지르코늄

지르코늄

지르코늄
발음	/zcckoni/ (zur-KOH-ne-µm)
외모	은백색
표준 원자량Ar°(Zr)	91.224±0.002 91.224±0.002(요약)[1]
주기율표의 지르코늄
수소 헬륨 리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 불소 네온 나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤 칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤 루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오브 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루루 요오드 제논 세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마리움 유로피움 가돌리늄 터비움 디스프로슘 홀뮴 엘비움 툴륨 이터비움 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈 프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 퀴륨 베르켈륨 칼리포늄 아인스타이늄 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 러더포디움 두브늄 시보르기움 보리움 하시움 마이트네리움 다름슈타디움 뢴트제늄 코페르니슘 니혼리움 플레로비움 모스코비움 리버모리움 테네신 오가네손 티 ↑ Zr ↓ HF 이트륨 ← 지르코늄 → 니오브
원자 번호 (Z)	40
그룹.	그룹 4
기간	기간 5
블록	d블록
전자 구성	[Kr] 4d2 5s2
셸당 전자 수	2, 8, 18, 10, 2
물리 속성
단계 STP에서	단단한
녹는점	2125K(1852°C, 3365°F)
비등점	4650 K (4377 °C, 7911 °F)
밀도 (근처)	6.52g/cm3
액상일 때(로)	5.8 g/cm3
융해열	14 kJ/mol
기화열	591 kJ/mol
몰 열용량	25.36 J/(mol·K)
증기압 P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k (K)에서 2639 2891 3197 3575 4053 4678
원자 특성
산화 상태	- 2, 0, +1,[2] +2, +3, +4(양성 산화물)
전기 음성도	폴링 스케일: 1.33
이온화 에너지	첫 번째: 640.1 kJ/mol 두 번째: 1270 kJ/mol 세 번째: 2218 kJ/mol
원자 반지름	경험적: 160 pm
공유 반지름	175±7pm
지르코늄 스펙트럼선
기타 속성
자연발생	원시적인
결정 구조	육각형 밀착형(hcp)
음속 얇은 막대기	3800 m/s (20 °C에서)
열팽창	5.7 µm/(mkK) (25 °C에서)
열전도율	22.6 W/(mµK)
전기 저항률	421 NΩm (20 °C에서)
자기 순서	상사성[3]
영률	88 GPa
전단 계수	33 GPa
벌크 계수	91.1 GPa
포아송비	0.34
모스 경도	5.0
비커스 경도	820 ~ 1800 MPa
브리넬 경도	638 ~ 1880 MPa
CAS 번호	7440-67-7
역사
명명	지르콘 뒤에, 자르군(zargun)은 "금빛"을 뜻한다.
검출	마르틴 하인리히 클라프로트(1789)
첫 번째 분리	옌스 야콥 베르젤리우스(1824)
지르코늄의 주요 동위원소
이소토페 아부노댄스 반감기 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트 88Zr 동기 83.4 d ε 88Y. γ – 89Zr 동기 78.4 시간 ε 89Y. β+ 89Y. γ – 90Zr 51.45% 안정적인. 91Zr 11.22% 안정적인. 92Zr 17.15% 안정적인. 93Zr 추적하다 1.53×106 y β− 93Nb 94Zr 17.38% 안정적인. 96Zr 2.80% 2.0×10년19[4] β−− 96모
카테고리 : 지르코늄 보다 말해라. 레퍼런스

지르코늄은 화학 원소로 기호는 Zr, 원자 번호는 40이다.지르코늄이라는 이름은 미네랄 지르콘의 이름에서 따왔다.이 단어는 지르코늄의 ^[5]가장 중요한 공급원인 페르시아 자르군과 관련이 있다.광택이 나는 회색-흰색의 강한 전이 금속으로 하프늄과 비슷하며, 티타늄과 비슷합니다.지르코늄은 내식성이 강하기 때문에 합금제로 소량 사용되지만 내식성이 강하다.지르코늄은 이산화 지르코늄과 중염화 지르코노세와 같은 다양한 무기 및 유기 금속 화합물을 형성합니다.5개의 동위원소가 자연적으로 발생하며, 그 중 4개는 안정적이다.지르코늄 화합물은 알려진 생물학적 역할이 없다.

