Zirkonium Z Multimediaexpo.cz stránky Zirkonium Nemáte oprávnění „upravit tuto stránku“. Důvod: Požadovanou činnost smějí provádět jen uživatelé ve skupinách Automaticky schválení uživatelé, RCRedaktors. Můžete si prohlédnout a zkopírovat zdrojový kód této stránky: {|border="1" cellpadding="2" cellspacing="1" width="380" align="right" style="margin:0 0 .5em 1em; border-collapse:collapse;" | colspan="2" align="center" bgcolor="fefe00"| <font size=+1>'''Zirkonium'''</font> |- | colspan="2" align="center" | [[Soubor:Zr-TableImage.png|290px|Zirkonium]] |- |[[Atomové číslo]]||40 |- |[[Relativní atomová hmotnost]]||91,224(2) [[Atomová hmotnostní konstanta|amu]] |- |[[Elektronová konfigurace]]||[Kr] 4d<sup>2</sup> 5s<sup>2</sup> |- |[[Skupenství]]||Pevné |- |[[Teplota tání]]||1855 °C, (2128 K) |- |[[Teplota varu]]||4409 °C, (4682 K) |- |[[Mohsova stupnice tvrdosti|Tvrdost]]|| 5,0 |- |[[Elektronegativita]] (Pauling)|| 1,33 |- |[[Hustota]]|| 6,52 g/cm<sup>3</sup> |- |Hustota při teplotě tání|| 5,8 g/cm<sup>3</sup> |- |[[Registrační číslo CAS]]||7440-67-7 |- |Vzhled||[[Soubor:Zr,40.jpg|200px|Pevné zirkonium]] |} '''Zirkonium''', chemická značka Zr, ''(lat. Zirkonium)'' je šedý až stříbřitě bílý, [[kov]]ový prvek, mimořádně odolný proti korozi. Hlavní uplatnění nalézá v jaderné energetice, protože vykazuje velmi nízký [[účinný průřez]] pro záchyt [[neutron]]ů. Dále je složkou různých slitin a protikorozních ochranných vrstev. == Objev prvku == Jako objevitel zirkonia je uváděn [[Martin Heinrich Klaproth]] v roce 1789. Nalezl jej rozkladem minerálu [[jargon]]u ze [[Srí Lanka|Srí Lanky]], tehdejšího [[Ceylon]]u. První úspěšný pokus o izolaci elementárního zirkonia provedl v roce 1824 chemik [[Jöns Jacob Berzelius]]. Jeho produkt nebyl však dokonale čistý a skutečně čisté elementární zirkonium bylo získáno až v roce [[1914]]. == Základní fyzikálně-chemické vlastnosti == [[File:Zirconium rod.jpg|thumb|left|220 px|tyčinka z kovového zirkonia]] Zirkonium je šedý až stříbřitě bílý, středně tvrdý a poměrně lehký kov. Vyznačuje se mimořádnou chemickou stálostí - je zcela netečný k působení vody a odolává působení většiny běžných minerálních [[kyselina|kyselin]] i roztoků alkalických [[hydroxid]]ů. Pro jeho rozpouštění je nejúčinnější [[kyselina fluorovodíková]] HF nebo její směsi s jinými minerálními kyselinami. Zirkonium vykazuje velmi vysokou [[chemická afinita|afinitu]] ke [[kyslík]]u. Jemně rozptýlený kov proto může na vzduchu samovolně vzplanout, zvláště za zvýšené teploty. V kusové podobě (slitky, plechy, dráty) je však na vzduchu naprosto stálé. Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Zr<sup>+4</sup>, ale jsou známy i sloučeniny Zr<sup>+3</sup> a Zr<sup>+2</sup>. == Výskyt == [[File:Cyrkon Rosja, Ural.jpg|thumb|left|220 px|Krystal zirkonu, Ural]] Zirkonium je v [[zemská kůra|zemské kůře]] poměrně hojně zastoupeno, jeho obsah se odhaduje na 165 - 220 mg/kg. V mořské vodě je díky své chemické stálosti přítomno pouze v koncentraci 0,000 022 mg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom zirkonia na 1 miliardu atomů [[vodík]]u. Zirkonium se v přírodě vyskytuje pouze ve formě sloučenin. Nalézáme jej v řadě [[minerál]]ů, které jsou pro své vlastnosti (tvrdost a vzhledová podobnost s [[diamant]]em) známy a používány již od dávnověku. Mezi nejvýznamnější patří křemičitan ''[[zirkon]],'' ZrSiO<sub>4</sub> a oxid zirkonia ''[[baddeleyit]],'' ZrO<sub>2</sub>. Dále jsou známy různé komplexní zirkonáty jako ''[[zirkelit]],'' obsahující [[vápník]], [[železo]], [[titan (prvek)|titan]] a [[thorium]] nebo ''[[uhligit]]'' s obsahem vápníku, titanu a [[hliník]]u. Mezi hlavní oblasti těžby minerálů a hornin