Tények a cirkóniumról

A cirkónium ezüstszürke átmeneti fém, egy olyan típusú elem, amely képlékeny és képlékeny, és könnyen stabil vegyületeket képez. Rendkívül korrózióálló. A cirkóniumot és ötvözeteit évszázadok óta nagyon sokféle módon használják.

Általában maró környezetekben használják. A cirkóniumötvözetek megtalálhatók a csövekben, szerelvényekben és hőcserélőkben – írja a Chemicool. A cirkóniumot acélötvözeteknél, színes mázaknál, tégláknál, kerámiáknál, csiszolókban, villanykörtékben, lámpafonalakban, mesterséges drágakövekben és néhány dezodorban is használják a Minerals Education Coalition szerint.

A cirkónium egyéb felhasználási területei közé tartoznak a katalizátorok, a kemence tégla, laboratóriumi tégely, műtéti műszer, televíziós üveg, a maradék gázok eltávolítása a vákuumcsövekből, és keményítőszerként ötvözetekben, például acélban – állítja Lenntech. A Jefferson Laboratórium szerint cirkónium-karbonátot használnak a mérgező borostyán kezelésére is. A Los Alamos Nemzeti Laboratórium szerint cirkóniumot találtak S típusú csillagokban, a napban, a meteoritokban és a holdkőzetekben. . Úgy tűnik, hogy a holdkőzetek meglepően magas cirkontartalommal rendelkeznek a földi kőzetekhez képest, a különböző Apollo-küldetések holdkőzeteinek elemzése szerint.

A Földön a cirkónium forrása elsősorban a cirkon és a baddeleit (cirkónium-dioxid) ásványi anyagai, amelyeket az Egyesült Államokban, Ausztráliában, Brazíliában, Dél-Afrikában, Oroszországban és Srí Lankán bányásznak – írja az Minerals Education Koalíció. A cirkónium természetes bősége a Föld kérgében 165 tömegrész / millió, a Chemicool adatai alapján.

Csak a tények

• Atomi szám (protonok száma a magban): 40
• Atomi szimbólum (az elemek periódusos rendszerén): Zr
• Atomsúly (az atom átlagos tömege): 91,22
• Sűrűség: 3,77 uncia köbcentiméterenként (6,52 gramm / köbcentiméter)
• Fázis szobahőmérsékleten: szilárd
• Olvadáspont: 3362 Fahrenheit fok (1850 Celsius fok)
• Forráspont: 7,952 F (4400 C)
• A természetes izotópok száma (ugyanazon elem atomjai eltérő neutronszámmal): 5. 20 mesterséges izotóp is létrejött laboratóriumban.
• A leggyakoribb izotópok: Zr-90 (a természetes bőség 51,5 százaléka), Zr-94 (a természetes bőség 17,38 százaléka), Zr-92 (a természetes bőség 17,15 százaléka), Zr- 91 (a természetes bőség 11,2 százaléka), Zr-96 (a természetes bőség 2,8 százaléka)

Előzmények

A drágakő cirkónia kék, sárga színű , zöld, barna, narancssárga, piros és esetenként lila fajták. A szó a perzsa “zargun” vagy arany színből származik. Peter van der Krogt holland történész szerint évszázadok óta használják ékszerekben és más dekorációkban. A Minerals.net szerint közelebb áll ahhoz, hogy hasonlítson egy gyémánthoz, mint bármely más természetes gyöngyszem. A középkor folyamán úgy gondolták, hogy a cirkon alvást vált ki, elősegíti a gazdagságot, a becsületet és a bölcsességet, és elűzi a csapásokat és a gonosz szellemeket.

Martin Heinrich Klaproth német vegyész 1789-ben fedezte fel a cirkóniumot a Srí Lanka-i cirkonmintában – írja a Chemicool. Megállapították, hogy a minta összetétele 25% szilícium-dioxid, 0,5% vas-oxid és 70% új oxid, amelyet cirkonerdának (vagy “a föld cirkonjának”) nevezett el. Klaproth később cirkonerdát is talált a jacintban, egy halványsárga fajtában. van der Krogt szerint nem tudta szétválasztani a fémet.

Sir Humphry Davy angol vegyész megkísérelte 1808-ban elektrolízissel elkülöníteni a cirkonerdát, hogy tiszta cirkóniumot kapjon, de nem járt sikerrel, a Chemicool szerint. Van der Krogt szerint ugyanakkor javasolta a cirkónium nevét magának a fémnek.

Jons J. Berzelius svéd kémikus 1824-ben izolált cirkóniumot a Chemicool szerint. Cirkóniumot fekete por formájában állított elő, kálium és kálium-cirkónium-fluorid (Kr2ZrF6) keverékét tartalmazó vascső felmelegítésének eredményeként. cirkóniumot 1925-ben a cirkónium-tetraklorid (ZrCl4) magnéziummal történő melegítésével, a Royal Society of Chemistry szerint. Ez a módszer tiszta cirkónium kristályrudat eredményezett a Chemicool szerint.

Ki tudta?

