Sirkonium

Isotope van Sirkonium
iso	NV	halfleeftyd	VM	VE (MeV)	VP
⁸⁸Zr	sin	83.4 d	e	-	⁸⁸Y
⁸⁸Zr	sin	83.4 d	?	0.392 D	-
⁸⁹Zr	sin	78.4 h	e	-	⁸⁹Y
			ß⁺	0.902	⁸⁹Y
			?	0.909D	-
⁹⁰Zr	51.45%	Zr is stabiel met 50 neutrone
⁹¹Zr	11.22%	Zr is stabiel met 51 neutrone
⁹²Zr	17.15%	Zr is stabiel met 52 neutrone
⁹³Zr	sin	1.53×10⁶y	ß^-	0.060	⁹³Nb
⁹⁴Zr	17.38%	Zr is stabiel met 54 neutrone
⁹⁶Zr	2.8%	> 3.9×10²⁰y	ß^-ß^-	?	⁹⁶Mo

Portaal

Chemie

Sirkonium is 'n chemiese element in die periodieke tabel met die simbool Zr en atoomgetal van 40. Sirkonium is 'n sterk, glansende grys oorgangsmetaal wat ooreenkomste toon met titaan. Sirkonium word hoofsaaklik uit sirkoon ontgin en het 'n baie hoë weerstand teen korrosie. Sirkonium word hoofsaaklik gebruik in kernreaktore vanweë sy weerstand teen korrosie en lae neutrondeursnee.

Kenmerke

Sirkonium is 'n glansende gryswit metaal en het 'n buitengewone hoë weerstand teen korrosie. Sirkonium is ligter as staal met 'n hardheid soortgelyk aan dié van koper. As die metaal fyn verdeel word kan dit spontaan ontbrand in kontak met lug, veral by hoë temperature (die soliede metaal is brand egter nie so maklik nie). Sirkonium-sinklegerings word magneties by temperature onder 35 K. Die oksidasietoestand van sirkonium is gewoonlik +4, maar die +3 en +2 toestande kan ook verkry word.

Gebruike

Kubiese sirkonia, ZrO₂

Die hoofgebruike vir sirkon (ZrSi O₄) is in vuurbestande voerings, gietsand en in keramieke. Sirkon word ook as 'n natuurlike edelgesteente bemark vir gebruik in juwele en die oksied daarvan word verwerk om kubiese sirkonia (hier links in beeld) te maak, wat 'n skitterende, helder kristal vorm en as plaasvervanger vir diamant gebruik word.

Ander gebruike

Sirkonium het 'n lae absorpsiedeursnee vir termiese neutrone,^[1] wat dit ideaal maak vir aanwendings in die kernenergiebedryf soos vir die voering van brandstofelemente. Meer as 90% van sirkonium-metaalvervaardiging word vir kommersiële kernkragopwekking benut. Moderne kommersiële skaal reaktore kan soveel as 150 000 meters se buise gebruik wat uit sirkoniumlegerings (Zircaloy) vervaardig is. Reaktor-graad sirkonium moet gesuiwer word van sy hafnium-inhoud, wat 'n neutroneursnee het wat 600 keer groter is as dié van sirkonium; 'n hafniumvrye sirkonium kan 10 keer duurder wees as 'n sirkonium wat nog die 1-5% hafnium bevat wat natuurlik voorkom.
Menslike weefsels kan hierdie metaal maklik verwerk wat dit geskik maak vir gebruik in inplantings. Een so 'n toepassing is die gebruik van oksinium, 'n sirkonium-niobium-legering wat doelbewus geoksideer word om 'n verweringsbestande, hoë integriteit sirkoniumoksiedoppervlak te lewer vir gebruik in heup- of kniegvervangingstoestelle. Die keramiekoppervlak verminder die verwering van die poliëtileen teenoppervlak terwyl die substraat die sterkte en smeebaarheid van 'n metaal behou.
Word baie gebruik in die chemiese nywerheid vir pypwerk in korrosiewe omgewings.
Sirkonium is pirofories (vlambaar) en is al gebruik in militêre brandbomme.
Onsuiwer sirkoniumoksied, sirkonia, word gebruik om kroesies te vervaardig wat in laboratoriums gebruik word en wat hitteskok moet kan weerstaan, vir voerings in metalurgiese oonde en in die keramiek- en glasnywerhede as 'n brandbestande voeringsmateriaal.
Word ook gebruik in hitteruilers in vakuumbuise en lampfilamente en 'n verskeidenheid spesiale legerings.
Wanneer dit saam met niobium gelegeer word, raak sirkonium supergeleidend by lae temperature en word dus gebruik om supergeleier magnete te maak en toon belofte in grootskaalse elektriese krag gebruike.
Sirkonium Diamied-Diamien komplekse kan gebruik word om die polimerisasie van alkene te kataliseer, veral eteen wat deur Tritiel-BArF geaktiveer is.
Sirkoniumnitried is onlangs gebruik as alternatief vir titaannitried vir die bedekking van boorpunte. Beide bedekkings is veronderstel om die boor skerper en koeler te hou gedurende die snyproses.
Bis(siklopentadiëniel)sirkonium(IV)chloriedhidried (Schwartz se Reagens) is 'n kommersieel beskikbare metalloseen wat gebruik word in die hidrosirkonisasie van alkene en alkyne.
Fietsvervaardigers sluit sirkonium-aluminiumlegerings by hul hoëgraadse fietsrame in. Hierdie kombinasie maak die raam sterker en duursamer en ook ligter.
Sirkonium kom ook voor in die molekule aluminium-sirkonium-oktachlorohydrex (GLY), wat as reukweermiddel gebruik word.
Sirkonium word ook gebruik as voerings in gevormde plofstofladings.

