zirconium

Verificeret
Artiklens indhold er godkendt af redaktionen.

zirconium, (af zircon og -ium til betegnelse af grundstof), grundstof nr. 40, placeret i 4. gruppe i det periodiske system; atomtegn Zr. Zirconium, der er et gråhvidt, skinnende metal, er et meget passivt stof, som ved stuetemperatur hverken reagerer med syrer eller baser. Ved ca. 600 °C reagerer det med vand under dannelse af brint.

Egenskaber
Nummer 40
Atomtegn Zr
Navn zirconium
Relativ atommasse 91,224
Densitet 6,50 g/cm3
Smeltepunkt 1852 °C
Kogepunkt 4377 °C
Opdagelse 1789 (M.H. Klaproth)

I 1789 undersøgte den franske kemiker M.H. Klaproth mineralet zircon og opdagede, at det indeholdt en indtil da ukendt komponent, som han kaldte for zirconjord. I 1797 undersøgte Guyton de Morveau (1737-1816) mineralet hyacint og påviste, at det er en varietet af zircon, og at det dermed også indeholder komponenten zirconjord; han forklarede, at zirconjord måtte være et oxid af et dengang endnu ukendt grundstof. Ligesom Klaproth var han dog ikke i stand til at reducere zirconiumoxidet til zirconium. Først i 1824 lykkedes det J.J. Berzelius at fremstille zirconium af en fluorforbindelse ved reduktion med kalium. Det var dog først i 1914, at det lykkedes at fremstille rent zirconium.

I 1922 opdagede bl.a. G. de Hevesy, at zircon indeholder hafnium. Zirconium og hafnium ligner hinanden meget og er svære at skille ad.

Geokemi, mineraler og forekomster

Zirconium er et lithofilt grundstof, som pga. stor kemisk lighed altid findes sammen med grundstoffet hafnium. Den kontinentale jordskorpe har et gennemsnitsindhold på 165 g/t zirconium og 3 g/t hafnium. Zirconiumionen kan optages som forurening i mineraler som pyroxener og amfiboler, men da den passer dårligt i de almindelige mineralers krystalstruktur, bindes den i egentlige zirconiummineraler. Det vigtigste er zircon, der er vidt udbredt i magmabjergarter og metamorfe bjergarter og i sedimentære bjergarter som fx tungsand. Der findes mere end 40 mineraler med zirconium som en hovedbestanddel; ud over zircon er de vigtigste baddeleyit og eudialyt. Granitter kan have op til 2000 g/t zirconium. Højere indhold findes i alkaline magmabjergarter, og især har agpaitiske nefelinsyenitter store indhold; fx indeholder de røde lag i bjergarten kakortokit mere end 2 vægtpct.

Zirconium udvindes af tungsand og af baddeleyit fra carbonatitforekomster i bl.a. Sydafrika. Årsproduktionen er på ca. 920.000 t ZrO2 svarende til ca. 700.000 t Zr (2006); den største produktion kommer fra Australien, Sydafrika, Ukraine, Brasilien, Kina og Indien. Eudialytforekomsterne i Sydgrønland og på Kolahalvøen indeholder meget store mængder af zirconium og andre sjældne metaller og repræsenterer fremtidige resurser af disse.

Fremstilling

Langt det meste zirconium anvendes i form af oxidet ZrO2 og andre kemikalier, fx i keramiske materialer, syrefast glas og slibemidler. Kun ca. 30.000 t/år oparbejdes til metal, overvejende fra zircon, ZrSiO4, og i mindre omfang fra zirconia, ZrO2 (baddeleyit).

Zircon smeltes i lysbueovn med kul og kloreres til zirconiumklorid, ZrCl4, i dampform. Efter fortætning sublimeres kloridet igen, evt. flere gange, hvorpå dampen ledes til smeltet, rent magnesium, som reducerer kloridet til zirconiumsvamp. Det samtidigt dannede magnesiumklorid smeltes og løber fra svampen, som derefter knuses, presses og smeltes i lysbueovn til zirconiummetal.

Zirconmineralernes indhold af hafnium følger med gennem processerne og genfindes som urenhed i det udvundne zirconium. Dette kan raffineres ved jodisering og termisk spaltning af jodidet ZrI4 til rent zirconium. Metallerne kan også adskilles vådkemisk ved ekstraktion af en vandig kloridopløsning med isobutylmethylketon.

Anvendelse

Zirconiums gode korrosionsbestandighed kombineret med ringe neutronindfangning betinger den vigtigste anvendelse: indkapsling af brændselselementer til kernereaktorer. Til dette formål må metallet ikke indeholde hafnium, som netop indfanger neutroner og derfor kan bruges til kontrolstave. Derimod tilsættes små mængder tin, jern og chrom til styrkeøgning i de såkaldte Zircalloy-legeringer.

Korrosionsbestandigheden udnyttes endvidere ved anvendelsen i kemisk procesudstyr og knogleimplantater, hvor zirconium gerne kan indeholde hafnium. Endelig anvendes zirconium som styrkeøgende og strukturregulerende bestanddel i specialstål og i magnesiumlegeringer til flymotorer.

Forbindelser

I vandige opløsninger er zirconiums kemi begrænset til oxidationstrin +4. Opløselige forbindelser, fx fluorider, sulfater og nitrater, indeholder i sur opløsning hydrolyserede ioner som fx Zr4(OH)88+. Faste forbindelser med zirconium i oxidationstrin +4 omfatter halogeniderne, ZrX4, hvor X kan være fluor, klor, brom eller jod. Zirconiumdioxid, ZrO2, findes i naturen som mineralet baddeleyit. Et andet mineral er silikatet zircon, ZrSiO4.

Metallisk zirconium kan optage hydrogen op til sammensætningen ZrH2 og afgive det igen under opvarmning. Forbindelsen Zr(BH4)4 smelter ved 29 °C og er den eneste flygtige zirconiumforbindelse. Mange zirconiumforbindelser har høje smeltepunkter; ZrO2 smelter ved 2670 °C, zirconiumnitrid, ZrN, ved 2980 °C, og zirconiumcarbid, ZrC, ved 3540 °C. De to sidstnævnte har ikke veldefinerede støkiometrier og oxidationstrin. Det samme gælder for et stort antal intermetalliske forbindelser. Der kendes fx ni aluminiumforbindelser med sammensætninger mellem Zr3Al og ZrAl3.

 

Find bøger

   
   Find Lydbøger
hos Storytel
   Find bøger
bogpriser.dk
   Studiebøger
pensum.dk
   Læs e-bøger
hos Ready

 

Hvad er et tag? Tags er artiklens nøgleord. Artikler med et fælles tag findes ved at klikke på tagget. Når du er logget ind, kan du tilføje tags og dermed skabe sammenhænge.
Nyhedsbrev

Om artiklen

Seneste forfatter
Redaktionen
07/10/2009
Oprindelige forfattere
Bos
02/02/2009
Gram
02/02/2009
HeSø
02/02/2009
OWD
02/02/2009
SERa
02/02/2009

© Gyldendal 2009-2014 - Powered by MindTouch Deki