Fakta om zirconium

Zirconium er et sølvgråt overgangsmetal, en type element, der er formbart og duktilt og let danner stabile forbindelser. Det er også meget modstandsdygtigt over for korrosion. Zirconium og dets legeringer er blevet brugt i århundreder på mange forskellige måder.

Det bruges ofte i ætsende miljøer. Zirconiumlegeringer kan findes i rør, fittings og varmevekslere, ifølge Chemicool. Zirconium bruges også i stållegeringer, farvede glasurer, mursten, keramik, slibemidler, lyspærer, lampefilamenter, kunstige ædelstene og nogle deodoranter, ifølge Minerals Education Coalition. mursten, lab digler, kirurgiske instrumenter, fjernsynsglas, fjernelse af resterende gasser fra vakuumrør og som hærdningsmiddel i legeringer som stål, ifølge Lenntech. Desuden bruges zirconiumcarbonat til at behandle giftig vedbend ifølge Jefferson Laboratory.

Zirconium er fundet i stjerner af S-typen, solen, meteoritterne og i måneklipper, ifølge Los Alamos National Laboratory . Måneklipper ser ud til at have et overraskende højt zirkonindhold sammenlignet med jordklipper, ifølge analyse af månestensprøver fra de forskellige Apollo-missioner.

På jorden er kilder til zirconium primært mineralerne zircon og baddeleyite (zirconiumdioxid), der udvindes i USA, Australien, Brasilien, Sydafrika, Rusland og Sri Lanka, ifølge Minerals Education Koalition. Zirconiums naturlige overflod i jordskorpen er 165 dele pr. Million efter vægt ifølge Chemicool.

Bare fakta

• Atomic antal (antal protoner i kernen): 40
• Atomsymbol (på det periodiske system): Zr
• Atomvægt (atomets gennemsnitlige masse): 91,22
• Densitet: 3,77 ounce pr. kubikcentimeter (6,52 gram pr. kubikcentimeter)
• Fase ved stuetemperatur: Fast
• Smeltepunkt: 3,362 grader Fahrenheit (1.850 grader Celsius)
• Kogepunkt: 7.952 F (4.400 C)
• Antal naturlige isotoper (atomer af det samme element med et andet antal neutroner): 5. Der er også 20 kunstige isotoper skabt i et laboratorium.
• Mest almindelige isotoper: Zr-90 (51,5 procent af naturlig overflod), Zr-94 (17,38 procent af naturlig overflod), Zr-92 (17,15 procent af naturlig overflod), Zr- 91 (11,2 procent af naturlig overflod), Zr-96 (2,8 procent af naturlig overflod)

Historie

Zircon, en ædelsten, kommer i blå, gul , grønne, brune, orange, røde og lejlighedsvis lilla sorter. Ordet kommer fra den persiske “zargun” eller guldfarve. Det er blevet brugt i smykker og anden dekoration i århundreder, ifølge Peter van der Krogt, en hollandsk historiker. Det kommer tættere på at ligne en diamant end nogen anden naturlig perle, ifølge Minerals.net. I middelalderen menes det, at zircon endda fremkalder søvn, fremmer rigdom, ære og visdom og driver plager og onde ånder væk.

Martin Heinrich Klaproth, en tysk kemiker, opdagede zirconium i 1789 i en prøve af zircon fra Sri Lanka, ifølge Chemicool. Prøveens sammensætning viste sig at være 25 procent silica, 0,5 procent jernoxid og 70 procent et nyt oxid, som han kaldte zirconerde (eller “jordens zircon”). Klaproth fandt også senere zirconerde i jacinth, en lysegul sort af zircon, men han var ude af stand til at adskille metallet, ifølge van der Krogt.

Sir Humphry Davy, en engelsk kemiker, forsøgte at adskille zirconerde for at få rent zirconium i 1808 ved hjælp af elektrolyse, men mislykkedes, ifølge Chemicool Han foreslog imidlertid navnet på zirconium for selve metallet ifølge van der Krogt.

Jons J. Berzelius, en svensk kemiker, isolerede zirconium i 1824 ifølge Chemicool. Han producerede zirconium som et sort pulver som et resultat af opvarmning af et jernrør indeholdende en blanding af kalium og kaliumzirconiumfluorid (Kr2ZrF6).

Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer, hollandske kemikere, producerede rent zirconium i 1925 ved opvarmning af zirconiumtetrachlorid (ZrCl4) med magnesium, ifølge Royal Society of Chemistry. Denne metode producerede en ren zirkoniumkrystalstang ifølge Chemicool.

Hvem vidste?

