Перегляд вихідного коду сторінки Цирконій

{{Хімічний елемент|Цирконій (Zr)<!--Назва-->|40<!--Атомний номер-->|світло-сірий, блискучий <br />метал, стійкий до корозії[[Файл:Zirconium crystal bar and 1cm3 cube.jpg|міні|ліворуч|200пкс|Два зразки кристалічних брусків найчистішого цирконію 99,97% з різними текстурами поверхні, отримані [[Метод ван-Аркеля-де-Бура|методом ван-Аркеля-де-Бура]] (йодидним методом), а також куб об'ємом 1 см³ з цирконію високої чистоти 99,95% для порівняння. Для фотографування шматки металу були розміщені на білій скляній пластині]]<!-- Зовнішній вигляд-->|91,224<!--Атомна маса-->|160<!--Радіус атома-->|659,7(6,84)<!--Енергія іонізації-->|[Kr] 4d<sup>2</sup> 5s<sup>2</sup><!--Електронна конфігурація-->|145<!--Ковалентний радіус-->|(+4e)79 <!--Радіус іона-->|1,33<!--Електровід'ємність-->|0<!--Електродний потенціал-->|+4, +3, +2<!--Степені окислення-->|6,506<!--Густина-->|0,281<!-- Питома теплоємність-->|22,7<!--Теплопровідність-->|2125<!--Температура плавлення-->|19,2<!--Теплота плавлення -->|4650<!--Температура кипіння-->|567<!--Теплота випаровування-->|14,1<!--Молярний об'єм-->|гексагональна<!--Структура решітки-->|3,230<!--Період решітки-->|1,593<!--Відношення c/a-->|310<ref>[https://books.google.com.ua/books?id=rN1yVmUYcgUC&pg=PA537 A Course In Thermodynamics, Volume 2]{{ref-en}}</ref><!--Температура Дебая-->}}

'''Цирко́ній''' (Zr)&nbsp;— [[хімічний елемент]] із [[атомний номер|атомним номером]] 40, [[перехідні метали|перехідний метал]]. Особливістю цирконію є стійкість до [[корозія|корозії]]. Використовується в [[сплав]]ах. Назва цирконій походить від мінералу [[циркон]], що, своєю чергою, ймовірно, походить від перського ''«заргун»''&nbsp;— «золотистий».

== Історія ==
Найважливішим цирконовмісним мінералом є [[циркон]] (Zr[SiO<sub>4</sub>]), відомий з античних часів. Циркон вважали різновидом [[діамант]]у, проте у 1789 році німецьким хіміком [[Мартін Генріх Клапрот|М.&nbsp;Клапротом]] було доведено, що це не так. Нагріваючи привезений зі [[Шрі-Ланка|Шрі-Ланки]] зразок циркону з [[гідроксид натрію|гідроксидом натрію]]<ref>[http://www.refractorymetal.org/the-discovery-of-zirconium/ The Discovery of Zirconium]{{ref-en}}</ref>, він встановив, що на 25&nbsp;% той складається з кремнію, а на 70&nbsp;%&nbsp;— з оксиду невідомого раніше елементу. Цей оксид отримав назву «цирконієва земля», проте Клапроту не вдалося виділити метал з оксиду. У 1808 році [[Гемфрі Деві]] намагався отримати металічний цирконій за допомогою [[електроліз]]у, проте невдало<ref name="chemicool">[https://www.chemicool.com/elements/zirconium.html Discovery of Zirconium]{{ref-en}}</ref>.

Металевий цирконій (чистотою 93&nbsp;%) уперше отримав шведський хімік [[Йонс Якоб Берцеліус]] у 1824 році відновленням його з подвійного [[фторид]]у калію та цирконію K<sub>2</sub>ZrF<sub>6</sub> металевим [[калій|калієм]]. Атомна маса цирконію була точно встановлена лише у 1925 році, після того як голландські вчені [[Антон Едуард ван Аркель]] і [[Ян Хендрік де Бур]] розробили [[Метод ван Аркеля — де Бура|названий на їх честь метод]] отримання чистого цирконію (утворення леткого йодиду цирконію ZrI<sub>4</sub> і подальший його термічний розклад). Після цього стало зрозуміло, що отриманий раніше цирконій містив домішки [[гафній|гафнію]], внаслідок чого його атомна маса була завищеною.

