Cirkonijs (zirkonium)
1.1 Titāna apakšgrupa. Titāna apakšgrupā ietilpst ceturtās grupas blakus apakšgrupas elementi – titāns, cirkonijs, hafnijs un mākslīgi iegūtais kurčatvojs. Šiem elementiem metālu īpašības ir izteiktas spēcīgāk nekā IV grupas galvenās apakšgrupas elementiem – alvai un svinam. Titāna apakšgrupas elementu atomiem ārējā elektronu čaulā ir divi elektroni, bet priekšpēdējā elektronu čaulā – 10 elektroni. Tādējādi titāna apakšgrupas metāliem vairāk raksturīga oksidēšanās pakāpe +4, bet cirkonijam dažreiz var būt arī +2.
Brīvā stāvoklī titāns un analogi ir tipiski metāli, kas pēc izskata līdzīgi tēraudam. Tie visi ir grūti kūstoši metāli, kas stabili pret ūdens un gaisa iedarbību.
1.2 Cirkonijs (zirkonium). Cirkonijs ir 40. elements no Mendeļējeva tabulas. Tā atommasa ir 91,22. Ir diezgan izplatīts elements – tā saturs Zemes garozā ir 0,025% (pēc masas). Tomēr cirkonijs ir ļoti izkliedēts metāls un kaut cik ievērojamas cirkonija nogulas ir reti sastopamas.
Cirkonijs brīvā veidā ir spožs metāls, kura blīvums 6,49 g/cm3. Tas kūst 18520C temperatūrā; viršanas temperatūra ir 44740 (36000). Ja cirkonijs nesatur piemaisījumus, tas ir ļoti plastisks un viegli pakļaujas gan aukstai, gan karstai apstrādei. Cirkonijam (tāpat kā titānam) mehāniskās īpašības stipri pasliktinās, ja tajā atrodas nemetālu, it īpaši skābekļa piemaisījumi. Galvenie cirkonija minerāli ir: cirkons, badelīts.
Viena no svarīgākajām metāliskā cirkonija īpašībām ir augstā korozijizturība (līdz 2000) dažādās vidēs. Tā, piemēram, cirkonijs nešķīst ne sālsskābē, ne slāpekļskābē, ne sārmos. Paaugstinātā temperatūrā ķīmiski aktīvs, reaģē ar O2, N2, C, H2 u.c. elementiem, kā arī halogēniem.
Cirkonijs gandrīz nemaz neabsorbē lēnos (termiskos) neitronus. Šīs īpašības, kā arī augstās korozijizturības un karstumizturības dēļ cirkonijs un sakausējumi, kuros cirkonijs ir pamatmetāls, ir viens no galvenajiem konstrukciju materiāliem enerģētikā izmantojamo atomreaktoru izgatavošanai. Pie svarīgākajiem cirkonija sakausējumiem pieder cirkolajs – sakausējums, kurā ir nedaudz alvas, dzelzs, hroma, niķeļa.
Tērauda ražošanā cirkonija piedevas izmanto, lai no tērauda izvadītu skābekli, slāpekli un sēru. Cirkoniju izmanto arī par leģējošu komponentu dažos bruņu tēraudos, nerūsošos tēraudos un karstumizturīgos tēraudos.
Cirkonija piedeva varam ievērojami paaugstina tā izturību, gandrīz nemaz nepazeminot tā elektrovadītspēju. Magniju sakausējot ar 4-5% cinka un 0,6-0,7% cirkonija, iegūst sakausējumu, kura izturība divreiz lielāka par magnija izturību un tā nesamazinās arī 2000C temperatūrā. Arī alumīnija sakausējumu kvalitāte ievērojami paaugstinās, ja tiem pievieno cirkoniju.
Cirkonija (IV) oksīdam ZrO2 ir augsta kušanas temperatūra (~27000C), sevišķi mazs termiskās izplešanās koeficents un liela ķīmiskā izturība. To izmanto dažādu ugunsizturīgu izstrādājumu, piemēram, tīģeļu izgatavošanai. Stikla rūpniecībā ZrO2 lieto grūti kūstošu stilu ražošanā, keramikas rūpniecībā – emalju un glazūru iegūšanai.
Cirkonija (IV) karbīdu ZrC tā ir grūti kūstoša (35320 C) un ļoti cieta viela ar metālisku spīdumu, labi vada elektrību, lieto abrazīvo metālu ražošanā, par piedevu speciāliem sakausējumiem, ūdensizturīgu elektrodu un tīģeļu izgatavošanai; par slīpēšanas materiālu , kā arī dimanta aizstāšanai stikla griešanā.
Dabā cirkonijs ir sastopams kopā ar Hafniju (hafnium), kam nav savu patstāvīgu minerālu. Pēc ķīmiskajām īpašībām tas visai līdzīgs cirkonijam, taču atšķiras no tā ar spēju intensīvi absorbēt neitronus.
Cirkonija oksīda kristāliskā uzbūve ir:
Dārgakmeņi
Akmeņiem, kas tiek izgatavoti sintētiskā veidā, ir milzīga krāsu variācija. Tie līdzinās dabīgiem akmeņiem. Dārgakmeņi, kas tiek izmantoti Thomas Sabo kolekcijās pārsvarā ir cirkoni. To mirdzums ir līdzvērtīgs dimantiem, taču cirkoniem ir plaša krāsu gamma, kas piešķir dārgakmeņiem ekstraordināru, izskatīgu veidolu.
Secinājumi
No visa šī materiāla varam secināt to, ka Cirkonijs (Zirkonium) ir 40. elements mendeļējeva tabulā. Tas ir IV grupas blakus apakšgrupas 2. elements. Tas pieder pie titāna apakšgrupas. Cirkonija atommasa ir 91,22. Tas var atdot 4 elektronus, bet dažreiz arī 2. Tā metāliskā ātoma rādiuss ir (Å) 1,60. Cirkonija daudzums zemes garozā ir 0,025% (pēc masas). Cirkonijam raksturīgi 7 – 8 koordinācijas skaitļi. Tā blīvums ir 6,49. Kušanas temperitūra ir 1852 ºC. Viršanas temperitūra ir 3600 ºC (4474 ºC). Cirkonija elektrovadītspēja ir 2.
Cirkonijs (Zr)
Izmantotā literatūra:
Gļinka N. Vispārīgā ķīmija.- R.: Zvaigzne, 1981.- 615lpp., 617-618lpp.
Latvijas Padomju enciklopēdija/ II sējums/ 290lpp.
Ahmeteva A. Neorganiskā ķīmija – R.:Zvaigzne, 1978. – 468.– 471.lpp., 472. – 477.lpp.