Fakta o zirkoniu

Zirkonium je stříbrošedý přechodný kov, typ prvku, který je tvárný a tvárný a snadno tvoří stabilní sloučeniny. Je také vysoce odolný proti korozi. Zirkon a jeho slitiny se používají po staletí nejrůznějšími způsoby.

Obvykle se používá v korozivním prostředí. Slitiny zirkonia lze podle Chemicool nalézt v trubkách, tvarovkách a výměníků tepla. Zirkon je podle Minerals Education Coalition také používán v ocelových slitinách, barevných glazurách, cihlách, keramice, brusivech, žárovkách, vláknech lamp, umělých drahokamech a některých deodorantech.

Další použití zirkonia zahrnují katalyzátory, pec cihly, laboratorní kelímky, chirurgické nástroje, televizní sklo, odstraňování zbytkových plynů z vakuových trubic a jako tvrdidlo ve slitinách, jako je ocel, podle Lenntech. Podle Jeffersonovy laboratoře se uhličitan zirkoničitý používá k léčbě břečťanu jedovatého.

Podle národní laboratoře Los Alamos byl zirkonium nalezen ve hvězdách typu S, slunci, meteoritech a v měsíčních horninách. . Podle analýzy lunárních hornin se zdá, že mají ve srovnání s pozemskými horninami překvapivě vysoký obsah zirkonu, podle analýzy vzorků měsíčních hornin z různých misí Apollo.

Na Zemi jsou zdroji zirkonia především minerály zirkon a baddeleyit (oxid zirkoničitý), které se podle Minerals Education těží ve Spojených státech, Austrálii, Brazílii, Jižní Africe, Rusku a na Srí Lance. Koalice. Přirozená hojnost zirkonia v zemské kůře je podle Chemicool 165 hmotnostních dílů na milion.

Jen fakta

• atomová počet (počet protonů v jádře): 40
• Atomový symbol (na periodické tabulce prvků): Zr
• Atomová hmotnost (průměrná hmotnost atomu): 91,22
• Hustota: 3,77 unce na kubický palec (6,52 gramu na kubický cm)
• Fáze při pokojové teplotě: pevná látka
• Bod tání: 3 362 stupňů Fahrenheita (1 850 stupňů Celsia)
• Bod varu: 7 952 F (4 400 C)
• Počet přirozených izotopů (atomy stejného prvku s různým počtem neutronů): 5. Je zde také vytvořeno 20 umělých izotopů v laboratoři.
• Nejběžnější izotopy: Zr-90 (51,5 procent přirozeného množství), Zr-94 (17,38 procent přirozeného množství), Zr-92 (17,15 procent přirozeného množství), Zr- 91 (11,2 procenta přirozeného výskytu), Zr-96 (2,8 procenta přirozeného výskytu)

Konfigurace elektronů a elementární vlastnosti zirkonia. (Obrazový kredit: Greg Robson / Creative Commons, Andrei Marincas)

Historie

Drahokam Zircon se dodává v modré, žluté , zelené, hnědé, oranžové, červené a občas fialové odrůdy. Slovo pochází z perštiny „zargun“ nebo zlaté barvy. Podle nizozemského historika Petera van der Krogta se po staletí používá v špercích a jiných dekoracích. Podle Minerals.net se blíží podobání diamantu než jakýkoli jiný přírodní drahokam. Ve středověku se dokonce věřilo, že zirkon navozuje spánek, podporuje bohatství, čest a moudrost a zahání rány a zlé duchy.

Martin Heinrich Klaproth, německý chemik, objevil zirkon v roce 1789 ve vzorku zirkonu ze Srí Lanky, podle Chemicool. Bylo zjištěno, že složení vzorku je 25 procent oxidu křemičitého, 0,5 procenta oxidu železa a 70 procent nového oxidu, který nazval zirkonnerem (nebo „zirkonem Země“). Klaproth také později našel zirkonnerde v jacintu, světle žluté odrůdě zirkonu, ale podle van der Krogta nedokázal kov oddělit.

Sir Humphry Davy, anglický chemik, se pokusil oddělit zirconerde, aby získal čistý zirkon v roce 1808 pomocí elektrolýzy, ale nebyl úspěšný, podle Chemicoola. Navrhl však název zirkonia pro samotný kov, podle van der Krogta.

Jons J. Berzelius, švédský chemik, izoloval zirkonium v roce 1824, uvádí Chemicool. Vyrobil zirkonium jako černý prášek v důsledku zahřátí železné trubice obsahující směs fluoridu zirkonia draselného a draselného (Kr2ZrF6).

Anton Eduard van Arkel a nizozemští chemici Jan Hendrik de Boer vyráběli čistý zirkonium v roce 1925 zahříváním chloridu zirkoničitého (ZrCl4) s hořčíkem, podle Royal Society of Chemistry. Tato metoda podle Chemicool vytvořila tyčinku z čistého zirkonového krystalu.

Kdo to věděl?