У 1946 році [[Люксембург|люксембурзький]] металург, що емігрував в США, [[Вільям Кролл]] винайшов дешевший спосіб промислового отримання цирконію, шляхом його [[металотермія|металотермічного]] відновлення з хлориду ([[процес Кролла]]), що використовується і понині<ref>[https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/05/133/5133019.pdf Fabrication of zirconium sponge]{{ref-en}}</ref>.

== Властивості ==
Атомна маса 91,22. У природі існує 5 стабільних ізотопів <sup>90</sup>Zr (51,46&nbsp;%), <sup>91</sup>Zr (11,23&nbsp;%), <sup>92</sup>Zr (17,11&nbsp;%), <sup>94</sup>Zr (17,40&nbsp;%) і <sup>96</sup>Zr (2,80&nbsp;%). [[Кристалічна ґратка]] при температурі нижче 863&nbsp;°C гексагональна, щільноупакована, вище цієї температури&nbsp;— кубічна.

Проста речовина&nbsp;— цирконій. Сріблясто-білий блискучий метал. Чистий цирконій пластичний, хімічно малоактивний. Стійкий до дії води, лугів і більшості кислот (винятком є [[флуоридна кислота]] HF, з якою він досить активно реагує навіть за малих концентрацій<ref name="chemicool"/>). Реагує з киснем, галогенами, поглинає [[водень]] і [[азот]]. При нагріванні взаємодіє концентрованою H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> та царською горілкою. У сполуках [[ступінь окиснення]] +4, рідше +2 і +3{{sfn | Poole | 2004 | с=1511}}.

[[Густина]] 6,5; t<sub>плав</sub> 1855&nbsp;°C, t<sub>кип</sub> бл. 4371&nbsp;°C. Неподрібнений цирконій в присутності кисню починає горіти лише при нагріванні вище 4460&nbsp;°C, що є рекордом серед металів<ref name="chemicool"/>.

Цирконій переходить у надпровідний стан при температурі 0,61 К. Парамагнітний. Питомий опір&nbsp;— 41,5×10-<sup>8</sup> Ом·м. Переріз реакції поглинання теплових нейтронів дуже низький&nbsp;— 0,61 [[барн]]{{sfn | Poole | 2004 | с=1511}}.

== Ізотопи ==
Природній цирконій складається з п'яти різних ізотопів. З них 4 стабільні, а ще 1 має надзвичайно довгий період розпаду.
{| class="wikitable"
|-
! Масове число !! Частка у природному цирконії !! Період напіврозпаду
|-
| 90 || 51,45&nbsp;% || {{math|∞|size=150%}}
|-
| 91 || 11,22&nbsp;% || {{math|∞|size=150%}}
|-
| 92 || 17,15&nbsp;% || {{math|∞|size=150%}}
|-
| 94 || 17,38&nbsp;% || {{math|∞|size=150%}}
|-
| 96 || 2,80&nbsp;% || 2,35×10<sup>19</sup> років
|}
Загалом відомо 39 [[ізотопи|ізотопів]] цирконію з масовими числами від 78 до 112, 4 з яких&nbsp;— метастабільні.
З нестабільних ізотопів, що не зустрічаються в природі, найбільші періоди напіврозпаду мають Zr<sup>93</sup> (1,61&nbsp;млн років) і Zr<sup>88</sup> (83,4 дні)<ref>[https://education.jlab.org/itselemental/iso040.html Isotopes of the Element Zirconium]{{ref-en}}</ref>.

== Поширення ==
Середній вміст цирконію в [[Земна кора|земній корі]] (1,7–2,0)•10<sup>−2</sup>% (мас). У морській воді цирконій має концентрацію 0,026 мкг/л. Усього відомо понад 30 мінералів цирконію, але практичне значення мають тільки [[циркон]] ZrSiO<sub>4</sub> і [[бадделеїт]] ZrO<sub>2</sub>.

Основним типом промислових родовищ є прибережно-морські й елювіально-делювіальні [[розсипи]], а також лужні та гранітні [[пегматити]].

У 2018 році розвідані резерви цирконію становлять 74 мільйони тонн (у перерахунку на ZrO<sub>2</sub>). Загальний видобуток у тому ж році становив 1,6 мільйона тонн<ref>[https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/zirconium/mcs-2018-zirco.pdf ZIRCONIUM AND HAFNIUM]{{ref-en}}</ref>.

