССР смогла получить , который впоследствии стал искусственным заменителем бриллиантов. После этого фианит стали часто путать с цирконием.

Разновидности циркония

Цирконий существует в широкой цветовой палитре

На сегодняшний день, выделяется несколько разновидностей циркония. Главным критерием для такого разделения служит разнообразие расцветок камня. Итак, существуют следующие его виды:

старлит – прозрачный камень, получаемый посредством обжигания (может иметь голубой или синеватый оттенок);
гиацинт – прозрачный минерал красного, оранжевого или коричневатого цвета;
малакон – камень тёмно-коричневого окраса, который содержит в себе малую дозу радиации;
жаргон – минерал жёлтого, соломенного или слегка золотистого окраса;
матарский алмаз – бесцветный и прозрачный камень, добываемый из недр острова Матара (отсюда и название камня).

Физические и химические свойства циркония

С точки зрения химической науки, циркон относится к силикатам. В структуре циркония довольно часто есть примеси других элементов, в частности, меди, железа, цинка, кальция, титана и прочих. Количество примесей определяет цветовую гамму минерала, которая может быть в диапазоне от нежно-золотого до тёмно-коричневого цвета.

В минерале также довольно часто присутствует уран, попадаются экземпляры циркония с высоким радиационным фоном

Чаще всего циркон преобразуется в кристаллы призматической или пирамидальной формы. Под воздействием высоких температур минерал может менять цвет. Это свойство успешно используют ювелиры, получая экземпляры различных цветовых оттенков. Таким образом, цирконий может быть и тёмно-коричневого, и ярко бирюзового цвета. Правда, со временем цвета, полученные путём термического воздействия, тускнеют и исчезают окончательно.

Лечебные свойства циркония

Литотерапевты (термин происходит от двух слов: «лито» – камень и «терапия» – лечение) называют цирконий универсальным лечебным камнем. Его воздействие на организм человека во многом зависит от конкретного типа и окраса минерала.

Цирконий голубого цвета поможет в лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта

Так, голубой циркон благотворно воздействует на работу пищеварительной системы, а гиацинт – выводит из организма шлаки. Минералы тёмных цветов эффективно борются с простудой и недомоганиями, вызванными переохлаждениями тела. А вот камни жёлтого или красного цвета улучшают аппетит.

Если вы мечтаете о стройной фигуре, то вам следует приобрести прозрачный цирконий. Он поможет сбросить лишний вес.

Практически все виды камня, по словам специалистов литотерапии, положительно воздействуют на эндокринную систему человеческого организма и работу щитовидной железы.

Магические свойства циркония

Цирконий – камень таинственный и мистический. Его магические свойства тоже определяются цветом минерала.

Камень циркония - отличный оберег для тех, кто много путешествует

Камень гиацинт издавна считается прекрасным спутником всех путешественников. Он помогает бизнесменам и работникам умственного труда. Прозрачные камни циркония развивают интеллектуальные способности, помогают в принятии правильных решений, а также развивают дар ясновидения. Камни жёлтого цвета положительно влияют на сексуальную жизнь человека и помогают одиноким людям найти свои половинки. Похожим воздействием обладает цирконий оранжевых оттенков.

Минералы зелёного цвета притягивают деньги и прочие материальные блага к своему владельцу. Цирконы коричневых тонов – надёжные «товарищи» всех работников сельскохозяйственного сектора. Талисман из голубого циркона гармонизирует жизнь и деятельность своего хозяина.

Следует выделить, что абсолютно все цирконы способны вернуть человеку уверенность в себе и своих силах. Минерал будет действовать ещё сильнее в том случае, если он будет помещён в золотую оправу.

Магические свойства камня цирконий для знаков зодиака

Цирконий - один из лучших камней для представителей знака зодиака Водолей

Украшения, амулеты, кулоны и талисманы из камня циркония подходят многим зодиакальным знакам. И прежде всего – . Представителям этого знака камень поможет развить интуицию, способности к анализу и эстетический вкус. Водолеям можно носить украшения из различных видов циркония. Однако лучше всего им подойдут камни жёлтого, золотого или голубого цвета.

