Fapte despre zirconiu

Zirconiul este un metal de tranziție gri-argintiu, un tip de element care este maleabil și ductil și formează cu ușurință compuși stabili. De asemenea, este foarte rezistent la coroziune. Zirconiul și aliajele sale au fost folosite de secole într-o mare varietate de moduri.

Este frecvent utilizat în medii corozive. Conform Chemicool, aliajele de zirconiu pot fi găsite în țevi, fitinguri și schimbătoare de căldură. Zirconiul este, de asemenea, utilizat în aliaje de oțel, glazuri colorate, cărămizi, ceramică, abrazive, becuri, filamente de lampă, pietre prețioase artificiale și unele deodorante, conform Minerals Education Coalition.

Alte utilizări pentru zirconiu includ convertoarele catalitice, cuptorul cărămizi, creuzete de laborator, instrumente chirurgicale, sticlă pentru televizor, îndepărtarea gazelor reziduale din tuburile de vid și ca agent de întărire în aliaje precum oțelul, conform Lenntech. De asemenea, carbonatul de zirconiu este utilizat pentru tratarea iederei otrăvitoare, conform Laboratorului Jefferson.

Zirconiul a fost găsit în stelele de tip S, soare, meteoriți și în roci lunare, potrivit Laboratorului Național Los Alamos. . Rocile lunare par să aibă un conținut surprinzător de ridicat de zircon în comparație cu rocile terestre, conform analizei probelor de rocă lunară din diferitele misiuni Apollo.

Pe Pământ, sursele de zirconiu sunt în principal mineralele zircon și baddeleyit (dioxid de zirconiu), care sunt exploatate în Statele Unite, Australia, Brazilia, Africa de Sud, Rusia și Sri Lanka, potrivit Minerals Education Coaliţie. Abundența naturală a zirconiului în scoarța Pământului este de 165 de părți pe milion în greutate, conform Chemicool.

Doar faptele

• Atomic număr (numărul de protoni din nucleu): 40
• Simbol atomic (pe tabelul periodic al elementelor): Zr
• Greutatea atomică (masa medie a atomului): 91,22
• Densitate: 3,77 uncii pe inch cub (6,52 grame pe cm cub)
• Faza la temperatura camerei: solid
• Punct de topire: 3,362 grade Fahrenheit (1,850 grade Celsius)
• Punct de fierbere: 4.400 C (7.952 F)
• Numărul de izotopi naturali (atomi ai aceluiași element cu un număr diferit de neutroni): 5. Există, de asemenea, 20 de izotopi artificiali creați într-un laborator.
• Izotopii cei mai comuni: Zr-90 (51,5% din abundența naturală), Zr-94 (17,38% din abundența naturală), Zr-92 (17,15% din abundența naturală), Zr- 91 (11,2 la sută din abundența naturală), Zr-96 (2,8 la sută din abundența naturală)

Istorie

Zirconul, o piatră prețioasă, vine în albastru, galben , verde, maro, portocaliu, roșu și ocazional soiuri violete. Cuvântul provine din persanul „zargun” sau culoarea aurie. A fost folosit în bijuterii și alte decorațiuni de secole, potrivit lui Peter van der Krogt, istoric olandez. Se apropie mai mult de a semăna cu un diamant decât orice altă bijuterie naturală, potrivit Minerals.net. În Evul Mediu, se credea că zirconul induce somnul, promovează bogăția, onoarea și înțelepciunea și alungă ciumele și spiritele rele.

Martin Heinrich Klaproth, chimist german, a descoperit zirconiul în 1789 într-un eșantion de zircon din Sri Lanka, conform Chemicool. Compoziția eșantionului s-a dovedit a fi 25% siliciu, 0,5% oxid de fier și 70% un nou oxid pe care l-a numit zirconerde (sau „zirconul pământului”). Klaproth a găsit mai târziu zirconerde în jacintină, un soi galben pal de zircon, dar nu a reușit să separe metalul, potrivit van der Krogt.

Sir Humphry Davy, chimist englez, a încercat să separe zirconerde pentru a obține zirconiu pur în 1808 folosind electroliza, dar nu a reușit, Cu toate acestea, el a sugerat numele de zirconiu pentru metalul însuși, potrivit lui van der Krogt.

Jons J. Berzelius, chimist suedez, a izolat zirconiul în 1824, conform Chemicool. A produs zirconiu sub formă de pulbere neagră ca urmare a încălzirii unui tub de fier care conține un amestec de fluorură de potasiu și zirconiu de potasiu (Kr2ZrF6).

Anton Eduard van Arkel și Jan Hendrik de Boer, chimisti olandezi, au produs pur zirconiu în 1925 prin încălzirea tetraclorurii de zirconiu (ZrCl4) cu magneziu, conform Societății Regale de Chimie. Această metodă a produs o bară de cristal de zirconiu pur, conform Chemicool.

Cine știa?