특성.

지르코늄은 광택이 나는 회백색 연성 가단성 금속으로 실온에서는 단단하고 순도가 ^[6]낮지만 단단합니다.분말 형태에서 지르코늄은 가연성이 매우 높지만 고체 형태는 발화 가능성이 훨씬 낮습니다.지르코늄은 알칼리, 산, 소금물 및 기타 ^[7]물질에 의한 부식에 매우 강하다.하지만, 그것은 염산과 황산에 녹을 것이며, 특히 불소가 ^[8]존재할 때는 녹을 것이다.아연을 함유한 합금은 ^[7]35K 미만의 자성을 띤다.

지르코늄의 녹는점은 1855°C(3371°F)이고 끓는점은 4409°C(7968°F)^[7]입니다.지르코늄은 폴링 눈금에서 1.33의 전기음성도를 가지고 있다.전기음성도가 알려진 d-블록 내 원소 중 지르코늄은 하프늄, 이트륨, 랜턴, 악티늄에 ^[9]이어 다섯 번째로 낮은 전기음성도를 가진다.

실온에서 지르코늄은 863℃에서 체심입방정결정구조인 β-Zr로 변화하는 육각형 밀착결정구조α-Zr을 나타낸다.지르코늄은 녹는점까지 ^[10]β상으로 존재한다.

동위원소

자연적으로 발생하는 지르코늄은 5개의 동위원소로 구성되어 있다.⁹⁰Zr, Zr, Zr 및 Zr은 안정적이지만 Zr은 1.10×10년¹⁷ 이상의 반감기로 이중 베타 붕괴(실험적으로 관찰되지 않음)를 겪을 것으로 예측된다.⁹⁶Zr의 반감기는 2.4×10년이며¹⁹ 지르코늄 중 가장 수명이 긴 방사성 동위원소이다.이러한 천연 동위원소 중 Zr이 가장 흔하며, 지르코늄의 51.45%를 차지한다.⁹⁶Zr은 지르코늄의 ^[11]2.80%만 함유되어 있어 가장 흔하지 않다.

지르코늄의 인공 동위원소 28개가 합성되었으며, 원자 질량은 78에서 110까지 다양하다.⁹³Zr은 1.53×10년의⁶ 반감기로 가장 장수하는 인공 동위원소이다.지르코늄의 가장 무거운 동위원소인 ¹¹⁰Zr은 30밀리초의 반감기로 가장 방사능이 많다.질량수 93 이상의 방사성 동위원소는 전자방출에 의해 붕괴되는 반면 89 이하의 동위원소는 양전자방출에 의해 붕괴된다.유일한 예외는 전자 ^[11]포획에 의해 소멸되는 Zr입니다.

지르코늄의 5가지 동위원소는 또한 준안정 이성질체로 존재한다: Zr, Zr, Zr, Zr, Zr.이 중 Zr의 반감기는 131나노초로 가장 짧다.^89mZr은 4.161분의 ^[11]반감기로 가장 오래 살았다.

발생.

지르코늄은 지각 내 약 130mg/kg, 바닷물 내 ^[12]약 0.026μg/L의 농도를 가지고 있다.천연 금속으로 자연에서 발견되지 않으며, 이는 물에 대한 고유의 불안정성을 반영합니다.지르코늄의 주요 상업적 공급원은 규산염 ^[6]광물인 지르콘(ZrSiO₄)으로, 주로 호주, 브라질, 인도, 러시아, 남아프리카, 미국에서 발견되며,^[13] 전 세계 더 작은 매장량에서도 발견된다.2013년 현재 지르콘 채굴의 3분의 2가 호주와 남아프리카공화국에서 ^[14]발생하고 있다.지르코늄 자원은 전 세계적으로 6000만^[15] 톤을 넘고 있으며 연간 전 세계 지르코늄 생산량은 약 90만 ^[12]톤이다.지르코늄은 또한 상업적으로 유용한 광석인 바델리이트와 ^[16]유디알리테를 포함한 140개 이상의 다른 광물에서도 발생합니다.