План:

1 История и происхождение названия
2 Нахождение в природе
- 2.1 Месторождения
3 Получение
4 Физико-химические свойства
5 Применение циркония и его соединений
- 5.1 Металлический цирконий и его сплавы
  - 5.1.1 Ядерная энергетика
  - 5.1.2 Легирование
  - 5.1.3 Пиротехника
  - 5.1.4 Сверхпроводник
  - 5.1.5 Конструкционный материал
  - 5.1.6 Медицина
  - 5.1.7 Быт
- 5.2 Соединения
6 Биологическая роль и физиологическое действие
7 Изотопы
8 Интересные факты

Введение

Цирко́ний (лат. Zirconium ; обозначается символом Zr ) - элемент побочной подгруппы четвёртой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 40. Простое вещество цирконий (CAS-номер: 7440-67-7) - блестящий металл серебристо-серого цвета. Обладает высокой пластичностью, устойчив к коррозии. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния, β-Zr с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температура перехода α↔β 863 °C .

1. История и происхождение названия

Цирко́ний в виде двуокиси впервые был выделен в 1789 году немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа минерала циркона.

2. Нахождение в природе

Соединения циркония широко распространены в литосфере. По разным данным кларк циркония от 170 до 250 г/т. Концентрация в морской воде 5×10 −5 мг/л . Цирконий - литофильный элемент. В природе известны его соединения исключительно с кислородом в виде окислов и силикатов. Несмотря на то, что цирконий рассеянный элемент, насчитывается около 40 минералов, в которых цирконий присутствует в виде окислов или солей. В природе распространены главным образом циркон (ZrSiO 4)(67,1 % ZrO 2), бадделеит (ZrO 2) и различные сложные минералы (эвдиалит (Na, Ca) 5 (Zr, Fe, Mn) и др.). Во всех земных месторождениях цирконию сопутствует Hf, который входит в минералы циркона благодаря изоморфному замещению атома Zr.

Бадделеит был найден Юссаком в 1892 г в Бразилии. Основное месторождение находится в районе Посус-ди-Калдас (Бразилия). Там была найдена глыба бадделеита весом около 30 т, а в водных потоках и вдоль обрыва бадделеит встречается в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, известной под названием фавас (от португальского fava - боб). Фавас обычно содержит свыше 90 % двуокиси циркония .

2.1. Месторождения

Наиболее крупные месторождения циркония расположены на территории США, Австралии, Бразилии, Индии .

В России, на долю которой приходится 10 % мировых запасов циркония (3 место в мире после Австралии и ЮАР), основными месторождениями являются: Ковдорское коренное бадделит-апатит-магнетитовое в Мурманской области, Туганское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Томской области, Центральное россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Тамбовской области, Лукояновское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Нижегородской области, Катугинское коренное циркон-пирохлор-криолитовое в Читинской области и Улуг-Танзекское коренное циркон-пирохлор-колумбитовое .

3. Получение

4. Физико-химические свойства

Цирконий - блестящий серебристо-серый металл. Существует в двух кристаллических модификациях:

α-Zr - с гексагональной решёткой типа магния (а = 3,231 Å; с = 5,146 Å; z = 2; пространственная группа P6 3 /mmc )
β-Zr - с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (a = 3,61 Å; z = 2; пространственная группа Im3m ). Переход α ↔ β происходит при 863 °C, ΔH перехода 3,89 кДж/моль. Добавки Al, Sn, Pb, Cd повышают, а Fe, Cr, Ni, Mo, Cu, Ti, Mn, Co, V и Nb понижают температуру перехода .

Плотность α-циркония при 20 °C равна 6,5107 г/см³; температура плавления T пл - 1855 °C ; температура кипения T кип - 4409 °C; удельная теплоёмкость (25-100 °C) 0,291 кДж/(кг·К) или 0,0693 кал/(г·°C), коэффициент теплопроводности (50 °C) 20,96 Вт/(м·К) или 0,050 кал/(см·сек·°C); температурный коэффициент линейного расширения (20-400 °C) 6,9×10 −6 ; удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты (20 °C) 44,1 мкОм·см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К .

