Fakta om zirkonium (Svenska)

Zirkonium är en silvergrå övergångsmetall, en typ av element som är formbar och duktil och som lätt bildar stabila föreningar. Det är också mycket motståndskraftigt mot korrosion. Zirkonium och dess legeringar har använts i århundraden på många olika sätt.

Det används ofta i frätande miljöer. Enligt Chemicool finns zirkoniumlegeringar i rör, rördelar och värmeväxlare. Zirkonium används också i stållegeringar, färgade glasyrer, tegelstenar, keramik, slipmedel, glödlampor, lampfilament, konstgjorda ädelstenar och vissa deodoranter, enligt Minerals Education Coalition.

Andra användningsområden för zirkonium inkluderar katalysatorer, ugn tegelstenar, labdeglar, kirurgiska instrument, tv-glas, avlägsnande av kvarvarande gaser från vakuumrör och som härdningsmedel i legeringar som stål, enligt Lenntech. Enligt Jefferson Laboratory används zirkoniumkarbonat för att behandla giftig murgröna.

Zirkonium har hittats i stjärnor av S-typ, solen, meteoriter och i månstenar, enligt Los Alamos National Laboratory . Månbergar verkar ha ett förvånansvärt högt zirkoninnehåll jämfört med markbundna stenar, enligt analys av månstenprover från de olika Apollo-uppdragen.

På jorden är källor för zirkonium främst mineralerna zirkon och baddeleyite (zirkoniumdioxid), som bryts i USA, Australien, Brasilien, Sydafrika, Ryssland och Sri Lanka, enligt Minerals Education Koalition. Zirkoniums naturliga överflöd i jordskorpan är 165 viktdelar per vikt, enligt Chemicool.

Bara fakta

• Atomic antal (antal protoner i kärnan): 40
• Atomsymbol (på det periodiska elementet): Zr
• Atomvikt (atomens genomsnittliga massa): 91,22
• Densitet: 3,77 uns per kubikcentimeter (6,52 gram per kubikcentimeter)
• Fas vid rumstemperatur: Fast
• Smältpunkt: 3 362 grader Fahrenheit (1850 grader Celsius)
• Kokpunkt: 4400 C (7.952 F)
• Antal naturliga isotoper (atomer av samma element med olika antal neutroner): 5. Det skapas också 20 konstgjorda isotoper i ett laboratorium.
• Vanligaste isotoper: Zr-90 (51,5 procent av naturligt överflöd), Zr-94 (17,38 procent av naturligt överflöd), Zr-92 (17,15 procent av naturligt överflöd), Zr- 91 (11,2 procent av naturligt överflöd), Zr-96 (2,8 procent av naturligt överflöd)

Historia

Zirkon, en ädelsten, kommer i blått, gult , gröna, bruna, orange, röda och ibland lila sorter. Ordet kommer från persiska ”zargun” eller guldfärg. Det har använts i smycken och andra dekorationer i århundraden, enligt Peter van der Krogt, en holländsk historiker. Enligt Minerals.net kommer det närmare att likna en diamant än någon annan naturlig pärla. Under medeltiden trodde man till och med att zirkon skulle framkalla sömn, främja rikedom, ära och visdom och att driva bort plågor och onda andar.

Martin Heinrich Klaproth, en tysk kemist, upptäckte zirkonium 1789 i ett prov av zirkon från Sri Lanka, enligt Chemicool. Provets sammansättning befanns vara 25 procent kiseldioxid, 0,5 procent järnoxid och 70 procent en ny oxid som han kallade zirkonerde (eller ”jordens zirkon”). Klaproth fann också senare zirkonererad i jacint, en blekgul sort av zirkon, men han kunde inte separera metallen, enligt van der Krogt.

Sir Humphry Davy, en engelsk kemist, försökte separera zirkonererade för att få rent zirkonium 1808 med elektrolys, men misslyckades, enligt Chemicool. Han föreslog emellertid namnet på zirkonium för själva metallen, enligt van der Krogt.

Jons J. Berzelius, en svensk kemist, isolerade zirkonium 1824, enligt Chemicool. Han producerade zirkonium som ett svart pulver som ett resultat av att värma upp ett järnrör innehållande en blandning av kalium och kaliumzirkoniumfluorid (Kr2ZrF6).

Anton Eduard van Arkel och Jan Hendrik de Boer, holländska kemister, producerade ren zirkonium 1925 genom upphettning av zirkoniumtetraklorid (ZrCl4) med magnesium, enligt Royal Society of Chemistry. Denna metod producerade en ren zirkoniumkristallstång, enligt Chemicool.

Vem visste?

