Feiten over zirkonium

Zirkonium is een zilvergrijs overgangsmetaal, een type element dat kneedbaar en ductiel is en gemakkelijk stabiele verbindingen vormt. Het is ook zeer goed bestand tegen corrosie. Zirkonium en zijn legeringen worden al eeuwenlang op veel verschillende manieren gebruikt.

Het wordt vaak gebruikt in corrosieve omgevingen. Volgens Chemicool zijn zirkoniumlegeringen te vinden in buizen, fittingen en warmtewisselaars. Zirkonium wordt ook gebruikt in staallegeringen, gekleurd glazuur, bakstenen, keramiek, schuurmiddelen, flitslampen, lampfilamenten, kunstmatige edelstenen en sommige deodorants, volgens Minerals Education Coalition.

Andere toepassingen voor zirkonium zijn onder meer katalysatoren, ovens bakstenen, laboratoriumkroezen, chirurgische instrumenten, televisieglas, verwijderen van restgassen uit vacuümbuizen en als verhardingsmiddel in legeringen zoals staal, aldus Lenntech. Volgens het Jefferson Laboratory wordt zirkoniumcarbonaat ook gebruikt om poison ivy te behandelen.

Zirkonium is gevonden in S-type sterren, de zon, meteorieten en in maanrotsen, volgens het Los Alamos National Laboratory . Maangesteenten lijken een verrassend hoog zirkoongehalte te hebben in vergelijking met aardgesteenten, volgens analyse van maangesteenten uit de verschillende Apollo-missies.

Op aarde zijn bronnen voor zirkonium voornamelijk de mineralen zirkoon en baddeleyiet (zirkoniumdioxide), die volgens Minerals Education worden gewonnen in de Verenigde Staten, Australië, Brazilië, Zuid-Afrika, Rusland en Sri Lanka Coalitie. Volgens Chemicool is de natuurlijke overvloed van zirkonium in de aardkorst 165 gewichtsdelen per miljoen.

Alleen de feiten

• Atomic aantal (aantal protonen in de kern): 40
• Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): Zr
• Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 91,22
• Dichtheid: 3,77 gram per kubieke inch (6,52 gram per kubieke cm)
• Fase bij kamertemperatuur: vast
• Smeltpunt: 3.362 graden Fahrenheit (1.850 graden Celsius)
• Kookpunt: 7.952 F (4.400 C)
• Aantal natuurlijke isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 5. Er zijn ook 20 kunstmatige isotopen gemaakt in een laboratorium.
• Meest voorkomende isotopen: Zr-90 (51,5 procent van natuurlijke overvloed), Zr-94 (17,38 procent van natuurlijke overvloed), Zr-92 (17,15 procent van natuurlijke overvloed), Zr- 91 (11,2 procent van natuurlijk voorkomen), Zr-96 (2,8 procent van natuurlijk voorkomen)

Geschiedenis

Zirkoon, een edelsteen, wordt geleverd in blauw, geel , groene, bruine, oranje, rode en soms paarse variëteiten. Het woord komt van het Perzische “zargun” of goudkleur. Volgens Peter van der Krogt, een Nederlandse historicus, wordt het al eeuwen gebruikt in sieraden en andere decoratie. Volgens Minerals.net lijkt het meer op een diamant dan op enig ander natuurlijk juweeltje. Tijdens de Middeleeuwen werd zelfs aangenomen dat zirkoon slaap opwekte, rijkdom, eer en wijsheid bevorderde en plagen en boze geesten verdreef.

Martin Heinrich Klaproth, een Duitse chemicus, ontdekte volgens Chemicool in 1789 zirkonium in een monster zirkoon uit Sri Lanka. De samenstelling van het monster bleek 25 procent silica, 0,5 procent ijzeroxide en 70 procent een nieuw oxide te zijn dat hij zirconerde (of zirkoon van de aarde) noemde. Klaproth vond later ook zirkoon in jacinth, een lichtgele variëteit van zirkoon, maar hij was niet in staat het metaal te scheiden, aldus van der Krogt.

Sir Humphry Davy, een Engelse chemicus, probeerde in 1808 zirkonium te scheiden om zuiver zirkonium te krijgen met behulp van elektrolyse, maar dat lukte niet, Volgens Chemicool. Hij suggereerde echter de naam van zirkonium voor het metaal zelf, volgens van der Krogt.

Jons J. Berzelius, een Zweedse chemicus, isoleerde zirkonium in 1824, volgens Chemicool. Hij produceerde zirkonium als een zwart poeder als resultaat van het verhitten van een ijzeren buis die een mengsel van kalium en kaliumzirkoniumfluoride (Kr2ZrF6) bevatte.

Anton Eduard van Arkel en Jan Hendrik de Boer, Nederlandse chemici, produceerden pure zirkonium in 1925 door zirkoniumtetrachloride (ZrCl4) te verhitten met magnesium, volgens de Royal Society of Chemistry. Deze methode leverde volgens Chemicool een zuivere zirkoniumkristalstaaf op.

Wie wist?

