Цирконий

Происхождение Цирконий (лат. Zirconium), Zr, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева; атомный номер 40, атомная масса 91,22; серебристо-белый металл с характерным блеском. Известно пять природных изотопов циркония: 90Zr (51,46%), 91Zr (11,23%), 92Zr (17,11%) 94Zr (17,4%), 96Zr (2,8%). Из искусственных радиоактивных изотопов важнейший 95Zr (T1/2 = 65 сут); используется в качестве изотопного индикатора. В 1789 немецкий химик М. Г. Клапрот в результате анализа минерала циркона выделил двуокись циркония. Порошкообразный цирконий впервые был получен в 1824 И. Берцелиусом, а пластичный — в 1925 нидерландскими учёными А. ван Аркелом и И. де Буром при термической диссоциации иодидов циркония.

Электронная формула 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2

Строение На первом энергетическом уровнях в атоме циркония содержится два электрона на орбитали сферической формы. На втором энергатическом уровне к заполненной s-орбитали добавляется заполненная гантелеобразная p-орбиталь. Третий энергетический уровень также является полностью заполненным и имеет в своем составе d-орбиталь с пятью парами электронов. На четвертом энергетическом уровне d-орбитали до наполненности не хватает четырех пар электронов. Сферическая орбиталь на пятом энергетическом уровне полностью заполнена.

Минералы Известно 27 минералов циркония; промышленное значение имеют бадделеит ZrO₂, циркон. Основные типы месторождений циркония: щелочные породы с малаконом и цитролитом; магнетит-форстерит-апатитовые породы и карбонатиты с бадделеитом (Ковдорское комплексное месторождение бадделеит-апатит-магнетитовых и маложелезистых апатитовых руд); прибрежно-морские и элювиально-делювиальные россыпи.

Местонахождение Среднее содержание циркония в земной коре (кларк) 1,7×10-2% по массе, в гранитах, песчаниках и глинах несколько больше (2×10-2%), чем в основных породах (1,3×10-2%). Максимальная концентрации циркония — в щелочных породах (5×10-2%). Цирконий слабо участвует в водной и биогенной миграции. В морской воде содержится 0,00005 мг/л циркония.

Применение Сплавы на основе циркония, очищенного от гафния, применяют преимущественно в качестве конструкционных материалов в ядерных реакторах, что обусловлено малым сечением захвата тепловых нейтронов. Цирконий входит в состав ряда сплавов (на основе магния, титана, никеля, молибдена, ниобия и др. металлов), используемых как конструкционные материалы, например, для ракет и др. летательных аппаратов. Из сплавов циркония с ниобием делают обмотки магнитов сверхпроводящих. В литейном производстве применяют цирконистые огнеупоры. К числу наиболее распространённых пьезокерамических материалов (пьезокерамики) относится группа цирконата — титаната свинца (например, ЦТС-23). В металлокерамических материалах (керметах) металлическим составляющим является цирконий, а керамическим — его двуокись ZrO2. При производстве генераторных ламп проволока из циркония служит геттером.

Цирконий используют в качестве коррозионно-стойкого материала в химическом машиностроении. Присадки циркония служат для раскисления стали и удаления из неё азота и серы. Порошкообразный цирконий применяют в пиротехнике и в производстве боеприпасов. Сульфат циркония — дубитель в кожевенной промышленности.

Влияние на человека Цирконий дает положительные результаты при лечении гипертонии, головных болезней, бессонницы, психических расстройств, кожных заболеваний, болезней дыхательных органов, нарушения обменных процессов и заболеваний желудочно-кишечного тракта.