Fakty na temat cyrkonu

Cyrkon jest srebrno-szarym metalem przejściowym, rodzajem elementu, który jest plastyczny i ciągliwy oraz łatwo tworzy stabilne związki. Jest również bardzo odporny na korozję. Cyrkon i jego stopy są używane od wieków na wiele różnych sposobów.

Jest powszechnie stosowany w środowiskach korozyjnych. Według Chemicool stopy cyrkonu można znaleźć w rurach, kształtkach i wymiennikach ciepła. Według Minerals Education Coalition cyrkon jest również stosowany w stopach stali, kolorowych szkliwach, cegłach, ceramice, materiałach ściernych, żarówkach błyskowych, włóknach lamp, sztucznych kamieniach szlachetnych i niektórych dezodorantach.

Inne zastosowania cyrkonu obejmują katalizatory, piec cegły, tygle laboratoryjne, instrumenty chirurgiczne, szkło telewizyjne, usuwanie resztek gazów z rur próżniowych oraz jako utwardzacz w stopach, takich jak stal, według Lenntech. Według Jefferson Laboratory, węglan cyrkonu jest również stosowany do leczenia trującego bluszczu.

Cyrkon został znaleziony w gwiazdach typu S, słońcu, meteorytach i skałach księżycowych, według Los Alamos National Laboratory . Na podstawie analizy próbek skał księżycowych z różnych misji Apollo wydaje się, że skały księżycowe mają zaskakująco wysoką zawartość cyrkonu w porównaniu ze skałami ziemskimi.

Na Ziemi źródłem cyrkonu są przede wszystkim minerały cyrkon i baddeleyit (dwutlenek cyrkonu), które są wydobywane w Stanach Zjednoczonych, Australii, Brazylii, RPA, Rosji i na Sri Lance, według Minerals Education Koalicja. Według Chemicool naturalna obfitość cyrkonu w skorupie ziemskiej wynosi 165 części na milion.

Tylko fakty

• Atomowy liczba (liczba protonów w jądrze): 40
• Symbol atomowy (w układzie okresowym pierwiastków): Zr
• Masa atomowa (średnia masa atomu): 91,22
• Gęstość: 3,77 uncji na cal sześcienny (6,52 grama na cm sześcienny)
• Faza w temperaturze pokojowej: ciało stałe
• Temperatura topnienia: 3 362 stopni Fahrenheita (1850 stopni Celsjusza)
• Temperatura wrzenia: 7 952 F (4400 C)
• Liczba naturalnych izotopów (atomów tego samego pierwiastka z różną liczbą neutronów): 5. Powstaje również 20 sztucznych izotopów w laboratorium.
• Najpopularniejsze izotopy: Zr-90 (51,5% naturalnej obfitości), Zr-94 (17,38% naturalnej obfitości), Zr-92 (17,15% naturalnej obfitości), Zr- 91 (11,2% naturalnej obfitości), Zr-96 (2,8% naturalnej obfitości)

Historia

Cyrkon, kamień szlachetny, występuje w kolorze niebieskim i żółtym odmiany zielone, brązowe, pomarańczowe, czerwone i sporadycznie fioletowe. Słowo to pochodzi od perskiego „zargun”, czyli koloru złota. Według holenderskiego historyka Petera van der Krogta od wieków był używany w biżuterii i innych dekoracjach. Według Minerals.net bardziej przypomina diament niż jakikolwiek inny naturalny klejnot. W średniowieczu uważano nawet, że cyrkon usypia, promuje bogactwo, honor i mądrość oraz odpędza plagi i złe duchy.

Martin Heinrich Klaproth, niemiecki chemik, odkrył cyrkon w 1789 roku w próbce cyrkonu ze Sri Lanki, według Chemicool. Okazało się, że skład próbki to 25% krzemionki, 0,5% tlenku żelaza i 70% nowego tlenku, który nazwał cyrkonerem (lub „cyrkonem ziemi”). Klaproth znalazł również później cyrkonię w hiacyncie, bladożółtej odmiany cyrkonu, ale według van der Krogta nie był w stanie oddzielić metalu.

Sir Humphry Davy, angielski chemik, próbował oddzielić cyrkoner w celu uzyskania czystego cyrkonu w 1808 roku za pomocą elektrolizy, ale bezskutecznie, według Chemicool, ale zasugerował nazwę cyrkonu dla samego metalu, według van der Krogta.

Jons J. Berzelius, szwedzki chemik, wyodrębnił cyrkon w 1824 roku, według Chemicool. Wytworzył cyrkon w postaci czarnego proszku w wyniku ogrzewania żelaznej rury zawierającej mieszaninę potasu i fluorku cyrkonu potasu (Kr2ZrF6).

Anton Eduard van Arkel i Jan Hendrik de Boer, holenderscy chemicy, wytwarzali czysty cyrkon w 1925 r. przez ogrzewanie czterochlorku cyrkonu (ZrCl4) z magnezem, według Royal Society of Chemistry. Według Chemicool tą metodą otrzymano czysty kryształ cyrkonu.

Kto wiedział?