• Zirconul este uneori confundat cu zirconia cubică, un simulant de diamant sintetic, ieftin. Cu toate acestea, potrivit Minerals.net, cele două sunt substanțe complet separate și nu au nicio legătură între ele, cu excepția faptului că ambele conțin elementul zirconiu în structura lor chimică.
• Potrivit lui Lenntech, anual se produc aproximativ 7000 de tone de zirconiu metalic.
• Zirconiul se combină cu silicatul pentru a crea zirconul natural semiprețios, conform Chemicool. Zirconiul combinat cu dioxid creează zirconiu cubic, care este utilizat în mod obișnuit ca înlocuitor al diamantelor.
• Zirconiul are o toxicitate foarte scăzută și se estimează că oamenii ingeră aproximativ 50 micrograme (1,8 x 10-6 uncii) pe zi , majoritatea trece prin sistemul digestiv fără a fi absorbit, conform lui Lenntech.
• Corpul uman este format din aproximativ 0,000001% zirconiu, conform Minerals Education Coalition.
• Utilizarea de zirconat de litiu poate fi util în absorbția excesului de dioxid de carbon din atmosferă, conform Chemicool.
• Rocile care conțin zircon care au fost găsite în Australia în 2000 au fost datate să aibă o vechime de 4,4 miliarde de ani și raportul izotopului oxigenului ( O16 / O18) a arătat că viața a început pe Pământ cu aproape 500 de milioane de ani mai devreme decât se credea anterior, potrivit unui articol scris de John Emsley, un scriitor științific, publicat în Nature în 2014.
• Pudra de zirconiu se poate aprinde spontan în aer, conform Chemicool . Datorită acestei proprietăți, zirconiul sub formă de pulbere este uneori utilizat în dispozitive explozive, conform Emsley.
• Conform Centrelor pentru Controlul și Prevenirea Bolilor, pudra de zirconiu poate provoca iritarea ochilor pentru expunerea pe termen scurt și poate fi dăunătoare. la plămâni pentru expunere pe termen lung sau repetată.

Cercetări actuale

Deoarece dacă toleranța sa ridicată la coroziune și rezistența sa, zirconiul este prezent în mai mulți compuși din diferite utilizări medicale. Conform Zirconia Concept, utilizarea compușilor de zirconiu în medicină a început în 1969, când a fost utilizat pentru fabricarea protezelor de șold. Protezele cu zirconiu (ZrO2) au fost dezvoltate ca alternativă la titan, oțel și aluminiu și s-au dovedit a fi mai rezistente și cu o biocompatibilitate mai bună. Aproximativ 300.000 de pacienți în ultimele patru decenii cu proteze de zirconiu nu au prezentat răspunsuri negative.

Zirconia este, de asemenea, utilizată pe scară largă în restaurările dentare, conform Zirconia Concept, și este de obicei stabilizată cu yttria (ZrO2Y2O3). Compusul yttria-zirconia are multe beneficii față de alte materiale. Este mai compatibil cu corpul uman și are de două ori rezistența la flexiune și de patru ori rezistența la compresiune a oțelului. De asemenea, are o rezistență mai mare la acizii bazici care se găsesc în multe alimente.

Alte idei noi pentru utilizarea aliajelor de zirconiu în domeniul medical includ un brevet depus în 1999 de James Davidson și Lee Tuneberg, inventatori americani. Acestea descriu un aliaj care conține niobiu, titan, zirconiu și molibden (NbTiZrMo) și beneficiile acestuia pentru dispozitive dentare și alte dispozitive medicale. Zirconiul din aliaj oferă proprietăți mecanice mai ridicate, precum și reduce temperatura de topire (împreună cu titanul), stabilizarea suplimentară și rezistența îmbunătățită la coroziune.

Un alt brevet depus de Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim și Yosuke Sato, oameni de știință japonezi, în 2012 descrie un aliaj de zirconiu care are proprietăți super elastice care pot fi utilizate în domeniile biologic și medical. Zirconiul este aliat cu titan, niobiu și staniu sau aluminiu sau ambele. Aliajul este similar cu elasticitatea oaselor umane, conform valorilor date de modulul lui Young, făcându-l un material ideal pentru utilizări în corpul uman, inclusiv oasele artificiale, articulațiile și dinții, precum și firele ortodontice, stenturile, plăcile osoase. și alte implanturi medicale.

Chiar dacă zirconiul și alte elemente din aliaje pentru uz dentar și medical nu sunt toxice, există încă studii în curs de desfășurare pentru a se asigura că materialele în sine nu au efecte secundare adverse pe termen lung termen. Un astfel de studiu realizat de un grup de oameni de știință din Italia, publicat în PLOS One în 2016, asupra unui grup de participanți obezi a constatat că ar putea exista o legătură între implanturile de zirconiu și unele probleme de sănătate, cum ar fi inflamația și tulburările țesutului scheletic și conjunctiv. Cantitatea de modificare a anumitor markeri biologici (miARN) a fost foarte mică și se crede că se acumulează în timp, ceea ce poate face dificilă identificarea exactă a cauzei. Deși sunt necesare cercetări suplimentare, studiul a ajutat la înțelegerea legăturii dintre corpul uman și dispozitivele medicale implantate. Scopul, potrivit autorilor, este de a profita de ARNm pentru a ajuta la vindecarea rănilor și la integrarea gazdă-implant.