지르코늄은 S형 별에 비교적 풍부하며 태양과 운석에서도 검출되고 있다.여러 아폴로 임무에서 달로 돌아온 달 암석 샘플은 지상 암석에 비해 산화 ^[7]지르코늄 함량이 높다.

EPR 분광법은 지르코늄의 비정상적인 3+ 원자가 상태를 조사하는 데 사용되어 왔다.당초 ScPO의₄ Fe 도프 단결정에서 기생 신호로 관찰된 Zr의³⁺ EPR 스펙트럼은 동위원소 농축(94.6%)⁹¹Zr로 도프된 ScPO의₄ 단결정으로 최종 식별되었다.천연 풍부하고 동위원소적으로 농축된 Zr을 도핑한 LuPO와₄ YPO의₄ 단결정도 배양되어 ^[17]조사되었다.

생산.

발생.

지르코늄은 주석 ^[18]채굴뿐만 아니라 일메나이트와 루틸의 채굴과 가공의 부산물이다.2003년부터 2007년까지 광물 지르콘의 가격은 톤당 360달러에서 840달러로 꾸준히 상승한 반면, 가공되지 않은 지르코늄 금속의 가격은 톤당 39,900달러에서 22,700달러로 떨어졌다.지르코늄 금속은 환원 과정이 비용이 ^[15]많이 들기 때문에 지르코늄 금속보다 훨씬 더 비싸다.

연안 해역에서 채취된 지르콘 함유 모래는 나선형 농축기에 의해 정제되어 가벼운 물질을 분리한 후 해변 모래의 천연 성분이기 때문에 물로 돌아갑니다.자기 분리를 이용하여 티타늄 광석 일메나이트와 루틸을 제거한다.

대부분의 지르콘은 상업적인 용도로 직접 사용되지만, 소량의 지르콘은 금속으로 변환됩니다.대부분의 Zr 금속은 지르코늄의 환원에 의해 생산된다.IV) 크롤 ^[7]공정에서 마그네슘 금속이 포함된 염화물.결과 금속은 금속 ^[13]가공에 충분한 연성이 있을 때까지 소결됩니다.

지르코늄과 하프늄의 분리

상업용 지르코늄 금속은 일반적으로 1-3%^[19]의 하프늄을 함유하고 있으며, 하프늄과 지르코늄의 화학적 특성은 매우 유사하기 때문에 일반적으로 문제가 되지 않습니다.그러나 중성자 흡수 특성이 크게 달라 원자로용 ^[20]지르코늄에서 하프늄을 분리해야 한다.몇 가지 분리 방식이 ^[19]사용되고 있습니다.티오시안산염-옥시드 유도체의 액체-액체 추출은 하프늄 유도체가 물보다 메틸 이소부틸 케톤에 약간 더 잘 녹는다는 사실을 이용한다.이 방법은 주로 미국에서 사용됩니다.인도에서는 TBP-질산염 용매 추출 과정이 분리에 사용된다.

Zr과 Hf는 또한 유사한 하프늄 유도체보다 물에 덜 용해되는 헥사플루오로지르콘산칼륨(KZrF₂₆)의 부분 결정화에 의해 분리될 수 있다.

추출 증류라고도 불리는 사염화물의 부분 증류는 주로 유럽에서 사용됩니다.

4중 VAM(진공 아크 용해) 공정의 산물은 고온 압출 및 다른 롤링 애플리케이션과 결합하여 고압, 고온 가스 자동 멸균을 사용하여 경화됩니다.이것은 원자로급 지르코늄을 생산하는데, 이것은 하프늄에 오염된 상업용 지르코늄보다 약 10배 더 비싸다.

