ما هو زركونيوم؟
زركونيوم (رمزه Zr) هو العنصر 40 في الجدول الدوري، وينتمي إلى فلز انتقالي في الدورة 5 والمجموعة 4. شفاف فعليًا أمام النيوترونات، ولذلك يُبطّن قضبان الوقود في كل مفاعل نووي تقريبًا. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.
القصة
ماهيّة زركونيوم وكيف اكتشفناه
الزركونيوم هو الفلز شديد المتانة والمقاوم للتآكل بشكل مذهل، إذ يحافظ على سلامة المفاعلات النووية ويجعل الألماس يتلألأ. هذا الفلز الانتقالي اللامع ذو اللون الرمادي المائل إلى البياض يتمتع بخاصية استثنائية تتمثل في كونه شبه شفاف أمام النيوترونات، مع مقاومة عالية للغاية للتآكل، مما يجعله ضرورياً للغاية لتوليد الطاقة النووية. سُمّي نسبةً إلى الكلمة الفارسية "zargun" التي تعني ذهبي اللون، وأصبح الزركونيوم أحد أكثر العناصر أهميةً من الناحية الاستراتيجية في التكنولوجيا الحديثة. اكتُشف الزركونيوم عام 1789 على يد الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروت أثناء تحليل حجر الزرك الكريم، وظل إلى حد كبير مجرد موضع اهتمام مختبري لأكثر من 150 عاماً. ولم يُعزل الفلز النقي حتى عام 1824 على يد يونس ياكوب برزيليوس، كما لم يتوافر الزركونيوم عالي النقاء إلا في أربعينيات القرن العشرين، عندما احتاجت الصناعة النووية بشدة إلى مواد لا تتداخل مع التفاعلات النووية. ما يجعل الزركونيوم استثنائياً للغاية هو خصائصه النووية الفريدة. فعلى خلاف معظم الفلزات، يكون الزركونيوم شبه شفاف أمام النيوترونات؛ إذ تمر عبره مباشرةً من دون أن تُمتص. وهذا يجعل سبائك الزركونيوم مثالية لتغليف وقود المفاعلات النووية، إذ تحتوي الوقود المشع مع السماح للنيوترونات بالحركة بحرية والحفاظ على التفاعل النووي المتسلسل. ويستخدم أكثر من 90% من المفاعلات النووية في أنحاء العالم قضبان وقود من سبائك الزركونيوم. يتمتع الزركونيوم بمقاومة مذهلة للتآكل، بل تتجاوز مقاومته مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ حتى في البيئات القاسية. فهو يكوّن طبقة أكسيد فائقة الرقة وذاتية الالتئام تحميه من الأحماض والقلويات ومياه البحر. وهذا يجعل الزركونيوم مثالياً لمعدات المعالجة الكيميائية، والزرعات الطبية، والتطبيقات البحرية التي كانت ستتسبب في تآكل الفلزات الأخرى بسرعة. إليك أمراً مبهراً: يُعد الزركونيا المكعبة (ثاني أكسيد الزركونيوم الاصطناعي) أحد أشهر البدائل المحاكية للألماس على الإطلاق. فهي تكاد تضاهي الألماس في الصلابة، وتمتلك خصائص بصرية brilliant، ويمكن إنتاجها بأي لون، مما يجعلها أساساً لصناعة مجوهرات تبلغ قيمتها مليار دولار.
اكتشاف زركونيوم
عنصر الأحجار الكريمة
اكتشف مارتن هاينريش كلابروت الزركونيوم عام 1789 أثناء تحليل أحجار الزرك الكريمة. وعزل يونس ياكوب برزيليوس فلز الزركونيوم غير النقي لأول مرة عام 1824، رغم أن الحصول على الزركونيوم النقي تطلب تطوير عملية كرول في أربعينيات القرن العشرين.