Fakten über Zirkonium

Zirkonium ist ein silbergraues Übergangsmetall, eine Art Element, das formbar und duktil ist und leicht stabile Verbindungen bildet. Es ist auch sehr korrosionsbeständig. Zirkonium und seine Legierungen werden seit Jahrhunderten auf vielfältige Weise eingesetzt.

Es wird häufig in korrosiven Umgebungen verwendet. Zirkonlegierungen finden sich laut Chemicool in Rohren, Formstücken und Wärmetauschern. Zirkonium wird laut Minerals Education Coalition auch in Stahllegierungen, farbigen Glasuren, Ziegeln, Keramik, Schleifmitteln, Blitzlichtern, Lampenfilamenten, künstlichen Edelsteinen und einigen Deodorants verwendet.

Andere Verwendungen für Zirkonium umfassen Katalysatoren, Ofen Ziegel, Labortiegel, chirurgische Instrumente, Fernsehglas, Entfernung von Restgasen aus Vakuumröhren und als Härtungsmittel in Legierungen wie Stahl, so Lenntech. Laut dem Jefferson Laboratory wird Zirkoniumcarbonat auch zur Behandlung von Giftefeu verwendet.

Zirkonium wurde laut dem Los Alamos National Laboratory in Sternen vom Typ S, in der Sonne, in Meteoriten und in Mondgesteinen gefunden . Mondgesteine scheinen im Vergleich zu terrestrischen Gesteinen einen überraschend hohen Zirkongehalt zu haben, wie aus der Analyse von Mondgesteinsproben aus den verschiedenen Apollo-Missionen hervorgeht.

Zirkoniumquellen auf der Erde sind laut Minerals Education in erster Linie die Mineralien Zirkon und Baddeleyit (Zirkoniumdioxid), die in den USA, Australien, Brasilien, Südafrika, Russland und Sri Lanka abgebaut werden Koalition. Laut Chemicool beträgt die natürliche Häufigkeit von Zirkonium in der Erdkruste 165 Gewichtsteile pro Million.

Nur die Fakten

• Atomic Anzahl (Anzahl der Protonen im Kern): 40
• Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): Zr
• Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 91,22
• Dichte: 3,5 Unzen pro Kubikzoll (6,52 Gramm pro Kubikzentimeter)
• Phase bei Raumtemperatur: fest
• Schmelzpunkt: 3.362 Grad Fahrenheit (1.850 Grad Celsius)
• Siedepunkt: 7.952 F (4.400 C)
• Anzahl der natürlichen Isotope (Atome desselben Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen): 5. Es werden auch 20 künstliche Isotope erzeugt in einem Labor.
• Die häufigsten Isotope: Zr-90 (51,5 Prozent der natürlichen Häufigkeit), Zr-94 (17,38 Prozent der natürlichen Häufigkeit), Zr-92 (17,15 Prozent der natürlichen Häufigkeit), Zr- 91 (11,2 Prozent der natürlichen Häufigkeit), Zr-96 (2,8 Prozent der natürlichen Häufigkeit)

Geschichte

Zirkon, ein Edelstein, ist in Blau und Gelb erhältlich , grüne, braune, orange, rote und gelegentlich lila Sorten. Das Wort kommt von der persischen „Zargun“ oder Goldfarbe. Laut Peter van der Krogt, einem niederländischen Historiker, wird es seit Jahrhunderten in Schmuck und anderen Dekorationen verwendet. Laut Minerals.net ähnelt es eher einem Diamanten als jedem anderen natürlichen Edelstein. Während des Mittelalters wurde sogar angenommen, dass Zirkon Schlaf induziert, Wohlstand, Ehre und Weisheit fördert und Seuchen und böse Geister vertreibt.

Martin Heinrich Klaproth, ein deutscher Chemiker, entdeckte laut Chemicool 1789 Zirkonium in einer Zirkonprobe aus Sri Lanka. Es wurde festgestellt, dass die Zusammensetzung der Probe 25 Prozent Siliciumdioxid, 0,5 Prozent Eisenoxid und 70 Prozent ein neues Oxid war, das er Zirkonerde (oder „Zirkon der Erde“) nannte. Klaproth fand später auch Zirkonerde in Jacinth, einer blassgelben Sorte von Zirkon, aber er war nicht in der Lage, das Metall zu trennen, so van der Krogt.

Sir Humphry Davy, ein englischer Chemiker, versuchte 1808, Zirkonerde zu trennen, um reines Zirkonium durch Elektrolyse zu erhalten, war jedoch erfolglos Laut Chemicool schlug er jedoch den Namen Zirkonium für das Metall selbst vor, laut van der Krogt.

Jons J. Berzelius, ein schwedischer Chemiker, isolierte 1824 laut Chemicool Zirkonium. Er produzierte Zirkonium als Schwarzpulver durch Erhitzen eines Eisenrohrs, das eine Mischung aus Kalium und Kaliumzirkoniumfluorid (Kr2ZrF6) enthielt.

Anton Eduard van Arkel und Jan Hendrik de Boer, niederländische Chemiker, produzierten reine Produkte Zirkonium im Jahr 1925 durch Erhitzen von Zirkoniumtetrachlorid (ZrCl4) mit Magnesium, nach Angaben der Royal Society of Chemistry. Diese Methode ergab laut Chemicool einen reinen Zirkoniumkristallstab.

Wer wusste das?