• Zirkoon is soms verward met zirkonia, een synthetische, goedkope diamantsimulant. Volgens Minerals.net zijn de twee echter volledig afzonderlijke stoffen en hebben ze geen verband met elkaar, behalve dat ze allebei het element zirkonium in hun chemische structuur bevatten.
• Volgens Lenntech wordt jaarlijks ongeveer 7000 ton zirkoniummetaal geproduceerd.
• Zirkonium combineert met silicaat om de natuurlijke halfedelsteen zirkoon te creëren, volgens Chemicool. Zirkonium gecombineerd met kooldioxide creëert zirkoniumoxide, dat gewoonlijk wordt gebruikt als vervanging voor diamanten.
• Zirkonium heeft een zeer lage toxiciteit en naar schatting krijgen mensen ongeveer 50 microgram (1,8 x 10-6 ounces) per dag binnen. , waarvan de meeste door het spijsverteringsstelsel gaan zonder te worden geabsorbeerd, volgens Lenntech.
• Het menselijk lichaam is gemaakt van ongeveer 0,000001 procent zirkonium, volgens Minerals Education Coalition.
• Het gebruik lithiumzirkonaat kan volgens Chemicool nuttig zijn bij het absorberen van overtollig koolstofdioxide in de atmosfeer.
• Gesteenten met zirkoon die in 2000 in Australië werden gevonden, waren gedateerd op 4,4 miljard jaar oud en de zuurstofisotoopverhouding ( O16 / O18) toonden aan dat het leven op aarde bijna 500 miljoen jaar eerder begon dan eerder werd aangenomen, volgens een artikel geschreven door John Emsley, een wetenschapsschrijver, gepubliceerd in Nature in 2014.
• Zirkoniumpoeder kan spontaan ontbranden in de lucht, volgens ChemicoolVanwege deze eigenschap wordt poedervormig zirkonium soms gebruikt in explosieven, volgens Emsley.
• Volgens de Centers for Disease Control and Prevention kan zirkoniumpoeder oogirritatie veroorzaken bij kortstondige blootstelling en kan het schadelijk zijn aan de longen voor langdurige of herhaalde blootstelling.

Huidig onderzoek

Omdat zirkonium, als het een hoge tolerantie voor corrosie en zijn sterkte heeft, in verschillende verbindingen in verschillende medische toepassingen. Volgens Zirconia Concept begon het gebruik van zirkoniumverbindingen in de geneeskunde in 1969 toen het werd gebruikt om heupprothesen te vervaardigen. Zirconia (ZrO2) protheses werden ontwikkeld als alternatief voor titanium, staal en aluminium en bleken zowel veerkrachtiger als met een betere biocompatibiliteit te zijn. Ongeveer 300.000 patiënten met protheses van zirkoniumoxide in de afgelopen vier decennia hebben geen negatieve reacties vertoond.

Zirconia wordt ook veel gebruikt in tandheelkundige restauraties, volgens het Zirconia Concept, en wordt doorgaans gestabiliseerd met yttrium (ZrO2Y2O3). De yttria-zirkoniumoxide-verbinding heeft veel voordelen ten opzichte van andere materialen. Het is meer compatibel met het menselijk lichaam en heeft twee keer de buigsterkte en vier keer de compressieweerstand van staal. Het heeft ook een grotere weerstand tegen zure basen die in veel voedingsmiddelen worden aangetroffen.

Andere nieuwe ideeën voor het gebruik van zirkoniumlegeringen in de medische sector zijn onder meer een patent dat in 1999 is ingediend door James Davidson en Lee Tuneberg, Amerikaanse uitvinders. Ze beschrijven een legering die niobium, titanium, zirkonium en molybdeen bevat (NbTiZrMo) en de voordelen ervan voor tandheelkundige en andere medische hulpmiddelen. Het zirkonium in de legering geeft hogere mechanische eigenschappen en verlaagt de smelttemperatuur (samen met titanium), verdere stabilisatie en verbeterde corrosiebestendigheid.

Een ander octrooi, dat in 2012 werd ingediend door Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim en Yosuke Sato, Japanse wetenschappers, beschrijft een zirkoniumlegering met superelastische eigenschappen die op biologische en medische gebieden kunnen worden gebruikt. Zirkonium is gelegeerd met titanium, niobium en tin of aluminium, of beide. De legering is vergelijkbaar met de elasticiteit van menselijke botten, volgens waarden gegeven door Youngs modulus, waardoor het een ideaal materiaal is voor gebruik in het menselijk lichaam, inclusief kunstmatige botten, gewrichten en tanden, evenals orthodontische draden, stents, botplaten. en andere medische implantaten.

Hoewel zirkonium en andere elementen in legeringen voor tandheelkundig en medisch gebruik niet giftig zijn, zijn er nog steeds lopende onderzoeken om ervoor te zorgen dat de materialen zelf geen nadelige bijwerkingen hebben op de lange termijn. termijn. Uit een van die onderzoeken door een groep wetenschappers in Italië, gepubliceerd in PLOS One in 2016, over een groep zwaarlijvige deelnemers bleek dat er mogelijk een verband bestaat tussen zirkoniumimplantaten en bepaalde gezondheidsproblemen, zoals ontstekingen en skelet- en bindweefselaandoeningen. De hoeveelheid verandering in bepaalde biologische markers (miRNAs) was erg klein en er wordt aangenomen dat ze zich in de loop van de tijd ophopen, wat het moeilijk kan maken om de exacte oorzaak vast te stellen. Hoewel aanvullend onderzoek nodig is, hielp de studie bij het begrijpen van het verband tussen het menselijk lichaam en geïmplanteerde medische apparaten. Het doel, volgens de auteurs, is om te profiteren van mrRNAs om te helpen bij wondgenezing en gastheer-implantaatintegratie.