하프늄은 지르코늄보다 중성자 흡수 단면이 600배 크기 때문에 핵 적용을 위해 지르코늄에서 ^[21]하프늄을 제거해야 한다.분리된 하프늄은 원자로 ^[22]제어봉에 사용될 수 있다.

컴파운드

다른 전이 금속과 마찬가지로 지르코늄은 광범위한 무기 화합물 및 배위 ^[23]복합체를 형성합니다.일반적으로 이들 화합물은 지르코늄의 산화 상태가 +4인 무색 반자성 고체이다.알려진 Zr(II) 화합물은 훨씬 적으며 Zr(II)은 매우 드물다.

산화물, 질화물 및 탄화물

가장 흔한 산화물은 지르코니아라고도 알려진 이산화 지르코늄, ZrO입니다₂.이 투명에서 흰색으로 칠해진 고체는 특히 입방체 ^[24]형태에서 뛰어난 파괴 인성(세라믹의 경우)과 내화학성을 가지고 있습니다.이러한 특성으로 인해 지르코니아는 보온 ^[24]코팅으로 ^[25]유용하게 쓰이지만 다이아몬드 대체품이기도 합니다.일산화 지르코늄(ZrO)도 알려져 있으며, S형 별들은 ^[26]방출선을 감지함으로써 식별된다.

텅스텐산 지르코늄은 열을 받으면 모든 차원에서 수축하는 특이한 특성을 가지고 있는 반면, 대부분의 다른 물질은 ^[7]열을 받으면 팽창합니다.염화 지르코닐은 비교적 복잡한 식 [Zr₄(OH)(₁₂HO₂)]₁₆Cl의₈ 희귀 수용성 지르코늄 착화체이다.

탄화 지르코늄과 질화 지르코늄은 내화 고형물이다.탄화물은 드릴 공구와 절삭 모서리에 사용됩니다.수소화 지르코늄 단계도 알려져 있다.

납 지르코네이트 티탄산염(PZT)은 초음파 변환기, 하이드로폰, 커먼 레일 인젝터, 압전 변압기 및 마이크로 액튜에이터와 같은 용도로 가장 일반적으로 사용되는 압전 재료입니다.

할로겐화물 및 의사할라이드

일반적인 할로겐화물인 ZrF₄, ZrCl₄, ZrBr₄ 및 ZrI는₄ 모두 알려져 있습니다.모두 고분자 구조를 가지고 있으며, 대응하는 단량체 테트라할라이드 티타늄보다 휘발성이 훨씬 낮다.모든 것이 가수분해되어 소위 옥시할라이드와 다이옥시드를 생성하는 경향이 있다.

대응하는 테트라알콕시드도 알려져 있다.할로겐화물과 달리 알콕시드는 비극성 용매에 용해됩니다.금속마감공업에서 식각제로서 헥사플루오로지르콘산수소(헥사플루오로지르콘산수소)를 사용하여 도료 ^[27]접착을 촉진한다.

유기 유도체

유기 지르코늄 화학은 폴리프로필렌 생산에 사용되는 지글러-나타 촉매의 핵심이다.이 응용은 탄소에 가역적으로 결합을 형성하는 지르코늄의 능력을 이용한다.1952년 버밍엄과 윌킨슨이 보고한 지르코노세 지르코늄((₂CH₂)ZrBr)은₅₅ 최초의 유기 ^[28]지르코늄 화합물이었다.1970년 P. C. Wailes와 H.에 의해 제조된 Schwartz의 시약.Weigold는 ^[29]알켄과 ^[30]알킨의 변형을 위해 유기 합성에 사용되는 금속세이다.

Zr(II)의 대부분의 복합체는 지르코노세의 유도체이며, 한 가지 예는 (CMe₅₅)₂Zr(CO)₂이다.