• Cyrkon jest czasami mylić z cyrkonem, syntetycznym, niedrogim symulatorem diamentu. Jednak według Minerals.net te dwie substancje są całkowicie oddzielnymi substancjami i nie mają ze sobą żadnych powiązań, z wyjątkiem tego, że obie zawierają pierwiastek cyrkonu w swojej strukturze chemicznej.
• Według Lenntech około 7000 ton metalicznego cyrkonu jest produkowane rocznie.
• Cyrkon łączy się z krzemianem, tworząc naturalną półszlachetną cyrkonię, według Chemicool. Cyrkon w połączeniu z dwutlenkiem tworzy tlenek cyrkonu, który jest powszechnie stosowany jako substytut diamentów.
• Cyrkon ma bardzo niską toksyczność i szacuje się, że ludzie spożywają około 50 mikrogramów (1,8 x 10-6 uncji) dziennie , z których większość przechodzi przez układ pokarmowy bez wchłaniania, według Lenntecha.
• Ludzkie ciało składa się z około 0,000001% cyrkonu, według Minerals Education Coalition.
• Zastosowanie cyrkonianu litu może być przydatny do pochłaniania nadmiaru dwutlenku węgla w atmosferze, zgodnie z Chemicool.
• Skały zawierające cyrkon, które znaleziono w Australii w 2000 roku, miały 4,4 miliarda lat, a stosunek izotopów tlenu ( O16 / O18) wykazał, że życie na Ziemi zaczęło się prawie 500 milionów lat wcześniej, niż wcześniej sądzono, zgodnie z artykułem napisanym przez Johna Emsleya, pisarza naukowego, opublikowanym w Nature w 2014 roku.
• Proszek cyrkonu może spontanicznie zapalić się w powietrzu, według Chemicool . Ze względu na tę właściwość sproszkowany cyrkon jest czasami używany w urządzeniach wybuchowych, według Emsleya.
• Według Centers for Disease Control and Prevention proszek cyrkonu może powodować podrażnienie oczu w przypadku krótkotrwałego narażenia i może być szkodliwy do płuc w przypadku długotrwałego lub powtarzanego narażenia.

Aktualne badania

Ponieważ cyrkon jest obecny w kilku związkach w różnych zastosowania medyczne. Według Zirconia Concept, stosowanie związków cyrkonu w medycynie rozpoczęło się w 1969 roku, kiedy to zaczęto je wykorzystywać do produkcji protez biodra. Protetyki cyrkonowe (ZrO2) zostały opracowane jako alternatywa dla tytanu, stali i aluminium i okazały się zarówno bardziej odporne, jak i lepszą biokompatybilność. Około 300 000 pacjentów z protezami z tlenku cyrkonu w ciągu ostatnich czterech dekad nie wykazało negatywnych odpowiedzi.

Cyrkon jest również szeroko stosowany w odbudowach zębów, zgodnie z Zirconia Concept i jest zwykle stabilizowany tlenkiem itru (ZrO2Y2O3). Związek tlenku itru i cyrkonu ma wiele zalet w porównaniu z innymi materiałami. Jest bardziej kompatybilny z ludzkim ciałem i ma dwukrotnie większą wytrzymałość na zginanie i czterokrotnie większą wytrzymałość na ściskanie niż stal. Ma również większą odporność na kwasy i zasady występujące w wielu produktach spożywczych.

Inne nowe pomysły wykorzystania stopów cyrkonu w medycynie obejmują patent złożony w 1999 r. przez Jamesa Davidsona i Lee Tuneberga, amerykańskich wynalazców. Opisują stop zawierający niob, tytan, cyrkon i molibden (NbTiZrMo) i jego zalety dla dentystycznych i innych wyrobów medycznych. Cyrkon w stopie zapewnia wyższe właściwości mechaniczne, a także obniża temperaturę topnienia (wraz z tytanem), dalszą stabilizację i lepszą odporność na korozję.

Inny patent złożony przez Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim i Yosuke Sato, japońskich naukowców w 2012 roku, opisuje stop cyrkonu, który ma właściwości superelastyczne i może być stosowany w dziedzinach biologicznych i medycznych. Cyrkon jest stopiony z tytanem, niobem i cyną lub aluminium lub obydwoma. Stop jest podobny do sprężystości ludzkich kości, zgodnie z wartościami podanymi przez moduł Younga, co czyni go idealnym materiałem do zastosowań wewnątrz ludzkiego ciała, w tym sztucznych kości, stawów i zębów, a także drutów ortodontycznych, stentów, płytek kostnych i inne implanty medyczne.

Mimo że cyrkon i inne pierwiastki w stopach do zastosowań dentystycznych i medycznych są nietoksyczne, nadal trwają badania, aby upewnić się, że same materiały nie mają niekorzystnego wpływu na długi czas semestr. Jedno z takich badań przeprowadzonych przez grupę naukowców we Włoszech, opublikowane w PLOS One w 2016 r., Na grupie otyłych uczestników wykazało, że może istnieć związek między implantami cyrkonowymi a niektórymi problemami zdrowotnymi, takimi jak stany zapalne oraz zaburzenia tkanki kostnej i łącznej. Ilość zmian w niektórych markerach biologicznych (miRNA) była bardzo mała i uważa się, że kumulują się one w czasie, co może utrudniać określenie dokładnej przyczyny. Chociaż potrzebne są dodatkowe badania, badanie pomogło w zrozumieniu związku między ludzkim ciałem a wszczepionymi urządzeniami medycznymi. Według autorów celem jest wykorzystanie mrRNA do wspomagania gojenia się ran i integracji gospodarza z implantem.