Цирконий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании и при −73 °C равна 1,28×10 −6 , а при 327 °C - 1,41×10 −6 . Сечение захвата тепловых нейтронов 0,18×10 −28 м² (0,18 барн), примесь гафния увеличивает это значение, поэтому для изготовления твэлов применяется цирконий, хорошо очищенный от гафния. Чистый цирконий пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Наличие растворённых в металле малых количеств кислорода, азота, водорода и углерода (или соединений этих элементов с цирконием) вызывает хрупкость циркония. Модуль упругости (20 °C) 97 ГН/м² (9700 кгс/мм²); предел прочности при растяжении 253 МН/м² (25,3 кгс/мм²); твёрдость по Бринеллю 640-670 МН/м² (64-67 кгс/мм²); на твёрдость очень сильное влияние оказывает содержание кислорода: при концентрации более 0,2 % цирконий не поддаётся холодной обработке давлением.

Внешняя электронная конфигурация атома циркония 4d 2 5s 2 . Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом.

Компактный цирконий медленно начинает окисляться в пределах 200-400 °C, покрываясь плёнкой циркония двуокиси ZrO 2 ; выше 800 °C энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен - может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °C, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и ZrH 2 ; при 1200-1300 °C в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом цирконий образует при 700-800 °C нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °C с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид циркония - твёрдые тугоплавкие соединения; карбид циркония - полупродукт для получения хлорида ZrCl 4 . Цирконий вступает в реакцию со фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °C, образуя высшие галогениды ZrHal 4 (где Hal - галоген).

Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °C, при более высоких температурах (начиная с примерно 700 °C) начинается экзотермическая пароциркониевая реакция

Zr + 2H 2 O = ZrO 2 + 2H 2 ,

которая имеет важное значение при развитии аварий в ядерных реакторах с водным теплоносителем и/или замедлителем.

Не реагирует с соляной и серной (до 50 %) кислотами, а также с растворами щелочей (цирконий - единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой он взаимодействует при температуре выше 100 °C. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50 %) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов циркония осаждается кристаллогидрат Zr(SO 4) 2 ·4H 2 O; из разбавленных растворов - основные сульфаты общей формулы x ZrO 2 ·y SO 3 ·z H 2 O (где х : y > 1). Сульфаты циркония при 800-900 °C полностью разлагаются с образованием двуокиси циркония. Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr(NO 3) 4 ·5H 2 O или ZrO(NO 3) 2 ·x H 2 O (где x = 2-6), из солянокислых растворов - ZrOCl 2 ·8H 2 O, который обезвоживается при 180-200 °C.

5. Применение циркония и его соединений

В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов XX века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено. Единственным предприятием, специализирующемся на производстве циркония в России (и на территории бывшего СССР), является Чепецкий механический завод (Глазов, Удмуртия).

5.1. Металлический цирконий и его сплавы

5.1.1. Ядерная энергетика

5.1.2. Легирование

5.1.3. Пиротехника

Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения - 250 °C) практически без выделения дыма и с высокой скоростью. При этом развивается самая высокая температура для металлических горючих (4650 °C). За счет высокой температуры образующаяся двуокись циркония излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и фейерверков), производстве химических источников света, применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ - фотоавиабомбы). Для применения в этой сфере представляет интерес не только металлический цирконий, но и его сплавы с церием, дающие значительно больший световой поток. Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями (бертолетова соль) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя гремучую ртуть и азид свинца.

5.1.4. Сверхпроводник

Сверхпроводящий сплав 75 % Nb и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 K) выдерживает нагрузку до 100 000 А/см².

5.1.5. Конструкционный материал

В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких химических реакторов, арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов. В атомной энергетике цирконий является основным материалом оболочек твэлов.

