Преглед на кода на Цирконий

{{друго значение|химичния елемент|изкуствения диамант|фианит}}
{{Химичен елемент
| вид				=Циркониеви образци – сребристо-бял метал
| картинка			=Zirconium_crystal_bar_and_1cm3_cube.jpg
| име				=Цирконий
| вляво				=[[Итрий]]
| вдясно			=[[Ниобий]]
| отгоре			=[[Титан (елемент)|Ti]]
| отдолу			=[[Хафний|Hf]]
| група				=4
| период			=5
| блок				=d
| серия				=преходен метал
| серия_коментар		=
| конфигурация			=&#91;[[Криптон|Kr]]&#93; 4d<sup>2</sup> 5s<sup>2</sup>
| конфигурация_коментар		=
| електрони_на_ниво		=2, 8, 18, 10, 2
| електрони_на_ниво_коментар	=
| CAS_номер			=
| CAS_номер_коментар		=
| атомна_маса			=91,224
| атомна_маса_коментар		=
| атомен_радиус			=155
| атомен_радиус2		=206
| атомен_радиус_коментар	=
| ковалентен_радиус		=175±7
| ковалентен_радиус_коментар	=
| ван_дер_Ваалс			=
| ван_дер_Ваалс_коментар	=
| окс_състояния			='''4''', 3, 2, 1, −2
| окс_състояния_коментар	=
| оксид				=ZrO<sub>2</sub> и ZrO (амфотерни)
| оксид_коментар		=
| електроотрицателност		=1,33
| електроотрицателност_коментар =
| йон_потенциал			=640,1
| йон_потенциал2		=1270
| йон_потенциал3		=2218
| йон_потенциал4		=3313
| йон_потенциал_коментар	=([[моларни йонизационни енергии на химичните елементи|още]])
| агрегатно			=твърдо вещество
| агрегатно_коментар		=
| алотропи			=
| алотропи_коментар		=
| крист_структура		=шестоъгълна плътноопакована
| крист_структура_коментар	=
| крист_структура2		=
| крист_структура_коментар2	=
| плътност			=6520
| плътност_коментар		=
| топене_K			=2128
| топене_коментар		=
| кипене_K			=4650
| кипене_коментар		=
| моларен_обем			=14,011×10<sup>-6</sup>
| моларен_обем_коментар		=
| тройна_точка_темп		=
| тройна_точка_налягане		=
| тройна_точка_коментар		=
| крит_точка_темп		=
| крит_точка_налягане		=
| крит_точка_коментар		=
| топл_топене			=14
| топл_топене_коментар		=
| топл_изпарение		=591
| топл_изпарение_коментар	=
| налягане_пара_T1		=2639
| налягане_пара_T10		=2891
| налягане_пара_T100		=3197
| налягане_пара_T1k		=3575
| налягане_пара_T10k		=4053
| налягане_пара_T100k		=4678
| скорост_звук			=3800
| скорост_звук_коментар		=при 20 [[целзий|°C]]
| топл_капацитет		=278
| топл_капацитет_коментар	=
| електропроводимост		=2,4×10<sup>6</sup>
| електропроводимост_коментар	=при 20 [[целзий|°C]]
| елсъпротивление		=0,421
| елсъпротивление_коментар	=при 20 [[целзий|°C]]
| топлопроводимост		=5,7
| топлопроводимост_коментар	=
| магнетизъм			=[[парамагнетизъм|парамагнитен]]{{hrf|Lide|2005}}
| магнетизъм_коментар		=
| модул_еластичност		=88
| модул_еластичност_коментар	=
| модул_срязване		=33
| модул_срязване_коментар	=
| модул_натиск			=91,1
| модул_натиск_коментар		=
| коефициент_Поасон		=0,34
| коефициент_Поасон_коментар	=
| твърдост_Моос	        	=5
| твърдост_Моос_коментар	=
| твърдост_Викерс		=820 – 1800
| твърдост_Викерс_коментар      =
| твърдост_Бринел		=638 – 1880
| твърдост_Бринел_коментар 	=
| наименование			=
| открит_от			=[[Мартин Клапрот]]
| открит_през			=1789 г.
| изолиран_от			=[[Йонс Берцелиус]]
| изолиран_през			=1824 г.
| изотопи			=
{{химичен елемент/изотоп разпад2|символ=Zr|масово_число=88|честота=[[синтетичен елемент|синт.]]|период_полуразпад=83,4 дни|тип_разпад1=[[електронен захват|ε]]|продукт_символ1=Y|продукт_масово_число1=88|тип_разпад2=[[гама-лъчение|γ]]|продукт_символ2=–}}
{{химичен елемент/изотоп разпад3|символ=Zr|масово_число=89|честота=синт.|период_полуразпад=78,4 часа|тип_разпад1=[[бета-разпад|β<sup>+</sup>]]|продукт_символ1=Y|продукт_масово_число1=89|тип_разпад2=ε|продукт_символ2=Y|продукт_масово_число2=89|тип_разпад3=γ|продукт_символ3=–}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Zr|масово_число=90|честота=51,45 %|firstlinks=yes}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Zr|масово_число=91|честота=11,22 %|firstlinks=no}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Zr|масово_число=92|честота=17,15 %|firstlinks=no}}
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Zr|масово_число=93|честота=[[радиоизотоп|радио]]|период_полуразпад=1,53×10<sup>6</sup> г.|тип_разпад=β<sup>-</sup>|продукт_символ=Nb|продукт_масово_число=93}}
{{химичен елемент/изотоп стабилен|символ=Zr|масово_число=94|честота=17,38 %|firstlinks=no}}{{#tag:ref|Може да претърпи двоен бета-разпад (β<sup>-</sup>β<sup>-</sup>) с период на полуразпад около 5,2×10<sup>19</sup> г. и продукт на разпад <sup>94</sup>Мо.{{hrf|Dokania|June 2018}}|group=б}}
{{химичен елемент/изотоп разпад1|символ=Zr|масово_число=96|честота=2,8 %|период_полуразпад=2×10<sup>19</sup> г.{{hrf|Pritychenko}}|тип_разпад=[[двоен бета-разпад|β<sup>-</sup>β<sup>-</sup>]]|продукт_символ=Mo|продукт_масово_число=96}}
}}