역사

지르코늄을 함유한 광물 지르콘과 관련된 광물들(자궁, 히아신스, 재신스, 리구르)은 성경에서 ^[7][20]언급되었다.이 광물은 1789년 ^[31]클라프로스가 실론 섬(현 스리랑카)의 독을 분석하기 전까지 새로운 원소를 포함하고 있는 것으로 알려져 있지 않았다.그는 새로운 원소를 지르코네르데(지르코니아)^[7]라고 이름 지었다.험프리 데이비는 1808년 전기 분해를 통해 이 새로운 원소를 분리하려고 시도했지만 실패했다.^[6]지르코늄 금속은 1824년 베르젤리우스에 의해 칼륨과 플루오르화 지르코늄의 혼합물을 ^[7]철관에 가열하여 불순물로 처음 얻어졌다.

1925년 안톤 에두아르 반 아르켈과 얀 헨드릭 드 보어가 발견한 크리스탈 바 공정(요오드화 공정이라고도 함)은 금속 지르코늄의 상업적 생산을 위한 최초의 산업 공정이었다.이는 사염화 지르코늄의 생성과 그에 따른 열분해를 수반하며, 1945년 윌리엄 저스틴 크롤이 개발한 훨씬 저렴한 크롤 공정으로 대체되었습니다. 이 공정에서는 사염화 지르코늄이 ^[13][32]마그네슘에 의해 환원됩니다.

$({displaystyle {ZrCl4 + 2Mg -> Zr + 2MgCl2}})$ Zr + 2MgCl2}}}">

적용들

1995년에 지르코늄 광석 약 90,000톤이 채굴되었는데, 대부분 ^[19]지르코늄 광석이었다.

컴파운드

대부분의 지르콘은 고온 어플리케이션에서 직접 사용됩니다.지르콘은 내화성이 있고 단단하며 화학적인 공격에 강하기 때문에 많은 용도를 찾을 수 있습니다.주로 세라믹 재료에 흰색의 불투명한 외관을 부여하는 불투명제로서 사용됩니다.지르콘은 내화학성 때문에 용융 금속용 몰드와 같은 공격적인 환경에서도 사용됩니다.

지르코늄 탄소(ZrO2)실험실 crucibles, 야금의 용광로는 내화 재료로 사용된다.[7]왜냐하면 기계적으로 강하고 유연한, 세라믹 칼과 다른 날개로 소결 수 있다.[33]지르콘(ZrSiO4)과 체적 지르코니아(ZrO2)보석에 사용하기 위해 원석에 잘려집니다.

연삭 바퀴와 사포 같은 연마재에 Zirconium 탄소이다.[31일]

메탈

그 지르콘의 소량 다양한 틈새 응용 프로그램 찾은 금속,로 변환됩니다.부식에 지르코늄의 우수한 저항 때문에, 그것은 종종는 외과 수술 기구, 가벼운 필라멘트 같은 공격적인 환경에서,과 사례를 본다 노출된 재료에 있는 합금제로 사용된다.산소와 지르코늄의 높은 온도에서 높은 반응도 폭발적인 프라이머와 같은 몇몇 특성화된 애플리케이션과 진공 관에 getters로 이용된다.그 같은 속성은 BLU-97/B 복합 효과 폭탄 같은 폭발적인 무기에 자연 발화성 물질로 Zr 나노 입자 등의 목적(아마도) 있다.불타는 지르코늄 광원으로 일부 사진 flashbulbs에 사용되었다.그물 크기로 10명에서 80명까지 지르코늄 가루 때때로 불꽃의 구성에 스파크를 발생시키는 데 사용됩니다.지르코늄의 높은 반응도 밝은 흰색의 불꽃으로 이어진다.[34]

핵 응용 프로그램

원자로 연료에 대한 Cladding zircaloys의 형태 주로 지르코늄 supply,[19]의 약 1%를 소비한다.정상 사용 조건에서 이 합금의 원하는 속성이 낮은 neutron-capture 단면적과 부식에 대한 저항..[13][7]는 하프늄 불순물 제거의 효율적인 방법 이 목적을 달성하기 위해 개발되었다.