In 2007, het sirkonium ongeveer $150/kg gekos.

Hafnium vrye sirkonium

Reaktorgraad sirkoniumlegerings moet van hafniumvrye sirkonium vervaardig word aangesien hafnium 'n baie hoë neutron absorpsiedeursnee het wat 600 keer hoër is as dié van sirkonium is. Kommersiële sirkonium bevat gewoonlik 1-5% hafnium wat verwyder moet word. Hierdie verwyderingsproses is uiters moeilik (sirkonium en hafnium is twee van die moeilikste elemente om van mekaar te skei). Twee hoofprosesse wat gebruik word is: vloeistof-vloeistof ekstraksie wat die verskil in oplosbaarheid metaaltiosianate in metielisobutielketoon (MIBK) uitbuit en ekstraktiewe distillasie. Die resulterende reaktorgraad sirkonium word gebruik in die vervaardiging van beheerstawe.

Geskiedenis

Sirkonium (afkomstig vanuit die Arabiese woord zarkûn of die Persiese woord zargûn wat "goudagtig" beteken) is in 1789 ontdek deur Martin Heinrich Klaproth en in 1824 geïsoleer deur Jöns Jakob Berzelius.

Daar word reeds in Bybelse geskrifte na die sirkonium-bevattende mineraal sirkon verwys. Die feit dat die mineraal 'n nuwe element bevat het was onbekend totdat Klaproth 'n monster uit Ceylon in die Indiese Oseaan geanaliseer het. Hy het die nuwe element Zirkonertz (sirkonia) gedoop. Die onsuiwer metaal is vir die eerste keer deur Berzelius geïsoleer deur 'n mengsel van kalium en kaliumsirkoniumfluoried te verhit in 'n ysterbuis. Suiwer sirkonium is eers in 1914 voorberei.

Die kristalstaafproses (of Jodiumproses), is deur Anton Eduard van Arkel en Jan Hendrik de Boer in 1925 ontdek en was die eerste nywerheidsproses vir die kommersiële voorbereiding van suiwer pletbare metallieke sirkonium. Dit is later deur die Kroll-proses vervang.

Verspreiding

Sirkonium word nooit in die natuur as 'n vrye metaal aangetref nie. Die hoof ekonomies ontginbare bron van sirkonium is die sirkoniumsilikaatmineraal, sirkon (ZrSiO₄), wat aangetref word in neerslae in Australië, Brasilië, Indië, Rusland en die Verenigde State. Sirkonium en hafnium word in sirkon aangetref in 'n verhouding van ongeveer 50 tot 1 en is moeilik om te skei. Sirkon is 'n byproduk van die ontginnig en prosesering van die titaanbevattende mineraalsandsoorte, ilmeniet en rutiel of tinmateriale. Sirkonium word ook in 30 ander bekende mineraalspesies aangetref onder andere baddelejiet. Die metaal word kommersieel voorberei deur die reduksie van Sirkonium(IV)chloried met magnesium in die Kroll-proses en ander metodes. Kommersiële graad sirkonium het steeds 'n 1 tot 3% hafnium inhoud.

Die element is ook volop in S-tipe sterre en is in die son en meteoriete bespeur. Maanrotsmonsters wat deur die Apollo program sendings na die maan teruggebring is toon 'n baie hoë sirkoniumoksied inhoud relatief tot aardrotse.

Isotope

Sirkonium soos dit in die natuur voorkom bestaan uit vier stabiele isotope en een baie langlewende radio-isotoop (⁹⁶Zr). Die tweede mees stabiele radio-isotoop is ⁹³Zr met 'n halfleeftyd van 1.53 miljoen jaar. Agtien ander radio-isotope is ook al geëien. Die meeste hiervan het halfleeftye van minder as 'n dag buiten ⁹⁵Zr (64.02 dae), ⁸⁸Zr (63.4 dae) en ⁸⁹Zr (78.41 ure). Die primêre vervalmodus voor ⁹²Zr en die primêre modus daarna is betaverval.

Voorsorgmaatreëls

Sirkoniumstaaf

Sirkoniumverbindings is gewoonlik nie giftig nie. Die metaalstof kan spontaan in lug ontbrand en behoort as 'n groot vuur- en ontploffingsrisiko hanteer te word. Sirkonium speel geen biologiese rol nie.