Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место цирконий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 160 pm — that is 0.16 nm, so about 3125 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Цирконий is liquid over a 2554 K window, from 2128 K to 4682 K.
История
Цирконий — невероятно прочный, устойчивый к коррозии металл, который обеспечивает безопасность ядерных реакторов и заставляет алмазы сверкать. Этот блестящий серо-белый переходный металл обладает замечательным свойством: он почти прозрачен для нейтронов и при этом чрезвычайно устойчив к коррозии, что делает его абсолютно необходимым для производства ядерной энергии. Названный по персидскому слову "zargun", означающему «золотистый», цирконий стал одним из наиболее стратегически важных элементов в современной технологии. Цирконий был открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом при анализе драгоценного камня циркона и более 150 лет оставался главным образом лабораторной диковинкой. Чистый металл удалось выделить только в 1824 году — это сделал Йёнс Якоб Берцелиус, а цирконий высокой чистоты стал доступен лишь в 1940-х годах, когда атомной промышленности срочно понадобились материалы, не нарушающие ход ядерных реакций. Что делает цирконий абсолютно необычным, так это его уникальные ядерные свойства. В отличие от большинства металлов, цирконий почти прозрачен для нейтронов: они проходят сквозь него, не поглощаясь. Благодаря этому сплавы циркония идеально подходят для оболочек ядерного топлива в реакторах: они удерживают радиоактивное топливо, позволяя нейтронам свободно перемещаться и поддерживать цепную ядерную реакцию. Более 90% ядерных реакторов во всём мире используют топливные стержни из сплавов циркония. Цирконий обладает невероятной устойчивостью к коррозии, превосходя даже нержавеющую сталь в агрессивных средах. Он образует сверхтонкий самовосстанавливающийся оксидный слой, защищающий его от кислот, щелочей и морской воды. Поэтому цирконий идеально подходит для оборудования химической переработки, медицинских имплантатов и морского применения, где другие металлы быстро корродировали бы. Вот что действительно впечатляет: кубический цирконий (синтетический диоксид циркония) — один из самых популярных имитаторов алмаза из когда-либо созданных. Он почти так же твёрд, как алмаз, обладает великолепными оптическими свойствами и может быть изготовлен в любом цвете, став основой ювелирной индустрии с оборотом в миллиарды долларов.
Мартин Генрих Клапрот открыл цирконий в 1789 году при анализе драгоценных камней — цирконов. Йёнс Якоб Берцелиус впервые выделил примесь металлического циркония в 1824 году, хотя для получения чистого циркония потребовалась разработка процесса Кролла в 1940-х годах.
Применение
Исключительная устойчивость циркония к коррозии и низкое поглощение нейтронов делают его незаменимым для ядерных реакторов, а биосовместимость и прочность позволяют использовать его в современных медицинских имплантатах и аэрокосмических конструкциях.
Оболочка топливных элементов из циркалоя окружает таблетки уранового топлива в ядерных реакторах, обеспечивая устойчивость к коррозии в высокотемпературной воде и пропуская нейтроны для поддержания ядерного деления. Низкое сечение поглощения нейтронов у циркония делает его идеальным для компонентов активной зоны реактора, где критически важна эффективность использования нейтронов.
Оборудование из циркония используется для работы с высококоррозионными веществами, включая соляную, серную и органические кислоты, при температурах и концентрациях, которые разрушают нержавеющую сталь за несколько часов. Фармацевтическое производство и изготовление тонких химикатов используют химическую инертность циркония для процессов высокой чистоты.
Сплавы циркония обеспечивают исключительное соотношение прочности и массы для компонентов самолётов, работающих в коррозионных средах. В космической технике устойчивость циркония к атомарному кислороду и циклическим тепловым нагрузкам используется в конструкционных компонентах спутников.
Откуда он берётся
165 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 85% of elements
Цирконий встречается главным образом в минералах цирконе (ZrSiO₄) и бадделеитe (ZrO₂). Циркон — один из самых устойчивых минералов на Земле: он сохраняется миллиарды лет и даёт важнейшую информацию о ранней истории Земли и формировании планет.
Обращение
Металлический цирконий и большинство его соединений обладают низкой токсичностью и отличной биосовместимостью. Порошок циркония представляет пожарную и взрывоопасную угрозу, поэтому требует соблюдения надлежащих процедур хранения и обращения.
При механической обработке и изготовлении изделий из циркония применяются стандартные правила безопасности при работе с металлами. Системы пожаротушения и хранение в инертной атмосфере предотвращают воспламенение порошка циркония.
Краткие ответы
Цирконий (symbol Zr) is element 40 on the periodic table, a переходный металл in period 5, group 4. Effectively transparent to neutrons, which is why it lines the fuel rods in nearly every nuclear reactor. At room temperature it is a solid.
[Kr] 4d² 5s², giving 5 occupied shells holding 2, 8, 18, 10, 2 electrons respectively.Цирконий melts at 2128 K (1854.9 °C) and boils at 4682 K (4408.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of Цирконий is 91.224 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Цирконий has a density of 6.52 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of цирконий is about 6.5× heavier.
Цирконий has a Pauling electronegativity of 1.33. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Цирконий was discovered in 1789 by Martin Heinrich Klaproth. It is named after persian zargun, "gold-coloured".
Цирконий makes up about 165 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.