5.1.6. Медицина

5.1.7. Быт

Цирконий применяется для изготовления разнообразной посуды, обладающей отличными гигиеническими свойствами благодаря высокой химической стойкости.

5.2. Соединения

Диоксид циркония (т. пл. 2700 °C). Область применения - производство огнеупоров-бакоров (бакор - бадделеит-корундовая керамика). Применяется в качестве заменителя шамота, так как в 3-4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяются в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в керметах - керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C. Двуокись - глушитель эмалей, придает им белый и непрозрачный цвет. На основе кубической модификации двуокиси циркония, стабилизированной скандием, иттрием, редкими землями, получают материал - фианит (от ФИАНа где он был впервые получен), фианит применяется в качестве оптического материала с большим коэффициентом преломления (линзы плоские), в медицине (хирургический инструмент), в качестве синтетического ювелирного камня (дисперсия, показатель преломления и игра цвета больше, чем у бриллианта), при получении синтетических волокон и в производстве некоторых видов проволоки (волочение). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов, устойчивых на воздухе при очень высокой температуре. Нагретый цирконий способен проводить ионы кислорода как твердый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода.

Диборид циркония ZrB 2 - кермет. В различных смесях с нитридом тантала и карбидом кремния является материалом для производства резцов.

Карбид циркония (температура плавления 3530 °C) Бериллид циркония

Гидрид циркония применяется в атомной технике как весьма эффективный замедлитель нейтронов. Также гидрид циркония служит для покрытия цирконием в виде тонких плёнок с помощью термического разложения его на различных поверхностях.

Нитрид циркония материал для керамических покрытий, температура плавления около 2990 °C , гидролизуется в царской водке. Нашёл применение в качестве покрытий в стоматологии и ювелирном деле.

6. Биологическая роль и физиологическое действие

Цирконий не играет биологической роли в организме. Жителям России памятны пресловутые циркониевые браслеты, рекламируемые В.Кикабидзе, якобы снижающие артериальное давление, но не оказывающие реального терапевтического действия .

О воздействии соединений циркония на организм ничего не известно. Пыль циркония представляет собой вещество с большой пожаро- и взрывоопасностью, поскольку может самовоспламениться на воздухе.

7. Изотопы

В природной смеси содержится пять изотопов циркония (90 Zr, 91 Zr, 92 Zr, 94 Zr и 96 Zr), причём 96 Zr слабо радиоактивен (двойной бета-распад с периодом полураспада 2,4×10 19 лет).

8. Интересные факты

Примечания

1 2 3 4 Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. - Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. - Т. 5. - С. 384.
J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
«Химия циркония», У. Б. Блюменталь, Москва, 1963.
Производство ферросплавов:: Книги по металлургии - www.markmet.ru/kniga-po-metallurgii/proizvodstvo-ferrosplavov
Цирконий. Информационно-аналитический центр «Минерал» - www.mineral.ru/Facts/russia/131/302/index.html, Цирконий .
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike .

В 1789 г. член Берлинской академии наук Мартин Генрих Клапрот опубликовал результаты анализа драгоценного камня, привезенного с берегов Цейлона. В ходе этого анализа было выделено вещество, которое Клапрот назвал цирконовой землей.

Происхождение этого названия объясняют по-разному. Одни находят его истоки в арабском слове «зар-кун», что значит минерал, другие считают, что слово «цирконий» произошло от двух персидских слов «цар» - и «гун» - цвет (из-за золотистой окраски драгоценной разновидности циркона - гиацинта).

Получение циркония

Выделенное Клапротом вещество не было новым элементом, но было окислом нового элемента, который впоследствии занял з таблице Д. И. Менделеева сороковую клетку. Пользуясь современными символами, формулу , полученного Клапротом, записывают так: ZrO2.

Через 35 лет после опытов Клапрота известнейшему шведскому химику Йенсу Якобу Берцелиусу удалось получить металлический . Берцелиус восстановил фторцирконат калия металлическим натрием:

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 4NaF

и получил серебристо-серый металл.