• Zirkon ist manchmal verwechselt mit Zirkonia, einem synthetischen, kostengünstigen Diamantsimulans. Laut Minerals.net sind die beiden jedoch völlig getrennte Substanzen und haben keine Verbindung miteinander, außer dass beide das Element Zirkonium in ihrer chemischen Struktur enthalten.
• Laut Lenntech werden jährlich ca. 7000 Tonnen Zirkoniummetall produziert.
• Zirkonium kombiniert mit Silikat, um laut Chemicool den natürlichen Halbedelstein-Zirkon zu erzeugen. Zirkonium in Kombination mit Dioxid erzeugt kubisches Zirkonoxid, das üblicherweise als Ersatz für Diamanten verwendet wird.
• Zirkonium weist eine sehr geringe Toxizität auf und es wird geschätzt, dass Menschen täglich etwa 50 Mikrogramm (1,8 x 10-6 Unzen) aufnehmen Laut Lenntech passiert der größte Teil des Verdauungssystems, ohne absorbiert zu werden.
• Der menschliche Körper besteht laut Minerals Education Coalition zu etwa 0,000001 Prozent aus Zirkonium.
• Die Verwendung Lithiumzirkonat kann laut Chemicool nützlich sein, um überschüssiges Kohlendioxid in der Atmosphäre zu absorbieren.
• Zirkonhaltige Gesteine, die im Jahr 2000 in Australien gefunden wurden, wurden auf 4,4 Milliarden Jahre alt datiert und das Sauerstoffisotopenverhältnis ( O16 / O18) haben gezeigt, dass das Leben auf der Erde fast 500 Millionen Jahre früher begann als bisher angenommen. Dies geht aus einem Artikel hervor, der von John Emsley, einem Wissenschaftsjournalisten, verfasst wurde und 2014 in Nature veröffentlicht wurde.
• Zirkonpulver kann sich spontan entzünden in Luft nach Chemicool . Aufgrund dieser Eigenschaft wird Zirkonpulver laut Emsley manchmal in Sprengkörpern verwendet.
• Laut den Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten kann Zirkonpulver bei kurzfristiger Exposition Augenreizungen verursachen und schädlich sein für eine langfristige oder wiederholte Exposition in die Lunge.

Aktuelle Forschung

Denn wenn Zirkonium aufgrund seiner hohen Korrosionstoleranz und seiner Festigkeit in mehreren Verbindungen in verschiedenen Verbindungen vorhanden ist medizinische Verwendung. Nach dem Zirkonoxid-Konzept begann die Verwendung von Zirkoniumverbindungen in der Medizin 1969 mit der Herstellung von Hüftprothesen. Zirkonoxid (ZrO2) -Prothesen wurden als Alternative zu Titan, Stahl und Aluminium entwickelt und erwiesen sich als widerstandsfähiger und biokompatibler. Ungefähr 300.000 Patienten mit Zirkonoxidprothesen haben in den letzten vier Jahrzehnten keine negativen Reaktionen gezeigt.

Zirkonoxid wird nach dem Zirkonoxid-Konzept auch häufig bei Zahnrestaurationen verwendet und typischerweise mit Yttriumoxid (ZrO2Y2O3) stabilisiert. Die Yttriumoxid-Zirkonoxid-Verbindung hat gegenüber anderen Materialien viele Vorteile. Es ist besser mit dem menschlichen Körper kompatibel und hat die doppelte Biegefestigkeit und die vierfache Druckfestigkeit von Stahl. Es hat auch eine größere Beständigkeit gegen Säure-Basen, die in vielen Lebensmitteln vorkommen.

Weitere neue Ideen für die Verwendung von Zirkoniumlegierungen im medizinischen Bereich sind ein Patent, das 1999 von den amerikanischen Erfindern James Davidson und Lee Tuneberg angemeldet wurde. Sie beschreiben eine Legierung, die Niob, Titan, Zirkonium und Molybdän (NbTiZrMo) enthält, und ihre Vorteile für Dental- und andere medizinische Geräte. Das Zirkonium in der Legierung bietet höhere mechanische Eigenschaften sowie eine Verringerung der Schmelztemperatur (zusammen mit Titan), eine weitere Stabilisierung und eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit.

Ein weiteres Patent, das 2012 von Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim und Yosuke Sato, japanischen Wissenschaftlern, eingereicht wurde, beschreibt eine Zirkoniumlegierung mit superelastischen Eigenschaften, die im biologischen und medizinischen Bereich eingesetzt werden kann. Zirkonium ist mit Titan, Niob und entweder Zinn oder Aluminium oder beiden legiert. Die Legierung ähnelt der Elastizität menschlicher Knochen gemäß den Werten des Elastizitätsmoduls und ist daher ein ideales Material für Anwendungen im menschlichen Körper, einschließlich künstlicher Knochen, Gelenke und Zähne sowie kieferorthopädischer Drähte, Stents und Knochenplatten und andere medizinische Implantate.

Obwohl Zirkonium und andere Elemente in Legierungen für zahnärztliche und medizinische Zwecke ungiftig sind, gibt es noch laufende Studien, um sicherzustellen, dass die Materialien selbst über lange Zeit keine nachteiligen Nebenwirkungen haben Begriff. Eine solche Studie einer Gruppe von Wissenschaftlern in Italien, die 2016 in PLOS One veröffentlicht wurde, an einer Gruppe fettleibiger Teilnehmer ergab, dass möglicherweise ein Zusammenhang zwischen Zirkonimplantaten und einigen Gesundheitsproblemen wie Entzündungen sowie Skelett- und Bindegewebsstörungen besteht. Das Ausmaß der Veränderung bestimmter biologischer Marker (miRNAs) war sehr gering, und es wird angenommen, dass sie sich im Laufe der Zeit ansammeln, was es schwierig machen kann, die genaue Ursache zu bestimmen. Während zusätzliche Forschung erforderlich ist, half die Studie beim Verständnis der Verbindung zwischen dem menschlichen Körper und implantierten medizinischen Geräten. Laut den Autoren besteht das Ziel darin, mrRNAs zu nutzen, um die Wundheilung und die Integration von Wirt und Implantat zu unterstützen.