Cyrkon (pierwiastek)

Cyrkon (Zr, łac. zirconium) – pierwiastek chemiczny, z grupy metali przejściowych w układzie okresowym. Nazwa pochodzi od minerału o tej samej nazwie – cyrkonu (ZrSiO₄). Innym minerałem tego pierwiastka jest baddeleit (ZrO₂).

Cyrkon

itr ← cyrkon → niob
Ti ↑ Zr ↓ Hf 40 Zr
Wygląd
srebrzystoszary
Widmo emisyjne cyrkonu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	cyrkon, Zr, 40 (łac. zirconium)
Grupa, okres, blok	4 (IVB), 5, d
Stopień utlenienia	IV
Właściwości metaliczne	metal przejściowy
Właściwości tlenków	amfoteryczne
Masa atomowa	91,224 ± 0,002[a][1]
Stan skupienia	stały
Gęstość	6511 kg/m³
Temperatura topnienia	1855 °C[2]
Temperatura wrzenia	4409 °C[2]
Numer CAS	7440-67-7
PubChem	23995
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny 155 (obl. 206) pm 148 pm Konfiguracja elektronowa [Kr]4d25s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 18, 10, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,33 1,22 Potencjały jonizacyjne I 640,1 kJ/mol II 1270 kJ/mol III 2218 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 58,2 kJ/mol Ciepło topnienia 16,9 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 1,68×10−3 Pa (2125 K) Konduktywność 2,36×106 S/m Ciepło właściwe 270 J/(kg·K) Przewodność cieplna 22,7 W/(m·K) Układ krystalograficzny heksagonalny Twardość • w skali Mohsa 5 Prędkość dźwięku 3800 m/s Objętość molowa 14,02×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 88Zr {syn.} 83,4 dni w.e. 88Y 89Zr {syn.} 78,4 h w.e. β+ 0,902 89Y 89Y 90Zr 51,45% stabilny izotop z 50 neutronami 91Zr 11,22% stabilny izotop z 51 neutronami 92Zr 17,15% stabilny izotop z 52 neutronami 93Zr ślady 1,53×106 lat β− 0,060 93Nb 94Zr 17,38% 1,1×1017 lat β−β− 94Mo 95Zr {syn.} 64,03 dni β− 1,121 95Nb 96Zr 2,8% 2,0×1019 lat β−β− 3,348 96Mo
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2011-10-04] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI[3] Niebezpieczeństwo Zwroty H H250, H260 Zwroty P P222, P223, P231+P232, P370+P378, P422[4] NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[5] 0 0 2   Numer RTECS ZH7070000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Charakterystyka

Cyrkon występuje w skorupie ziemskiej w ilości 130 ppm wagowo (30 ppm atomów)^[6]. Przypomina właściwościami chemicznymi hafn znajdujący się bezpośrednio pod nim w układzie okresowym – rozdzielenie ich jest trudne.

Występuje w dwóch odmianach alotropowych: krystalicznej (miękki, biały, kowalny) i amorficznej (niebiesko-czarny proszek).

Historia odkrycia

W roku 1789 Martin Klaproth otrzymał z Cejlonu kilka próbek minerału o nazwie cyrkon (nazwa prawdopobonie z języka perskiego znaczy złocisty). Wydzielił z niego krzemionkę i nieznaną „ziemię” którą nazwał „cyrkonia”. Klaproth wykazał, że taki sam skład chemiczny ma inny minerał pochodzący z Cejlonu – hiacynt (oba te minerały są krzemianami cyrkonu, ZrSiO
4). Wyniki Klaprotha potwierdzili w 1797 r. francuscy chemicy, Guyton de Morveau i Louis Vauqueliin. Opisali oni też inny minerał cyrkonu, badeleit, ZrO
2^[7]. Wolny pierwiastek wyizolował jednak dopiero Jöns Jacob Berzelius w 1824 roku, po 11 latach badań, ogrzewając sześciofluorocyrkonian potasu z metalicznym potasem^[7]:

K
2ZrF
6 + 4K → 6KF + Zr

Zastosowanie

Ma bardzo niski przekrój czynny na wychwyt neutronów, w postaci stopu zircaloy stosuje się go więc jako składnik koszulek paliwowych paliwa jądrowego reaktorów jądrowych^[8]. Do tego celu należy go jednak oczyścić z hafnu, wykazującego dla odmiany wysoki przekrój czynny na wychwyt neutronów.

Związki cyrkonu znalazły zastosowanie w kosmetyce (kremy, antyperspiranty, dezodoranty), zakazane jednak zostały przy produkcji kosmetyków w aerozolu w USA. Ponadto znajduje się na kanadyjskiej liście niezalecanych składników. Toksyczny dla układu oddechowego w przypadku inhalacji, uznany za bezpieczny w produktach, które nie są w aerozolu. Może wywoływać kontaktowe reakcje alergiczne^{[potrzebny przypis]}.

Tlenek cyrkonu(IV), ZrO₂, wykorzystywany jest do produkcji cyrkonii – syntetycznych kamieni ozdobnych.

Cyrkon-95

Nietrwały izotop cyrkonu emitujący promieniowanie beta o energiach 365 keV (54,7%) i 398 keV (44,6%). Stanowi produkt rozszczepienia uranu. Występuje w równowadze promieniotwórczej z niobem-95. Wysoce radiotoksyczny. Skażenie dopuszczalne wynosi 740 kBq^[8].

Uwagi

1. Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.