'''Цирконият''' е [[химичен елемент]] със символ '''Zr''' и [[атомен номер]] 40. Той е блестящ сиво-бял [[преходен метал|преходен]] [[метал]], подобен на [[титан (елемент)|титана]]. Използва се в производството на специални сплави поради високата си устойчивост на корозия. Не се среща в природата като метал, а се добива от минерала [[циркон]], който може да се пречисти с [[хлор]]. За първи път е получен през 1824 г. от [[Йонс Берцелиус]].

== Наличие в природата ==
{{раздел-мъниче}}
Разпространението на цирконий в земната кора се оценява на 1,9×10<sup>-2</sup>%, което го нарежда на 18-о място сред елементите. Свободен цирконий не се среща, а той е силно разсеян в природата. Важни негови минерали са [[циркон]] ZrSiO<sub>4</sub>, баделеит ZrO<sub>2</sub>, евдиалит (Na,Ca)<sub>6</sub>ZrOH(Si<sub>3</sub>O<sub>9</sub>)<sub>2</sub>(OH,Cl)<sub>2</sub>. Известни са около 30 циркониеви минерала, много от които съдържат [[Уран (елемент)|уран]], [[хафний]] или [[торий]].

== История ==
Минералът [[циркон]] е известен на човечеството и използван като скъпоценен камък от древността. Той е бляскав и разноцветен и често е оприличаван на диамант, топаз или рубин. Парче циркон от Шри Ланка попада при немския химик Мартин Хайнрих Клапрот през 1789 г., който идентифицирал оксида на циркония.<ref name="Лефтеров">{{Cite book |last=Лефтеров |first=Димитър |title=Химичните елементи и техните изотопи |year=2015 |publisher=Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“ |location=София |isbn=978-954-322-831-7 |pages=192 – 195}}</ref> Металът е изолиран за първи път през 1824 г. от шведския химик [[Йонс Берцелиус|Берцелиус]] от калиев хексафлуороцирконат:<ref name="Лефтеров" />

: <chem>K2[ZrF6] + 4Na -> Zr + 2KF + 4NaF</chem>

Полученият цирконий бил трошлив заради примесите в него, като това свойство се запазва до 99% чистота. Това премахнало възможното практическо приложение на метала. През 1925 г. нидерландските химици Антон Е. ван Аркел и Дж. Х. Боер подлагат на разграждане по т.нар. „йодиден метод“ ZrI<sub>4</sub>, като се получил много чист цирконий. Така полученият метал бил ковък и мек, но използването му било ограничено от бавния и скъп метод за получаването му. През 1940 г. Уилиам Крол развива по-евтин метод чрез редукция на ZrCl<sub>4</sub> с Mg, което впоследствие е наречено „метод на Крол“.<ref name="Лефтеров" />

== Физични свойства ==
Цирконият е сравнително мек сребрист метал с плътност 6,52 g/cm<sup>3</sup>. Топи се при 1855&nbsp;°C и кипи при 4409&nbsp;°C. Има хексагонална стеноцентрична решетка до 826&nbsp;°C, над която температура преминава в кубична обемноцентрична сингония.