• Zirkon är ibland förvirrad med cubic zirconia, en syntetisk, billig diamantsimulator. Men enligt Minerals.net är de två helt separata ämnen och har ingen koppling till varandra förutom att de båda innehåller grundämnet zirkonium i sin kemiska struktur.
• Enligt Lenntech produceras cirka 7000 ton zirkoniummetall årligen.
• Zirkonium kombineras med silikat för att skapa det naturliga halvädelstenen zirkon, enligt Chemicool. Zirkonium kombinerat med dioxid skapar kubisk zirkoniumoxid, vilket vanligtvis används som en ersättning för diamanter.
• Zirkonium har mycket låg toxicitet och det uppskattas att människor intar cirka 50 mikrogram (1,8 x 10-6 uns) per dag , varav de flesta passerar genom matsmältningssystemet utan att absorberas, enligt Lenntech.
• Människokroppen är gjord av cirka 0,000001 procent zirkonium, enligt Minerals Education Coalition.
• Användningen litiumzirkonat kan vara användbart för att absorbera överskott av koldioxid i atmosfären, enligt Chemicool.
• Stenar som innehåller zirkon som hittades i Australien år 2000 daterades till 4,4 miljarder år gamla och syreisotopförhållandet ( O16 / O18) visade att livet började på jorden nästan 500 miljoner år tidigare än vad man tidigare trodde, enligt en artikel skriven av John Emsley, en vetenskapsförfattare, publicerad i Nature 2014.
• Zirkoniumpulver kan antändas spontant i luft, enligt Chemicool . På grund av den här egenskapen används pulveriserat zirkonium ibland i explosiva anordningar, enligt Emsley.
• Enligt Centers for Disease Control and Prevention kan zirkoniumpulver orsaka ögonirritation vid kortvarig exponering och kan vara skadligt till lungorna för långvarig eller upprepad exponering.

Aktuell forskning

För om dess höga tolerans mot korrosion och dess styrka finns zirkonium i flera föreningar i olika medicinsk användning. Enligt Zirconia Concept började användningen av zirkoniumföreningar i medicin 1969 när den användes för att tillverka höftproteser. Zirconia (ZrO2) proteser utvecklades som ett alternativ till titan, stål och aluminium och visade sig vara både mer elastiska och med bättre biokompatibilitet. Cirka 300 000 patienter under de senaste fyra decennierna med zirkoniumproteser har inte visat några negativa svar.

Zirconia används också i stor utsträckning vid tandrenoveringar, enligt Zirconia Concept, och är vanligtvis stabiliserat med yttria (ZrO2Y2O3). Yttria-zirkoniumoxidföreningen har många fördelar jämfört med andra material. Den är mer kompatibel med människokroppen och har dubbelt böjhållfasthet och fyra gånger kompressionsmotståndet för stål. Det har också större motståndskraft mot syrabaser som finns i många livsmedel.

Andra nya idéer för användning av zirkoniumlegeringar inom det medicinska området inkluderar ett patent som inlämnades 1999 av James Davidson och Lee Tuneberg, amerikanska uppfinnare. De beskriver en legering som innehåller niob, titan, zirkonium och molybden (NbTiZrMo) och dess fördelar för tandvård och annan medicinsk utrustning. Zirkonium i legeringen ger högre mekaniska egenskaper samt minskar smältningstemperaturen (tillsammans med titan), ytterligare stabilisering och förbättrad korrosionsbeständighet.

Ett annat patent inlämnat av Shuichi Miyazaki, Heeyoung Kim och Yosuke Sato, japanska forskare, 2012 beskriver en zirkoniumlegering som har superelastiska egenskaper som kan användas inom biologiska och medicinska områden. Zirkonium legeras med titan, niob och antingen tenn eller aluminium eller båda. Legeringen liknar elasticiteten hos mänskliga ben, enligt värden som ges av Youngs modul, vilket gör den till ett idealiskt material för användning inuti människokroppen inklusive konstgjorda ben, leder och tänder samt tandregleringstrådar, stentar, benplattor , och andra medicinska implantat.

Även om zirkonium och andra element i legeringar för tandvård och medicinsk användning är icke-toxiska, finns det fortfarande pågående studier för att säkerställa att själva materialen inte har negativa biverkningar under lång tid termin. En sådan studie av en grupp forskare i Italien, publicerad i PLOS One 2016, på en grupp överviktiga deltagare fann att det kan finnas en koppling mellan zirkoniumimplantat och vissa hälsoproblem, såsom inflammation och skelett- och bindvävssjukdomar. Mängden förändring i vissa biologiska markörer (miRNA) var mycket liten och man tror att de ackumuleras över tid, vilket kan göra det svårt att fastställa den exakta orsaken. Medan ytterligare forskning behövs hjälpte studien att förstå kopplingen mellan människokroppen och implanterade medicinska apparater. Målet är enligt författarna att dra nytta av mrRNA för att hjälpa till med sårläkning och integrering av värdimplantat.