Fakta om zirkonium

Zirkonium er et sølvgrått overgangsmetall, en type element som er formbart og duktilt og som lett danner stabile forbindelser. Det er også svært motstandsdyktig mot korrosjon. Zirkonium og legeringer har blitt brukt i århundrer på mange forskjellige måter.

Den brukes ofte i etsende miljøer. Zirkoniumlegeringer kan finnes i rør, beslag og varmevekslere, ifølge Chemicool. Zirkonium brukes også i stållegeringer, fargede glasurer, murstein, keramikk, slipemidler, lyspærer, lampefilamenter, kunstige edelstener og noen deodoranter, ifølge Minerals Education Coalition. murstein, lab digler, kirurgiske instrumenter, fjernsynsglass, fjerning av gjenværende gasser fra vakuumrør, og som et herdemiddel i legeringer som stål, ifølge Lenntech. I tillegg brukes zirkoniumkarbonat til å behandle giftig eføy, ifølge Jefferson Laboratory.

Zirkonium har blitt funnet i stjerner av S-typen, solen, meteoritter og i månestein, ifølge Los Alamos National Laboratory . Månebergarter ser ut til å ha et overraskende høyt zirkoninnhold sammenlignet med jordarter, ifølge analyse av månebergprøver fra de forskjellige Apollo-oppdragene.

På jorden er kilder for zirkonium primært mineralene zirkon og baddeleyite (zirkoniumdioksid), som utvinnes i USA, Australia, Brasil, Sør-Afrika, Russland og Sri Lanka, ifølge Minerals Education Koalisjon. Zirconiums naturlige overflod i jordskorpen er 165 vektdeler per million, ifølge Chemicool.

Bare fakta

• Atomic antall (antall protoner i kjernen): 40
• Atomsymbol (på det periodiske elementet): Zr
• Atomvekt (atomens gjennomsnittlige masse): 91,22
• Tetthet: 3,77 gram per kubikk tomme (6,52 gram per kubikk cm)
• Fase ved romtemperatur: Fast
• Smeltepunkt: 3 362 grader Fahrenheit (1850 grader Celsius)
• Kokepunkt: 4495 C (7495 F)
• Antall naturlige isotoper (atomer av samme element med et annet antall nøytroner): 5. Det er også laget 20 kunstige isotoper i et laboratorium.
• Vanligste isotoper: Zr-90 (51,5 prosent av naturlig overflod), Zr-94 (17,38 prosent av naturlig overflod), Zr-92 (17,15 prosent av naturlig overflod), Zr- 91 (11,2 prosent av naturlig overflod), Zr-96 (2,8 prosent av naturlig overflod)

Historie

Zirkon, en edelsten, kommer i blå, gul , grønne, brune, oransje, røde og tidvis lilla varianter. Ordet kommer fra persisk «zargun» eller gullfarge. Den har blitt brukt i smykker og annen dekorasjon i århundrer, ifølge Peter van der Krogt, en nederlandsk historiker. Det kommer nærmere å ligne en diamant enn noen annen naturlig perle, ifølge Minerals.net. I løpet av middelalderen ble det til og med antatt at zirkon induserte søvn, fremmer rikdom, ære og visdom og drev bort plager og onde ånder.

Martin Heinrich Klaproth, en tysk kjemiker, oppdaget zirkonium i 1789 i en prøve av zirkon fra Sri Lanka, ifølge Chemicool. Utvalgets sammensetning ble funnet å være 25 prosent silisiumdioksyd, 0,5 prosent jernoksid og 70 prosent et nytt oksyd som han kalte zirkonerde (eller «jordens zirkon»). Klaproth fant også senere zirkonerde i jacinth, en lysegul variant av zirkon, men han klarte ikke å skille metallet, ifølge van der Krogt.

Sir Humphry Davy, en engelsk kjemiker, forsøkte å skille zirkonerde for å få rent zirkonium i 1808 ved hjelp av elektrolyse, men lyktes ikke, ifølge Chemicool. Han foreslo imidlertid navnet på zirkonium for selve metallet, ifølge van der Krogt.

Jons J. Berzelius, en svensk kjemiker, isolerte zirkonium i 1824, ifølge Chemicool. Han produserte zirkonium som et svart pulver som et resultat av oppvarming av et jernrør som inneholder en blanding av kalium og kaliumzirkoniumfluorid (Kr2ZrF6).

Anton Eduard van Arkel og Jan Hendrik de Boer, nederlandske kjemikere, produserte ren zirkonium i 1925 ved oppvarming av zirkoniumtetraklorid (ZrCl4) med magnesium, ifølge Royal Society of Chemistry. Denne metoden produserte en ren zirkoniumkrystallstang, ifølge Chemicool.

Hvem visste?