s výrazným zastoupením zirkonia patří [[Austrálie]], [[Brazílie]], [[Indie]], [[Rusko]], a [[Spojené státy americké|USA]]. Kromě toho jsou k získávání zirkonia často průmyslově využívány i rudy [[Titan (prvek)|titanu]] jako ''[[ilmenit]] a [[rutil]].'' Výskyt zirkonia byl pomocí spektrální analýzy potvrzen i ve [[hvězda|hvězdách]] podobným našemu [[Slunce|Slunci]], je složkou řady [[meteorit]]ů a má významné zastoupení v [[Měsíc|měsíčních]] horninách. == Výroba == [[File:Zr-crystal-bar.jpg|thumb|right|250 px|kovové krystalické zirkonium]] Průmyslová výroba čistého zirkonia je poměrně nákladná, protože podobně jako v případě titanu nelze použít běžné metalurgické postupy jako redukce uhlím nebo vodíkem. Navíc je většina přírodních surovin zirkonia kontaminována [[hafnium|hafniem]], které vykazuje velmi podobné chemické vlastnosti a [[separace]] těchto příbuzných prvků je značně obtížná. V současné době se při průmyslové výrobě zirkonia používá především tzv. [[Krollův proces]]. Přitom se nejprve pyrolýzou baddeleyitu s uhlíkem a [[Chlór|chlorem]] získává chlorid zirkoničitý ZrCl<sub>4</sub>. : ZrO<sub>2</sub> + 2 Cl<sub>2</sub> + 2 C (900 °C) → ZrCl<sub>4</sub> + 2 CO Frakční [[destilace|destilací]] se poté oddělí [[chlorid železitý]] FeCl<sub>3</sub>, který vzniká z příměsí železa, vyskytujících se prakticky ve všech přírodních materiálech. Dalším krokem je [[Redukce (chemie)|redukce]] [[hořčík]]em v inertní [[argon]]ové atmosféře při teplotě kolem 800 °C. : ZrCl<sub>4</sub> + 2 Mg → Zr + 2 MgCl<sub>2</sub> Zirkonium vzniklé touto reakcí obsahuje zbytky chloridu hořečnatého a kovového hořčíku, které se odstraňují působením [[kyselina chlorovodíková|kyseliny chlorovodíkové]] HCl. Takto připravené zirkonium obsahuje stále ještě kolem 1% hafnia, které není na překážku běžným aplikacím zirkonia ve slitinách a při povrchové ochraně kovů. Pro využití v jaderné energetice je však třeba toto [[hafnium]] oddělit a tento krok zvyšuje přibližně 10x cenu výsledného, hafnia prostého, zirkonia. == Použití == Slitiny zirkonia nacházejí významné uplatnění především v [[jaderná energetika|jaderné energetice]] a povrchové ochraně kovů. * V současné době je přibližně 90 % světové produkce čistého zirkonia používáno při výrobě elektrické energie v [[jaderná elektrárna|jaderných elektrárnách]]. Důvodem je skutečnost, že zirkonium velmi málo pohlcuje [[neutron]]y a jeho slitiny jsou současně chemicky i mechanicky odolné. Důležitým aspektem pro tento typ použití je důkladné odstranění doprovázejícího [[hafnium|hafnia]], které vykazuje přibližně 600× větší [[účinný průřez]] pro tepelné neutrony. ** Komerčně vyráběné slitiny, z nichž se skládají zařízení v jaderném reaktoru se nazývají [[Zircaloy]]. Jde o několik typů slitin, které ve všech případech obsahují přes 97 % Zr, dále jsou do nich legovány kovy jako [[cín]], [[nikl]], [[Chróm|chrom]] a [[železo]]. Obsah hafnia by neměl překročit 0,01%. Uvádí se, že v běžném jaderném reaktoru nalezneme kolem 150 000 metrů potrubí z těchto slitin. * Protože zirkonium se v živých organizmech chová zcela inertně, slouží jeho slitiny pro výrobu [[implantát]]ů, kloubních náhrad a podobných aplikací. * Významné uplatnění nacházejí slitiny zirkonia v antikorozní ochraně kovů především v chemickém průmyslu, kde navíc slouží i k výrobě vysoce tepelně a korozně namáhaných chemických reaktorů, tepelných výměníků a vakuových aparatur. * Pyroforických (zápalných) vlastností jemně práškového zirkonia se využívá při výrobě [[zápalná bomba|zápalných]] bomb pro vojenské účely. * Slitiny s [[niob]]em vykazují [[supravodivost|supravodivé]] vlastnosti při relativně vysokých teplotách (desítky