물과 지르코늄 합금의 한가지 불리한 점은 반응도, 수소를 얻어내는 핵 연료봉 피복재의 기능 저하에 주요:.

$(\displaystyle {Zr + 2H2O -> ZrO2 + 2H2})$ ZrO2 + 2H2}}}">

가수 분해는 100°C 이하에서는 매우 느리지만 900°C 이상에서는 빠르다.대부분의 금속은 비슷한 반응을 일으킨다.산화환원 반응은 ^[35]고온에서 연료 어셈블리의 불안정성과 관련이 있습니다.이 반응은 2011년 3월 11일 지진과 쓰나미 재해로 원자로 냉각이 중단된 후 후쿠시마 I 원전 1, 2, 3호기에서 발생했으며 후쿠시마 I 원전 사고로 이어졌다.이들 3개의 원자로의 유지관리 홀에서 수소를 배출한 후, 수소와 대기 산소의 혼합물이 폭발하여 시설과 최소한 한 개의 격납 건물들이 심각하게 손상되었다.

지르코늄은 TRIGA 원자로에 사용되는 수소화 우라늄 지르코늄(UZRH) 핵연료의 성분이다.

우주 및 항공 산업

지르코늄 금속과 ZrO로₂ 만들어진 재료는 열에 대한 내성이 ^[20]필요한 우주 차량에 사용됩니다.

제트 엔진과 정지 가스 터빈의 연소기, 블레이드 및 베인과 같은 고온 부품은 대개 지르코니아와 이트리아의 ^[36]혼합물로 구성된 얇은 세라믹 층에 의해 점점 더 보호되고 있습니다.

의료 용도

지르코늄 함유 화합물은 치과 임플란트 및 크라운, 무릎 및 고관절 치환, 중이골 체인 재구성 및 기타 회복 및 보철 ^[37]장치를 포함한 많은 생물의학 응용 분야에 사용됩니다.

지르코늄은 만성 신장질환 환자에게 ^[37]널리 이용되어 온 요소들을 결합시킨다.예를 들어 지르코늄은 1973년에 처음 도입된 REDY 시스템으로 알려진 흡수제 기둥 의존 투석액 재생 및 재순환 시스템의 주요 구성 요소입니다.REDY 시스템의 ^[38]흡착제 컬럼을 사용하여 2,000,000건 이상의 투석 치료가 수행되었습니다.REDY 시스템은 1990년대에 저렴한 대안으로 대체되었지만, 새로운 흡수제 기반 투석 시스템은 미국 식품의약국(FDA)에 의해 평가 및 승인되고 있다.Reinal Solutions는 휴대용 저수 투석 시스템인 DIALISORB 기술을 개발했습니다.또한 웨어러블 인공 신장의 개발 버전에는 흡착제 기반 기술이 ^{[citation needed]}적용되었습니다.

지르코늄 시클로실리케이트 나트륨은 고칼륨혈증 치료에 구강으로 사용된다.이는 ^[39]소화관 전체에 걸쳐 다른 이온보다 우선하여 칼륨 이온을 가두도록 설계된 선택적 흡수제입니다.

알루미늄 지르코늄 테트라클로로히드렉스 글리 또는 AZG라 불리는 수산화물, 염화물 및 글리신과의 단량체 및 고분자 Zr⁴⁺ 및 Al³⁺ 복합체의 혼합물은 많은 탈취제 제품에서 해열제로 사용된다.피부의 모공을 차단하고 땀이 몸에서 빠져나가는 것을 방지하는 기능으로 선정되었습니다.

사용되지 않는 응용 프로그램

탄산 지르코늄(3ZrO₂·CO₂)HO)는₂ 옻나무 치료를 위해 로션에 사용되었으나 때때로 피부 ^[6]반응을 일으켜 사용이 중단되었다.

안전.

지르코늄

위험 요소
NFPA 704(파이어 다이아몬드)