• A cirkont néha összekeverik a cirkónium-oxiddal, egy szintetikus, olcsó gyémánt-utánzóval. A Minerals.net szerint azonban a kettő teljesen különálló anyag, és nincs kapcsolatuk egymással, kivéve, hogy mindkettő a cirkónium elemet tartalmazza kémiai szerkezetében.
• Lenntech szerint évente körülbelül 7000 tonna cirkónium fémet állítanak elő.
• A cirkónium szilikáttal kombinálva létrehozza a természetes, félértékes drágakő cirkónt – írja a Chemicool. A cirkónium dioxiddal kombinálva köbös cirkóniumot eredményez, amelyet általában gyémántok helyettesítésére használnak.
• A cirkónium toxicitása nagyon alacsony, és becslések szerint az emberek naponta körülbelül 50 mikrogrammot (1,8 x 10-6 uncia) fogyasztanak. , amelynek nagy része az emésztőrendszeren át nem szívódik fel, a Lenntech szerint.
• Az emberi test körülbelül 0,000001 százalék cirkóniumból áll az Minerals Education Coalition szerint.
• A lítium-cirkonát hasznos lehet a szén-dioxid feleslegének elnyelésében a légkörben, írja a Chemicool.
• A cirkont tartalmazó kőzetekre, amelyeket Ausztráliában 2000-ben találtak, 4,4 milliárd éves korúak voltak, és az oxigén izotóp arány ( O16 / O18) azt mutatta, hogy az élet a Földön csaknem 500 millió évvel korábban kezdődött, mint azt korábban gondolták – derült ki John Emsley tudományos író cikkéből, amelyet a Nature 2014-ben publikált.
• A cirkóniumpor spontán meggyulladhat a levegőben, a Chemicool szerint . Ezen tulajdonság miatt a porított cirkóniumot néha robbanószerkezetekben használják, írja Emsley.
• A Betegségellenőrzési és Megelőzési Központ szerint a cirkóniumpor rövid távú expozíciót okozhat szemirritációban, és káros lehet. a tüdőbe hosszú távú vagy ismételt expozíció céljából.

Jelenlegi kutatások

Mert ha a cirkónium nagy korróziótűréssel és szilárdsággal rendelkezik, több vegyületben van jelen orvosi felhasználásra. A Zirconia Concept szerint a cirkónium-vegyületek alkalmazása az orvostudományban 1969-ben kezdődött, amikor csípőprotetikák gyártására használták fel. A cirkónium-dioxid (ZrO2) protéziseket a titán, az acél és az alumínium alternatívájaként fejlesztették ki, és rugalmasabbnak és jobb biokompatibilitásúnak bizonyultak. Az elmúlt négy évtizedben körülbelül 300 000, cirkónium-dioxid-protézissel rendelkező beteg nem mutatott negatív választ.

A cirkónium-dioxidot a fogak restaurálásában is széles körben használják a Zirconia Concept szerint, és jellemzően az ittria (ZrO2Y2O3) stabilizálja. Az ittria-cirkónium-vegyületnek számos előnye van más anyagokkal szemben. Inkább kompatibilis az emberi testtel, és kétszer nagyobb az acél hajlítószilárdsága és négyszer nagyobb a nyomásállósága. Nagyobb ellenálló képessége van számos ételben található savbázisokkal szemben is.

A cirkóniumötvözetek orvosi felhasználásának további új ötletei közé tartozik a szabadalom, amelyet 1999-ben nyújtott be James Davidson és Lee Tuneberg amerikai feltaláló. Leírnak egy nióbiumot, titánt, cirkóniumot és molibdént (NbTiZrMo) tartalmazó ötvözetet és annak előnyeit a fogászati és egyéb orvosi eszközök számára. Az ötvözetben lévő cirkónium magasabb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, valamint csökkenti az olvadás hőmérsékletét (a titánnal együtt), további stabilizációt és javított korrózióállóságot kínál.

Egy másik szabadalom, amelyet Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim és Yosuke Sato, japán tudósok nyújtottak be, 2012-ben olyan cirkóniumötvözetet ír le, amely szuperrugalmas tulajdonságokkal rendelkezik és felhasználható biológiai és orvosi területeken. A cirkóniumot titánnal, nióbiummal és ónjal vagy alumíniummal, vagy mindkettővel ötvözzük. Az ötvözet hasonlít az emberi csontok rugalmasságához, a Young modulus által megadott értékek szerint, így ideális anyag az emberi test belsejében történő felhasználásra, beleértve a műcsontokat, ízületeket és fogakat, valamint a fogszabályozó huzalokat, stenteket és csontlemezeket és egyéb orvosi implantátumok.

Annak ellenére, hogy a cirkónium és a fogászati és orvosi célú ötvözetek egyéb elemei nem toxikusak, még mindig folynak olyan vizsgálatok, amelyek biztosítják, hogy maguknak az anyagoknak hosszú távon nincs káros mellékhatása. kifejezés. Egy olaszországi tudóscsoport egy ilyen tanulmánya, amelyet a PLOS One 2016-ban tett közzé, elhízott résztvevők egy csoportjáról megállapította, hogy kapcsolat állhat fenn a cirkónium implantátumok és néhány egészségügyi probléma, például gyulladás, valamint a csontváz és a kötőszövet rendellenességei között. Bizonyos biológiai markerek (miRNS-ek) változásának mértéke nagyon kicsi volt, és úgy gondolják, hogy idővel felhalmozódnak, ami megnehezítheti a pontos ok pontos meghatározását. Bár további kutatásokra van szükség, a tanulmány segített megérteni az emberi test és a beültetett orvostechnikai eszközök közötti kapcsolatot. A szerzők szerint a cél az mrRNS-ek kihasználása a sebgyógyulás és a gazda-implantátum integrációjának elősegítésére.