• Zircon er undertiden forvekslet med cubic zirconia, en syntetisk, billig diamantsimulator. Ifølge Minerals.net er de to imidlertid helt separate stoffer og har ingen forbindelse med hinanden, bortset fra at de begge indeholder elementet zirconium i deres kemiske struktur.
• Ifølge Lenntech produceres der årligt ca. 7000 tons zirconiummetal.
• Zirconium kombineres med silikat for at skabe den naturlige halvædelsten ædelsten zircon, ifølge Chemicool. Zirconium kombineret med dioxid skaber cubic zirconia, som almindeligvis bruges som erstatning for diamanter.
• Zirconium har meget lav toksicitet, og det anslås, at mennesker indtager ca. 50 mikrogram (1,8 x 10-6 ounce) om dagen , hvoraf det meste passerer gennem fordøjelsessystemet uden at blive absorberet, ifølge Lenntech.
• Den menneskelige krop er lavet af ca. 0,000001 procent zirconium ifølge Minerals Education Coalition.
• Brugen ifølge Chemicool.
• Klipper indeholdende zircon, der blev fundet i Australien i 2000, dateredes til at være 4,4 milliarder år gamle og iltisotopforholdet (af lithiumzirconat kan være nyttigt til at absorbere overskydende kuldioxid i atmosfæren. O16 / O18) viste, at livet begyndte på Jorden næsten 500 millioner år tidligere end tidligere antaget, ifølge en artikel skrevet af John Emsley, en videnskabsforfatter, der blev offentliggjort i Nature i 2014.
• Zirkoniumpulver kan spontant antænde i luft ifølge Chemicool . På grund af denne egenskab bruges zirconium i pulverform undertiden i eksplosive enheder ifølge Emsley.
• Ifølge Centers for Disease Control and Prevention kan zirconiumpulver forårsage øjenirritation ved kortvarig eksponering og kan være skadeligt til lungerne til langvarig eller gentagen eksponering.

Nuværende forskning

Fordi hvis dens høje tolerance over for korrosion og dens styrke, er zirconium til stede i flere forbindelser i forskellige medicinske anvendelser. Ifølge Zirconia Concept begyndte brugen af zirconiumforbindelser i medicin i 1969, da det blev brugt til at fremstille hofteproteser. Zirconia (ZrO2) proteser blev udviklet som et alternativ til titanium, stål og aluminium og viste sig at være både mere modstandsdygtige og med bedre biokompatibilitet. Ca. 300.000 patienter i løbet af de sidste fire årtier med zirconia proteser har ikke vist nogen negative reaktioner.

Zirconia anvendes også i vid udstrækning til tandrestaureringer ifølge Zirconia Concept og er typisk stabiliseret med yttria (ZrO2Y2O3). Yttria-zirconia-forbindelsen har mange fordele i forhold til andre materialer. Det er mere kompatibelt med menneskekroppen og har to gange bøjningsstyrken og fire gange stålets kompressionsmodstand. Det har også større modstandsdygtighed over for syrebaser, der findes i mange fødevarer.

Andre nye ideer til anvendelse af zirconiumlegeringer inden for det medicinske område inkluderer et patent indgivet i 1999 af James Davidson og Lee Tuneberg, amerikanske opfindere. De beskriver en legering indeholdende niob, titanium, zirconium og molybdæn (NbTiZrMo) og dens fordele for dental og andet medicinsk udstyr. Zirconium i legeringen giver højere mekaniske egenskaber samt reducerer smeltetemperaturen (sammen med titanium), yderligere stabilisering og forbedret korrosionsbestandighed.

Et andet patent indgivet af Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim og Yosuke Sato, japanske forskere, beskriver i 2012 en zirconiumlegering, der har superelastiske egenskaber, der kan bruges på biologiske og medicinske områder. Zirconium er legeret med titanium, niob og enten tin eller aluminium eller begge dele. Legeringen svarer til elasticiteten af menneskelige knogler i henhold til værdier givet af Youngs modul, hvilket gør det til et ideelt materiale til anvendelser inde i menneskekroppen, herunder kunstige knogler, led og tænder såvel som tandreguleringstråde, stents, knogleplader , og andre medicinske implantater.

Selvom zirconium og andre grundstoffer i legeringer til dental og medicinsk anvendelse ikke er giftige, er der stadig igangværende undersøgelser for at sikre, at materialerne i sig selv ikke har skadelige bivirkninger i lang tid semester. En sådan undersøgelse foretaget af en gruppe forskere i Italien, offentliggjort i PLOS One i 2016, på en gruppe af overvægtige deltagere fandt ud af, at der kunne være en forbindelse mellem zirconiumimplantater og nogle sundhedsmæssige problemer, såsom betændelse og knogler og bindevævssygdomme. Mængden af ændring i visse biologiske markører (miRNAer) var meget lille, og det antages, at de akkumuleres over tid, hvilket kan gøre det vanskeligt at fastlægge den nøjagtige årsag. Mens der er behov for yderligere forskning, hjalp undersøgelsen med at forstå forbindelsen mellem menneskekroppen og implanteret medicinsk udstyr. Målet er ifølge forfatterne at drage fordel af mrRNAer til at hjælpe med sårheling og integration af værtsimplantater.