=== Изотопи ===
На земята и в космоса цирконият съществува под формата на петте си стабилни изотопа – <sup>90</sup>Zr, <sup>91</sup>Zr, <sup>92</sup>Zr, <sup>94</sup>Zr и <sup>95</sup>Zr, синтезирани от звездите чрез s- и r-порцес.<ref name="Лефтеров" /> Смята се, че <sup>94</sup>Zr може да претърпи двоен бета-разпад (β<sup>-</sup>β<sup>-</sup>) с период на полуразпад около 5,2×10<sup>19</sup> г. и продукт на разпад <sup>94</sup>Мо.{{hrf|Dokania|June 2018}} Известни са 28 радиоактивни изотопа и 5 изомера на циркония с ''A'' от 78 до 110, с периоди на полуразпад от 1,53×10<sup>6</sup> за <sup>93</sup>Zr до дни, часове, минути, секунди и части от секундата.

Продукти на деленето на <sup>235</sup>U и <sup>239</sup>Pu са <sup>93</sup>Zr, <sup>95</sup>Zr и <sup>96</sup>Zr с добив до 6,2%.<ref name="Лефтеров" />

== Химични свойства ==
Цирконият е преходен метал от 4-та (IV B) група. Електронната му структура е KLM4''s''<sup>2</sup>4''p''<sup>6</sup>'''4''d''<sup>2</sup>'''5''s''<sup>2</sup> – прибавя се електрон в 4''d''-подслоя спрямо итрия. В съединенията си проявява 4-та валентност. Известни са малко стабилни съединения в по-нисша валентност. По химични свойства е подобен на хафния и титана. Има отрицателен електроден потенциал, но не реагира с водата и минералните киселини, с изключение на [[Флуороводородна киселина|HF]].<ref name="Киркова">{{Cite book |last=Киркова |first=Елена |title=Химия на елементите и техните съединения |year=2013 |publisher=Университетско издателство „Св. Климент Охридски“ |location=София |isbn=978-954-07-3504-7 |pages=483 – 492}}</ref> Устойчив е в разтвори на алкални основи и при загряване поради основния характер на ZrO<sub>2</sub>. Реагира със стопени основи и алкални карбонати до соли:

<chem>Zr + 4NaOH -> Na4ZrO4 + 2H2</chem>

На въздух цирконият се покрива с тънък плътен оксиден слой, който го предпазва от следващо окисление, но в прахообразно състояние се самозапалва.<ref name="Лефтеров" />

Цирконият редуцира оксидите на [[Магнезий|магнезия]], [[Берилий|берилия]] и [[Торий|тория]].

Над 250&nbsp;°C в присъствието на водород, цирконият образува хидриди и твърди разтвори, които проявяват метални свойства. При около 800&nbsp;°C цирконият реагира с кислорода до ZrO<sub>2</sub>. Циркониевият диоксид е твърд, бял до жълто-кафяв и труднотопим (2700&nbsp;°C). Използва се в абразивни, в огнеупорни материали и в стъкла, издръжливи на киселини и основи.

Над 400&nbsp;°C с азота образува нитриди и твърди разтвори, а над 1500&nbsp;°C с бора образува металните бориди ZrB и ZrB<sub>2</sub>.

Циркониевият тетрахлорид се получава от циркониев карбид или оксид. Използва се за получаването на органоциркониеви съединения.

Цирконият образува селениди, телуриди, фосфиди, арсениди и германиди.

== Съединения ==
=== Оксиди и хидроксиди ===
Познат е само диоксидът, ZrO<sub>2</sub>. Той се получава при изгаряне на метала или при нагряване на утайки от хидратните оксиди – ZrO<sub>2</sub>•''n''H<sub>2</sub>O. На вид прилича на TiO<sub>2</sub> и се топи при 2580&nbsp;°C. Оксидът е химически инертен и не реагира дори със стопени основи и метали, а с повишаване на температурата променя незначително обема си. Търпи фазов преход над 1100&nbsp;°C<ref name="Киркова" /> и при многократна употреба  може да настъпи напукване. Монокристалите му се използват като лещи и плочки при много високи температури в космическите кораби.<ref name="Киркова" />

Заради инертността на диоксида, хидроксидът се получава индиректно:

