Физични свойства на циркония
Физични свойства на циркония - раздел Философия, 1. Цирконий - (лат. Zirconium; Означава се със символа Zr) Това.
1. Цирконий - (лат. Zirconium; обозначава се със символа Zr) днес се нарича метал на ядрената енергия, но нека започнем от по-ранен период. Скъпоценният камък циркон (в превод от персийски означава "златен") е бил познат на човека отдавна, много хиляди години преди нашата ера. Той не принадлежи към групата на особено ценните камъни, като диамант, изумруд, рубин и сапфир, за които мерната единица е карат, равен на 200 mg. Масата на другите скъпоценни камъни се измерва в грамове. Но често мерната единица за цирконий е каратът. защото често се използва за имитация на диаманти.
2. Циркониев отвор:
Учените многократно анализираха минерала циркон и всеки път резултатите бяха погрешни. Така през 80-те години на XVIII век немският химик И. Виглеб, в резултат на анализа на циркон от остров Цейлон, открива в него само силициев оксид с малки примеси от желязо, магнезий и вар. М. Клапрот успява да разкрие надеждната маскировка на циркония.
Той извърши нагряване на минерален прах от циркон с тигел от сребро с алкали. След това сплавта се третира със сярна киселина и от получения разтвор се изолира смес от вещества, която той нарече циркониева пръст. Резултатите от количествения анализ са следните: около 70% са циркониеви пръсти, 25% силициев диоксид и 0,5% железен оксид.
Получаването на цирконий не беше толкова лесно. Дори Г. Дейви не успя да разложи циркониевата пръст с помощта на електрически ток.
Шведският химик И. Берцелиус успява да получи замърсен метален цирконий. Той нагрява суха смес от алкалния метал калий, калиев флуорид и циркон в тигел от благородния метал платина. На имеНовият химичен елемент е кръстен на минерала циркон - цирконий.
2.Физични свойства на циркония:
3.Химични свойства на циркония:
Външна електронна конфигурация на атом Zr 4d25s2. Цирконият има степен на окисление +4. По-ниските степени на окисление +2 и +3 са известни за циркония само в неговите съединения с хлор, бром и йод. Компактният цирконий бавно започва да се окислява в диапазона 200-400 °C, покривайки се с филм от циркониев диоксид ZrO2; над 800 °C взаимодейства енергично с атмосферния кислород. Прахообразният метал е пирофорен - може да се запали във въздуха при нормални температури. Цирконият активно абсорбира водород още при 300°C, образувайки твърд разтвор и хидриди ZrH и ZrH2; при 1200-1300 °C във вакуум хидридите се дисоциират и целият водород може да бъде отстранен от метала. С азота цирконият образува ZrN нитрид при 700–800°C. Цирконият реагира с въглерод при температури над 900 °C, за да образува ZrC карбид. Циркониевият карбид и нитрид са твърди огнеупорни съединения; циркониевият карбид е междинен продукт за получаване на ZrCl4. Цирконият реагира с флуор при обикновени температури и с хлор, бром и йод при температури над 200 ° C, образувайки висши халогениди ZrX4 (където X е халоген). Цирконият е стабилен във вода и водна пара до 300 °C, не реагира със солна и сярна (до 50%) киселини, както и с алкални разтвори (цирконият е единственият метал, който е стабилен в алкали, съдържащи амоняк). Реагира с азотна киселина и царска вода при температури над 100 °C. Разтваря се във флуороводородна и гореща концентрирана (над 50%) сярна киселина. От киселинни разтвори могат да се изолират соли на съответните киселини с различен състав, в зависимост от концентрацията на киселината. И така, от концентрирани сулфатни разтвори на цирконийутаява се кристален хидрат Zr (SO4)2 x 4H2O; от разредени разтвори - основни сулфати с обща формула xZrO2 x ySO3 x zH2O (където x: y> 1). Zirconium sulfates completely decompose at 800-900 ° C with the formation of zirconium dioxide Zr (NO3) 4 x 5H2O or ZrO (NO3) 2 x x H2O (where x = x 2-6) crystallizes from nitric acid solutions, ZrOCl2 x 8H2O crystallizes from hydrochloric acid solutions, which is dehydrated at 180-200 ° C.
4. Добив на цирконий:
Веществото, изолирано от Klaproth, не е нов елемент, а е оксид на нов елемент, който впоследствие е зает в таблицата от D.I. Четиридесетата клетка на Менделеев. Използвайки съвременни символи, формулата на веществото, получено от Клапрот, е написана, както следва: ZrO2.
35 години след експериментите на Клапрот известният шведски химик Йенс Якоб Берцелиус успява да получи метален цирконий. Берцелиус редуцира калиев флуороцирконат с метален натрий и получава сребристосив метал:
K2[ZrF6] + 4Na > Zr + 2KF + 2NaF
Цирконият, образуван в резултат на тази реакция, беше крехък поради значителното съдържание на примеси. Металът не се поддава на обработка и не може да намери практическо приложение. Но може да се предположи, че пречистеният цирконий, подобно на много други метали, би бил доста пластичен.
За да може да се получи метал чрез електролиза от разтвор на неговата сол, този метал трябва да образува едноатомни йони. Но цирконият не образува такива йони. Циркониевият сулфат Zr(SO4)2, например, съществува само в концентрирана сярна киселина и когато се разреди, започват реакции на хидролиза и комплексообразуване. В крайна сметка се оказва:
Zr(SO4)2 + H2O> (ZrO)SO4 + H2SO4
Във воден разтвор циркониевият хлорид също се хидролизира:
ZrCl4 + H2O>ZrOCl2 + 2HCl
Някои изследователи вярваха, че са успели да получат цирконий чрез електролиза на разтвори, но бяха подведени от външния вид на продуктите, отложени върху електродите. В някои случаи това наистина са били метали, но не цирконий, а никел или мед, чиито примеси се съдържат в циркониеви суровини; в други, циркониев хидроксид, който изглежда като метал.
Едва през 20-те години на нашия век (100 години след като Берцелиус получава първите проби от цирконий!) е разработен първият промишлен метод за получаване на този метал.
Това е методът на „натрупване“, разработен от холандските учени ван Аркел и де Боер. Същността му се състои в това, че летливо съединение (в този случай циркониев тетрайодид ZrI4) претърпява термично разлагане във вакуум и върху гореща волфрамова нишка се отлага чист метал.
По този начин се получава метален цирконий, който може да се обработва - кове, валцува, валцува - горе-долу толкова лесно, колкото и медта.
По-късно металурзите откриват, че пластичните свойства на циркония зависят главно от съдържанието на кислород в него. Ако повече от 0,7% кислород проникне в разтопения цирконий, тогава металът ще бъде крехък поради образуването на твърди разтвори на кислород в цирконий, чиито свойства се различават значително от тези на чистия метал.
Методът за натрупване първо придоби известна популярност, но високата цена на циркония, получен чрез този метод, силно ограничи обхвата му. И свойствата на циркония се оказаха интересни. (Повече за тях по-долу.) Има нужда от разработване на нов, по-евтин метод за получаване на цирконий. Подобрен метод на Croll стана такъв метод.
Методът Croll позволява получаването на цирконий на половината от цената наразширения. Схемата на това производство включва два основни етапа: циркониевият диоксид се хлорира и полученият циркониев тетрахлорид се редуцира от метален магнезий под слой от разтопен метал. Крайният продукт, циркониевата гъба, се разтопява на пръчки и се изпраща до потребителя в тази форма.