stupňů kelvina) a slouží pro výrobu supravodivých magnetů. == Sloučeniny == [[Soubor:CZ brilliant.jpg|thumb|250 px|vybroušený syntetický oxid zirkonia]] Sloučeninou zirkonia s největším praktickým významem je bezesporu [[oxid zirkoničitý]] ZrO<sub>2</sub>. * Oxid zirkoničitý, ZrO<sub>2</sub>, krystalující v [[Krystalografická soustava|krychlové soustavě]] je velmi významným minerálem zirkonia a v současné době se značné množství vyrábí i synteticky. Důvodem je jeho velmi významná podobnost s [[diamant]]em, především vysoký [[index lomu]] světla, jen o málo nižší než u skutečného diamantu. Zároveň [[mohsova stupnice tvrdosti|tvrdost]] 8,5 v [[Mohsova stupnice|Mohsově stupnici]] se blíží hodnotě 10, kterou má diamant jako nejtvrdší ze všech přírodních materiálů. Nejvýznamnější rozdíl je v [[hustota|hustotě]] těchto dvou materiálů - ZrO<sub>2</sub> vykazuje hodnotu 5,6 – 6 g/cm<SUP>3</SUP>, zatímco diamant je výrazně nižší hustotu kolem 3,5 g/cm<SUP>3</SUP>. ** Krychlový oxid zirkoničitý je proto levnější, ale vzhledově velmi podobnou náhradou pravého [[briliant]]u. Ve šperkařském průmyslu se každoročně zpracovávají tuny tohoto materiálu při výrobě prstenů, náramků, náhrdelníků a dalších šperků. ** Silná podobnost s diamantem pochopitelně svádí i jejich úmyslné záměně, protože jen zkušený klenotník dokáže rychle a spolehlivě rozlišit tyto dva materiály. V současné době jsou však již na trhu spolehlivá a cenově dostupná testovací zařízení, kterými je možno spolehlivě odlišit pravý diamant od ZrO<sub>2</sub>. * Technologicky velmi významná je [[keramika]] na bázi ZrO<sub>2</sub>. Ve [[slévárenství]] a sklářském průmyslu patří tavicí nádoby a vystýlky tavicích pecí vyrobené ze zirkonoxidové keramiky k nejkvalitnějším a jejich skutečně masovému nasazení brání pouze jejich výrazně vyšší cena oproti materiálům na bázi [[grafit]]u nebo Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>. Nitrid zirkonia ZrN<sub>2</sub>, podobně jako nitrid titanu TiN<sub>2</sub> patří k jedněm z nejtvrdších známých látek a převyšuje svou [[tvrdostí]] i [[korund]], 9. prvek z 10-stupňové Mohsovy stupnice tvrdosti. Jeho aplikací jsou brusné materiály, ale i povrchová úprava vrtacích nástrojů – [[nitridování]], kdy je na povrchu nástroje určeného pro extrémní fyzické namáhání vytvořena tenká ochranná vrstva ZrN<sub>2</sub>. == Biologický význam == Díky velmi nízké rozpustnosti zirkonia ve vodě je jeho obsah v živých organizmech velmi nízký a zirkonium rozhodně nepatří mezi biogenní prvky, jejichž nedostatek ve stravě výrazně ovlivňuje fyziologický stav organizmu. Slitiny zirkonia jsou však ve zdravotnictví využívány jako materiály pro výrobu různých tělních implantátů, kloubních náhrad a podobných aplikací. == Literatura == * Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973 * Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974 * Dr. Heinrich Remy, ''Anorganická chemie'' 1. díl, 1. vydání 1961 * N. N. Greenwood - A. Earnshaw, ''Chemie prvků'' 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9 == Externí odkazy == * Periodická soustava a tabulka vlastností prvků [http://home.tiscali.cz/~cz382002/slouc/index.html] * Chemický vzdělávací portál [http://chemie.gfxs.cz/index.php?pg=tabulka_seznam] * WebElements (anglicky) [http://www.webelements.com/] * Periodická tabulka prvků [http://www.tabulka.cz/] {{Tabulka prvků}} {{Commonscat|Zirconium}} {{Článek z Wikipedie}} [[Kategorie:Chemické prvky]] [[Kategorie:Kovy]] Šablony použité na této stránce: Šablona:Commonscat (ukázat zdroj) Šablona:Flickr (ukázat zdroj) Šablona:Tabulka prvků (ukázat zdroj) Šablona:Článek z Wikipedie (ukázat zdroj) Návrat na stránku „Zirkonium“.