<chem>ZrCl4 + 4NaOH -> Zr(OH)4 + 4NaCl</chem>,

но реакцията не се осъществява в този вид във воден разтвор, защото не са открити прости Zr<sup>4+</sup>, а комплексни катиони. При алкализиране на този разтвор се получават цирконати със сложен състав, и накрая хидратни оксиди. При стапяне на ZrO<sub>2</sub> с оксиди или карбонати на други метали се получават цирконати с определен състав.<ref name="Киркова" />

=== Халогениди ===
Познати са всички тетрахалогениди, които са твърди вещества ZrF<sub>4</sub> се получава при флуориране на тетрахлорида с безводна HF. Тетрахлоридът и тетрабромидът се получават от редукция на оксидите с въглерод и реакция със съответния халоген. Тетрайодидът се получава по реакцията:

<chem>3ZrO2 + 4AlI3 -> 3ZrI4 + 2Al2O3</chem>

== Производство ==
{{раздел-мъниче}}
Производството на цирконий не е възможно чрез редукция на минералите му с [[въглерод]], защото при тези условия се получават карбиди. Използва се редукция на ZrCl<sub>4</sub> с Ca или Mg. Предварително се отделя [[хафний|хафният]] чрез йонообменен метод или екстракция. В много чисто състояние се получава по метода на транспортните реакции.

== Приложение ==
Първоначално цирконият е използван в черната, а по-късно в цветната металургия. Той реагира с газовете и сярата в стоманата, което повишава издръжливостта ѝ на натоварване. Малка добавка на цирконий в алуминиевите сплави ги прави по-високотопими, магнезиевите сплави стават устойчиви на корозия, а прибавянето му към [[Титан (елемент)|титан]] повишава киселината му устойчивост.

Най-широкото приложение на циркония е в ядрените реактори, където се използва за облицоване на горивните елементи и за изработване на активната зона. Цирконият има много ниско сечение за топлинни неутрони и е високотопим, но дори минимални количества [[хафний]], които винаги съпътстват метала, нарушават тези негови качества. Затова в ядрените реактори се използва цирконий с реакторен клас чистота.

Цирконият е корозионноустойчив и пластичен, и се използва като конструкционен материал при високотемпературната техника и турбореактивните двигатели.<ref name="Киркова" />

Цирконият поглъща кислорода, азота и водорода, поради което се използва като гетер за отстраняване на остатъчни газове във вакуумирани обеми.

ZrB<sub>2</sub> се използва като компонент на инструментални стомани, композитни и огнеупорни материали, абразиви. Използва се и в регулиращите пръти на ядрените реактори, където борът служи за регулиране на количеството топлинни неутрони.<ref name="Лефтеров" />

== Биологични ефекти ==
{{раздел-мъниче}}
Цирконият е високо съвместим с биологичната тъкан и е корозионно устойчив. От него се приготвят хирургически инструменти, протези и се използва в неврохирургията. В зъботехниката се използва за изработване на зъбопротезни конструкции.<ref name="Лефтеров" />

== Бележки ==
<references group="б" />

== Източници ==
<references/>

; Използвана литература
{{дребно|
* {{Cite book |last=Lide |first=D. R. |title=CRC Handbook of Chemistry and Physics |url=https://web.archive.org/web/20110303222309/http://www-d0.fnal.gov/hardware/cal/lvps_info/engineering/elementmagn.pdf |edition=86th |year=2005 |publisher=CRC Press |location=Boca Raton (FL) |lang=en |isbn=0-8493-0486-5 |chapter=Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds}}
* {{Цитат уеб |уеб_адрес=http://www.nndc.bnl.gov/bbdecay/list.html |заглавие=Adopted Double Beta Decay Data |фамилно_име=Pritychenko |първо_име=Boris |издател=National Nuclear Data Center |език=en |author2=Tretyak, V.}}
* {{cite journal | last = Dokania | first = N. | authorlink = | coauthors = Degering D., Lehnert B., Nanal V., Zuber K.| year = 2018 | month = June | title = An improved half-life limit of the double beta decay of <sup>94</sup>Zr into the excited state of <sup>94</sup>Mo | journal = Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics | publisher = IOP Publishing Ltd | location = | volume = 45 | issue = 7 | pages = | doi = 10.1088/1361 – 6471/aac7ed | id = | url = | format = | accessdate = | lang-hide = | lang = en }}
}}

{{превод от|en|Zirconium|258434992}}

{{Периодична система}}

[[Категория:Химични елементи]]
[[Категория:Преходни метали]]