== Отримання ==
[[Файл:Zr-crystal-bar.jpg|thumb|left|Кристалічний цирконій, отриманий за допомогою газотранспортної реакції]]
[[File:Zirconium mineral concentrates - world production trend.svg|thumb|World production trend of zirconium mineral concentrates|upright=1.1|Світова тенденція виробництва цирконієвих мінеральних концентратів]]
Цирконій отримують шляхом спікання рудного концентрату циркону з K<sub>2</sub>[SiF<sub>6</sub>], наступного вилуговування і відновлення [[Флуорид цирконію(IV)|ZrF<sub>4</sub>]] магнієм або натрієм до Zr-губки або хлоруванням концентрату при температурі 900–1000&nbsp;°C у присутності [[кокс]]у і потім [[металотермія|металотермічним]] відновленням ZrCl<sub>4</sub> до Zr. Компактний ковкий цирконій отримують плавленням у вакуумних дугових печах Zr-губки.

Спочатку цирконовмісну сировину переводять в [[оксид цирконію]] у розплаві [[гідроксид натрію|гідроксиду натрію]]. Потім оксид сплавляють з коксом у дуговій печі та переводять [[хлор]]ом у тетрахлорид:
: <math>\mathrm{ ZrO_2 + 2C + 2Cl_2 \xrightarrow{900^{\circ}C} \ ZrCl_4 + 2CO }</math>
Далі тетрахлорид відновлюють [[магній|магнієм]] у [[гелій|гелієвій]] атмосфері:
: <math>\mathrm{ ZrCl_4 + 2Mg \longrightarrow Zr + 2MgCl_2}</math>
Для отримання чистого цирконію використовують газотранспортну реакцію з [[йод]]ом (при 200&nbsp;°С) із розщепленням йодиду цирконію на розжареному дроті (при 1300&nbsp;°C) із утворенням кристалів елементарного цирконію:
: <math>\mathrm{Zr + 2I_2 \leftrightarrows ZrI_4}</math>

== Застосування ==

''Див. також'' [[Застосування цирконійвмісних речовин]]
 
Висока [[температура плавлення]], хімічна інертність до кислот і розплавлених середовищ, малий перетин захоплення нейтронів (0,18 барн) і ряд інших властивостей визначають основні області застосування цирконію. Він є ідеальним матеріалом для обладнання ядерних реакторів. Застосовується для легування сплавів кольорових металів, що використовуються в літако- і автомобілебудуванні, у ракетобудуванні, хімічному машинобудуванні тощо. Зростає використання циркону у виробництві керамічної плитки та санітарного [[фаянс]]у&nbsp;— найбільшому секторі його споживання, де витрачається близько половини (50&nbsp;%) всього використовуваного у світі циркону.<ref>[https://www.zircon-association.org/assets/files/KnowledgeBank/the-mineral-sands-industry-factbook-(feb-2014).pdf Mineral Sands Industry Fact Book TZ Minerals International (TZMI) 2013]</ref>

Порошкам цирконію притаманна характерна властивість горіння в кисні повітря (температура самозаймання&nbsp;— 250&nbsp;°C) з великою швидкістю та практично без виділення диму<ref>[https://repository.kpi.kharkov.ua/server/api/core/bitstreams/739afe7e-38fc-4ffd-bb99-b7f28d822207/content ВИРОБНИЦТВО ПІРОТЕХНІЧНИХ ПОРОШКІВ ЦИРКОНІЮ НА ДОНЕЦЬКОМУ ХІМІКО-МЕТАЛУРГІЙНОМУ ЗАВОДІб Шпильовий Л. Журнал ГЕОТЕХНОЛОГІЇ №6 2023]</ref>. При цьому розвивається найвища температура для металевих горючих (4650 °C). При згоранні металевого порошку випромінюється значна кількість світла. Ця особливість дуже широко використовується в піротехніці (виробництво салютів та фейерверків), виробництві хімічних джерел світла, які застосовуються в різних галузях діяльності людини (освітлювальні бомби, ракети, факели). Порошок цирконію застосовують в суміші з окиснювачами (бертолетова сіль) як бездимний засіб в сигнальних вогнях та в запалах, як заміну гримучої ртуті (фульмінату ртуті) та азиду свинцю. Цирконій використовується в якості добавки до багатьох видів ракетного палива; в різних типах зброї, у тому числі артилерії; у виробництві нових видів патронів для стрілецької зброї, для трасуючих куль, бездимного пороху. Порошки цирконію з низькою температурою спалаху та високою швидкістю горіння використовуються в сумішах для капсулів-детонаторів для підриву зарядів. 