• Zircon er noen ganger forvekslet med cubic zirconia, en syntetisk, billig diamantsimulator. Ifølge Minerals.net er de to imidlertid helt separate stoffer, og har ingen forbindelse med hverandre, bortsett fra at de begge inneholder elementet zirkonium i sin kjemiske struktur.
• I følge Lenntech produseres det ca 7000 tonn zirkoniummetall årlig.
• Zirkonium kombineres med silikat for å skape den naturlige halv edle edelstenesirkonen, ifølge Chemicool. Zirkonium kombinert med dioksid skaper kubisk zirkoniumdioksyd, som ofte brukes som erstatning for diamanter.
• Zirkonium har svært lav toksisitet, og det anslås at mennesker inntar omtrent 50 mikrogram per dag , hvorav det meste passerer gjennom fordøyelsessystemet uten å bli absorbert, ifølge Lenntech.
• Menneskekroppen er laget av omtrent 0,000001 prosent zirkonium, ifølge Minerals Education Coalition.
• Bruken av litiumsirkonat kan være nyttig for å absorbere overflødig karbondioksid i atmosfæren, ifølge Chemicool.
• Bergarter som inneholder zirkon som ble funnet i Australia i 2000 ble datert til å være 4,4 milliarder år gamle og oksygenisotopforholdet ( O16 / O18) viste at livet begynte på jorden nesten 500 millioner år tidligere enn tidligere antatt, ifølge en artikkel skrevet av John Emsley, en vitenskapsforfatter, publisert i Nature i 2014.
• Zirkoniumpulver kan spontant antennes i luft, ifølge Chemicool . På grunn av denne egenskapen brukes pulverisert zirkonium noen ganger i eksplosive enheter, ifølge Emsley.
• I følge Centers for Disease Control and Prevention kan zirkoniumpulver forårsake øyeirritasjon ved kortvarig eksponering og kan være skadelig til lungene for langvarig eller gjentatt eksponering.

Aktuell forskning

For hvis den høye toleransen mot korrosjon og dens styrke, er zirkonium til stede i flere forbindelser i forskjellige medisinsk bruk. I følge Zirconia Concept begynte bruken av zirkoniumforbindelser i medisin i 1969 da den ble brukt til å produsere hofteproteser. Zirconia (ZrO2) proteser ble utviklet som et alternativ til titan, stål og aluminium og viste seg å være både mer elastiske og med bedre biokompatibilitet. Omtrent 300 000 pasienter i løpet av de siste fire tiårene med zirconia proteser har ikke vist noen negative responser.

Zirconia er også mye brukt i tannrestaureringer, ifølge Zirconia Concept, og er vanligvis stabilisert med yttria (ZrO2Y2O3). Ytter-zirkoniumforbindelsen har mange fordeler i forhold til andre materialer. Den er mer kompatibel med menneskekroppen og har dobbelt bøyestyrke og fire ganger kompresjonsmotstanden til stål. Det har også større motstand mot syrebaser som finnes i mange matvarer.

Andre nye ideer for bruk av zirkoniumlegeringer innen det medisinske området inkluderer et patent innlevert i 1999 av James Davidson og Lee Tuneberg, amerikanske oppfinnere. De beskriver en legering som inneholder niob, titan, zirkonium og molybden (NbTiZrMo) og fordelene for tannlegemidler og annet medisinsk utstyr. Zirkonium i legeringen gir høyere mekaniske egenskaper samt reduserer smeltetemperaturen (sammen med titan), ytterligere stabilisering og forbedret korrosjonsbestandighet.

Et annet patent innlevert av Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim og Yosuke Sato, japanske forskere, i 2012 beskriver en zirkoniumlegering som har superelastiske egenskaper som kan brukes i biologiske og medisinske felt. Zirkonium er legert med titan, niob og enten tinn eller aluminium, eller begge deler. Legeringen ligner elastisiteten til menneskelige bein, i henhold til verdiene gitt av Youngs modul, noe som gjør det til et ideelt materiale for bruk inne i menneskekroppen, inkludert kunstige bein, ledd og tenner, så vel som kjeveortopeder, stenter, beinplater , og andre medisinske implantater.

Selv om zirkonium og andre elementer i legeringer for dental og medisinsk bruk ikke er giftige, er det fortsatt pågående studier for å sikre at materialene i seg selv ikke har skadelige bivirkninger over lang tid. begrep. En slik studie av en gruppe forskere i Italia, publisert i PLOS One i 2016, på en gruppe overvektige deltakere fant at det kan være en sammenheng mellom zirkoniumimplantater og noen helseproblemer, som betennelse og skjelett- og bindevevssykdommer. Mengden endring i visse biologiske markører (miRNAer) var veldig liten, og det antas at de akkumuleres over tid, noe som kan gjøre det vanskelig å fastslå den eksakte årsaken. Selv om det er behov for ytterligere forskning, hjalp studien med å forstå sammenhengen mellom menneskekroppen og implanterte medisinske apparater. Målet, ifølge forfatterne, er å dra nytte av mrRNAs for å hjelpe til med sårheling og integrering av vertsimplantat.