Образовавшийся в результате этой реакции, был хрупким из-за значительного содержания примесей. Металл не поддавался обработке и не смог найти практического применения. Но можно было предположить, что очищенный , подобно многим другим металлам, окажется достаточно пластичным.

В XIX и начале XX в. многие ученые пытались получись чистый цирконий, но все попытки долгое время заканчивались неудачей. Не помог испытанный алюмотер-мический метод, не привели к цели опыты, авторы которых стремились получить металлический цирконий из растворов его солей. Последнее объясняется в первую очередь высоким химическим сродством циркония к кислороду.

Для того чтобы можно было получить какой-либо металл электролизом из раствора его соли, этот металл должен образовывать одноатомные ионы. А цирконий таких ионов не образует. Сульфат циркония Zr (SО4)2, например, существует только в концентрированной серной кислоте, а при разбавлении начинаются реакции гидролиза и комплексообразования. В конечном счете получается

Zr(SО4)2 + Н2О → (ZrO)SО4 + H2SО4.

В водном растворе гидролизуется и хлористый цирконий

ZrCl4 + Н2О → ZrOCl2 + 2НСl

Некоторые исследователи считали, что им удалось-таки получить цирконий электролизом растворов, но они были введены в заблуждение видом продуктов, осевших на электродах. В одних случаях это были действительно , но не цирконий, а или , примеси которых содержались в циркониевом сырье; в других - внешне похожая на металл гидроокись циркония.

Лишь в 20-х годах нашего столетия (через 100 лет после того, как Берцелиус получил первые образцы циркония!) был разработан первый промышленный способ получения этого металла.

Это метод «наращивания», разработанный голландскими учеными ван Аркелем и де Буром. Суть его заключается в том, что летучее соединение (в данном случае тетрайодид циркония ZrI4) подвергается термическому распаду в вакууме и на раскаленной нити вольфрама откладывается чистый металл.

Этим способом был получен металлический цирконий, поддающийся обработке - ковке, вальцовке, прокатке - примерно так же легко, как .

Позже металлурги обнаружили, что пластические свойства циркония зависят главным образом от содержания в нем кислорода. Если в расплавленный цирконий проникнет свыше 0,7% кислорода, металл будет хрупким из-за образования твердых растворов кислорода в цирконии, свойства которых сильно отличаются от свойств чистого металла.

Метод получение циркония наращивания получил сначала некоторое распространение, но высокая стоимость циркония, полученного этим методом, сильно ограничивала области его применения. А свойства циркония оказались интересными.

Назрела необходимость в разработке нового, более дешевого способа получения циркония. Таким методом стал усовершенствованный метод Кролля.

Метод Кролля позволяет получать цирконий при вдвое меньших затратах, чем по методу наращивания. Схема этого производства предусматривает две основные стадии: двуокись циркония хлорируется, а полученный четыреххлористый цирконий восстанавливается металлическим магнием под слоем расплавленного металла. Конечный продукт - циркониевая губка переплавляется в прутки и в таком виде направляется потребителю.

Циркон считается единственным натуральным камнем, который может посоперничать с алмазом. Это объясняется его основными свойствами, а именно, благородным блеском и большим выбором оттенков. На персидском языке циркон значит «золотой цвет». Стоит отметить, что существует несколько наименований разновидностей такого камня: жаргон и старлит, гиацинт и иакинф.

История

Циркон считается наиболее древним минералом. Доказательство этого факта – австралийская разновидность возрастом примерно в 4,5 млрд лет .

Несмотря на множество уникальных свойств, большой выбор оттенков и особый блеск, циркон все-таки не был оценен по достоинству в давние времена. Его часто путали с топазом, цитрином, турмалином и другими самоцветами. Более того, в течение долгого времени циркон выдавали за настоящий алмаз, называя его матарской либо цейлонской разновидностью.