Зазначені властивості цирконію обумовлюють його застосування в таких галузях і підгалузях:
*виробництво ядерних паливних елементів: цирконій використовують як оболонку для ядерних паливних елементів ядерних реакторів.
*виробництво сплавів: цирконій використовують як складову компоненту сплавів з алюмінієм, магнієм та іншими металами, що застосовуються у літакобудуванні, автомобільній промисловості та ін.
*хімічна промисловість: цирконій використовують як каталізатор у різних хімічних реакціях, а також у виробництві різних хімічних продуктів, таких як кераміка, скло та кольорові пігменти.
*аерокосмічна промисловість: використовують у вигляді термоізоляційних матеріалів у космічних апаратах та ракетах.
*медицина: цирконій-кераміку використовують як замінник кісткової тканини при виготовленні імплантатів, таких як штучні суглоби та зубні імплантати.
*електроніка: цирконій використовують у виробництві різноманітних компонентів електроніки, таких як конденсатори.       

Цирконієва продукція, яка включає як природні мінеральні концентрати (цирконові і баделеїтові), так і продукти їх переробки, користується у світі широким попитом. У 2023 році в світі вироблено більше 1,6 млн. т цирконових і баделеїтових концентратів, до 85–90 % яких використано безпосередньо, без хімічної їх переробки<ref>Kiran Pulidindi, Kunal Ahuja. Zirconium Market Research Report (Розмір і частка ринку цирконію – аналітичний звіт), GMI7082. – 2023. – 180 c.</ref>. Ці концентрати використовуються в багатьох галузях: у виробництві високоякісної кераміки, глазурі (поливи), емалей, при виготовлені вогнетривів, в ливарному виробництві та інших галузях. 
 
Власні потреби промисловості України у 1998 році становили 90&nbsp;т цирконію при виробництві 180&nbsp;т. У 2010&nbsp;р. планувалося збільшення виробництва до 360&nbsp;т.

== Див. також ==
* [[Цирконієві руди]]
* [[Фіаніт]]
* [[Циркон]]
* [[Цирконієва промисловість]]

== Примітки ==
{{reflist}}

== Література ==
* {{Глосарій термінів з хімії}}
* {{МГЕ}}
* [http://www.rsc.org/chemistryworld/podcast/element.asp Chemistry in its element podcast] (MP3) from the [[Royal Society of Chemistry]]'s [[Chemistry World]]: [http://www.rsc.org/images/CIIE_zirconium_remix2_48k_tcm18-117340.mp3 Zirconium]
* [http://www.periodicvideos.com/videos/040.htm Zirconium] at ''[[The Periodic Table of Videos]]'' (University of Nottingham)
* {{книга
 |заголовок      = Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics
 |посилання      = https://books.google.com.ua/books?id=CXwrqM2hU0EC
 |видання        = 1
 |відповідальний = Charles P. Poole, Jr.
 |місце          = San Diego
 |видавництво    = Academic Press
 |рік            = 2004
 |сторінок       = 1672
 |isbn           = 9780080545233
 |ref            = Poole
}}
* Шпильовий Л.&nbsp;В.&nbsp;Цирконієва промисловість України: становлення і розвиток: монографія / Л.&nbsp;В.&nbsp;Шпильовий, В.&nbsp;С.&nbsp;Білецький / ред. В.&nbsp;С.&nbsp;Білецький.&nbsp;— Львів: «Новий Світ-2000», 2024.&nbsp;— 400 с.&nbsp;— (Серія «Бібліотека Гірничої енциклопедії»). ISBN 978-966-418-487-5
[[Категорія:Цирконій|*]]
[[Категорія:Хімічні елементи]]
[[Категорія:Метали]]
[[Категорія:Помірно небезпечні речовини]]
[[Категорія:Період 5 періодичної системи елементів]]
[[Категорія:Рідкісні метали]]