• Zirkon je někdy zaměňována s kubickým zirkonem, syntetickým a levným diamantovým simulátorem. Podle Minerals.net jsou však tyto dvě zcela oddělené látky a nemají spolu žádnou souvislost, kromě toho, že oba obsahují ve své chemické struktuře prvek zirkonium.
• Podle Lenntechu se ročně vyrobí přibližně 7000 tun zirkonového kovu.
• Zirkonium se podle Chemicool spojuje se silikátem a vytváří přírodní polodrahokamový drahokamový zirkon. Zirkon v kombinaci s oxidem vytváří kubický zirkon, který se běžně používá jako náhrada za diamanty.
• Zirkon má velmi nízkou toxicitu a odhaduje se, že lidé požijí přibližně 50 mikrogramů (1,8 x 10-6 uncí) denně Podle Lenntecha většina z nich prochází trávicí soustavou, aniž by byla absorbována.
• Podle Minerals Education Coalition je lidské tělo vyrobeno z přibližně 0,00 0001 procent zirkonia.
• Použití zirkoničitanu lithného může být podle Chemicoolu užitečné při absorpci přebytečného oxidu uhličitého v atmosféře.
• Horniny obsahující zirkon, které byly nalezeny v Austrálii v roce 2000, byly datovány na stáří 4,4 miliardy let a poměr izotopů kyslíku ( O16 / O18) ukázal, že život začal na Zemi téměř o 500 milionů let dříve, než se dříve myslelo, podle článku, který napsal John Emsley, vědecký spisovatel, publikovaný v Nature v roce 2014.
• Prášek zirkonia se může spontánně vznítit ve vzduchu, podle Chemicool . Kvůli této vlastnosti se práškový zirkonium podle Emsleye někdy používá ve výbušných zařízeních.
• Podle Centra pro kontrolu a prevenci nemocí může zirkoniový prášek při krátkodobé expozici způsobit podráždění očí a může být škodlivý do plic pro dlouhodobou nebo opakovanou expozici.

Současný výzkum

Protože je-li jeho vysoká tolerance vůči korozi a jeho pevnost, je zirkonium přítomen v několika sloučeninách v různých lékařské použití. Podle koncepce Zirconia začalo používání sloučenin zirkonia v medicíně v roce 1969, kdy se používaly k výrobě protézy kyčle. Protetika z oxidu zirkoničitého (ZrO2) byla vyvinuta jako alternativa k titanu, oceli a hliníku a ukázalo se, že jsou odolnější a mají lepší biokompatibilitu. Přibližně 300 000 pacientů za poslední čtyři desetiletí s protetikou zirkonia neprokázalo žádné negativní odpovědi.

Podle koncepce Zirconia je zirkonium také široce používáno v zubních náhradách a je obvykle stabilizováno pomocí yttria (ZrO2Y2O3). Sloučenina yttria-zirkoničitý má oproti jiným materiálům mnoho výhod. Je více kompatibilní s lidským tělem a má dvojnásobnou pevnost v ohybu a čtyřnásobnou odolnost proti tlaku než ocel. Má také větší odolnost vůči kyselým zásadám obsaženým v mnoha potravinách.

Mezi další nové nápady pro použití slitin zirkonia v lékařství patří patent podaný v roce 1999 americkými vynálezci Jamesem Davidsonem a Lee Tunebergem. Popisují slitinu obsahující niob, titan, zirkonium a molybden (NbTiZrMo) a její výhody pro zubní a jiné zdravotnické prostředky. Zirkon ve slitině poskytuje vyšší mechanické vlastnosti a snižuje teplotu tání (spolu s titanem), další stabilizaci a zlepšenou odolnost proti korozi.

Další patent podaný japonskými vědci Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim a Yosuke Sato z roku 2012 popisuje slitinu zirkonia, která má super elastické vlastnosti, které lze použít v biologických a lékařských oborech. Zirkon je legován titanem, niobem a buď cínem nebo hliníkem nebo obojím. Slitina je podobná elasticitě lidských kostí podle hodnot daných Youngovým modulem, což z ní činí ideální materiál pro použití uvnitř lidského těla, včetně umělých kostí, kloubů a zubů, stejně jako ortodontické dráty, stenty, kostní dlahy a další lékařské implantáty.

I když jsou zirkonium a další prvky ve slitinách pro zubní a lékařské účely netoxické, stále probíhají studie, které zajistí, že samotné materiály nebudou mít dlouhodobě nepříznivé vedlejší účinky. období. Jedna taková studie skupiny vědců v Itálii, publikovaná v PLOS One v roce 2016, na skupině obézních účastníků zjistila, že by mohla existovat souvislost mezi implantáty zirkonia a některými zdravotními problémy, jako je zánět a poruchy kosterní a pojivové tkáně. Množství změn v určitých biologických markerech (miRNA) bylo velmi malé a předpokládá se, že se hromadí v průběhu času, což může ztěžovat určení přesné příčiny. I když je nutný další výzkum, studie pomohla pochopit souvislost mezi lidským tělem a implantovanými zdravotnickými prostředky. Cílem je podle autorů využít výhod mrRNA k pomoci při hojení ran a integraci hostitel-implantát.