В 15–16 столетии циркон наконец-то был признан в Европе. Стоит отметить, что в то время желтые камни звали жаргонами, красновато-коричневые – гиацинтами, нежно-голубые – старлитами. Подобные названия не пришлись по вкусу зажиточным вельможам, поэтому камень не пользовался популярностью.

Судьба минерала значительно осложнилась после создания фианита , то есть циркония, советскими учеными. Речь идет о синтетическом заменителе бриллианта, который в английском языке известен как zirconia . На самом деле цирконий и циркон несопоставимы, но, несмотря на этот факт, началась путаница.

Сегодня основные месторождения циркона расположены на территории Австралии, Шри-Ланки, Бразилии, Вьетнама и Таиланда. Также самоцвет добывают в России, Норвегии, Танзании и Корее.

Разновидности

Физические характеристики

Циркон представляет собой подгруппу силикатов . В его составе нередко представлен гафний, который замещает цирконий кристаллической решетки. Также встречается железо, кальций, цинк и титан. В зависимости от процентного соотношения подобных примесей цвет камня варьируется от соломенно-желтого до насыщенного коричневого.

В природе можно встретить радиоактивные цирконы с добавками тория, а также урана. В большинстве случаев такой самоцвет формируется в виде призматических либо двойных пирамидальных кристаллов с характерным алмазным отблеском.

Главное отличие такого минерала – это отличная дисперсия, а также эффект двойного преломления. При нагревании камень меняет свой оттенок. Соответственно, термическая обработка позволяет получить синий и даже ярко-бирюзовый цвет, однако со временем он потускнеет, а потом совсем исчезнет.

Хотя твердость циркона составляет около 7 единиц по шкале Мооса, камень считается довольно хрупким .

Лечебные свойства

относится к универсальным целебным камням . Естественно, такие свойства отличаются в зависимости от конкретной разновидности:

Некоторые народные целители уверяют, что любые цирконы благотворно влияют на функционирование щитовидной железы и эндокринной системы.

Магические свойства

Гиацинт признан лучшим амулетом для ученых мужей и путешественников. Также существует мнение, что такой камень способен предохранить девушку от беременности.
Желтый камень увеличивает сексуальную притягательность и обеспечивает успех в любви. Минерал помогает избавиться от депрессии.
Прозрачный самоцвет способствует принятию правильного решения. Также камень раскрывает интеллектуальные способности и активизирует ясновидение.
Оранжевый самоцвет дарит человеку привлекательность. Чтобы увеличить силу такого минерала, его необходимо оправить в золото.
Камни зеленого цвета помогают привлечь деньги, а затем распорядиться ими по уму.
Голубой самоцвет обеспечивает гармонию в жизни.
Коричневая разновидность – отличный талисман для фермеров и земледельцев.

Применение

Циркон, в отличие от циркония, незаменим в различных сферах .

Ювелирное дело. Из такого самоцвета создаются изысканные вставки для украшений из серебра и золота. При этом в процессе обработки задействуется бриллиантовая огранка.
Химическая промышленность. Циркон выступает сырьем при извлечении урана, циркония и некоторых других элементов.
Строительство. Благодаря соответствующей обработке с помощью циркона можно сделать качественный изоляционный материал.
Минералогия. Циркон незаменим в процессе проведения датирования, направленного на определение возраста различных минералов.

Уход

Как было ранее упомянуто, циркон в отличие от циркония считается очень хрупким, поэтому необходимо обеспечить ему правильный уход:

украшения должны иметь прочную оправу, которая защитит минерал;
не стоит хранить изделия в шкатулке с другими драгоценностями;
камень боится механического воздействия и химических веществ, включая бытовую химию;
для чистки циркона подойдет мягкая шерстяная ткань или кусочек фланели, также допускается использование мыльного раствора.

Циркон, в отличие от циркония, считается универсальным камнем, поэтому он часто используется при создании украшений . Спокойные золотистые и красновато-коричневые оттенки замечательно сочетаются с повседневной одеждой. Если же оправить крупные самоцветы дорогим металлом, они станут отличным аксессуаром для вечернего наряда.