Tsirkoonium - referaat (0)

Tallinna Kristiine Gümnaasium

Tsirkoonium

Referaat

Koostaja : Grete Vaalma 9b
Juhendaja : Getter Leppik
Tallinn 2011

SISUKORD

Tallinna Kristiine Gümnaasium 1
Tsirkoonium 1
Referaat 1
SISUKORD 2
SISSEJUHATUS 3
2.AJALUGU 4
2.1.Nimetus ja avastamine 4
3.SAAMINE 5

SISSEJUHATUS

Oma referaadis tahan ma tutvustada elementi, mis kannab nime tsirkoonium
(Zirconium, Zr).
Valisin just selle metalli, sest kuulsin, et seda kasutatakse tehisteemandites ja sellest tehakse sushi nuge. Mind köitis eriti see fakt, et sushinoad on niivõrd teravad,et võivad läbi lõigata lihatüki igasuguste jõupingutusteta. Sain ka teada, et tsirkooniumiühenditel on tihe side tuumaenergeetikaga . Seda kasutatakse tuumareaktorites.
Enda töös tutvustan teile tsirkooniumi levimist, ajalugu, saamist, omadusi, tähtsamaid ühendeid ja kasutusalasid.
Mul oli seda väga põnev kirjutada ja loodan et nüüd on teilgi huvitav.

LEVIMUS
Tsirkoonium on maakoores levikult 18.kohal ja lihtainena looduses ei leidu. Esineb rohkem kui 30 mineraali koostises. Tähtsamad Zr-mineraalid on tsirkoon , baddeleiit, eudialiit jt. Tsirkoon võib esineda kollaste, värvitute, oranžikaspunaste, siniste, rohekate jt. vääriskividena, mis on osaliselt tuntud juba antiikajast.
Eluslooduses leidub vähe , nt kogu inimorganismis sisaldub vaid ~ 1 mg tsirkooniumi.

AJALUGU

Nimetus ja avastamine

Elemendi nimetus tuleneb tema ammutuntud põhimineraali tsirkooni nimest. Tsirkooni nimetus tuleneb araabiakeelsest sõnast zargun (kuldkollane).
Zr avastajaks peetakse saksa keemikut Martin Klaprothi, kes eraldas 1789 esmakordselt tseiloni tsirkoonist „tsirkooniumimulla“ ehk tsirkooniumdioksiidi. Vaba (ebapuhta) metalli sai 1824 rootsi keemik J. J. Berzelius kaaliumheksafluorotsirkonaadi redutseerimisel naatriumiga.
Küllalt puhtal kujul said tsirkooniumi metallina alles 1925. a Madalmaade teadlased A. E. van Arkel ja J. H. De Boer endi poolt avastatud joodimeetodil.

SAAMINE

Tööstuses saadakse tsirkooniumi mitmel meetodil(eri riikides on nende osakaal erinev), millest peamised on järgmised:
1. Krolli meetod. Klooritakse maagikontsentraate koos koksiga või karbiide; tekkinud ZrCl 4 eraldatakse sublimatsioonil ja redutseeritakse (tavaliselt Mg-ga)
2. Leelismeetod. Maagikontsentraate kuumutatakse NaOH-ga või seguga CaCO3+ CaCl 2 temperatuuril üle 1000 °C, tekivad vastavad tsirkonaadid, mis hüdrolüüsitakse ja lagundatakse kuumutamisel ZrO 2-ks, seejärel saadakse ZrCl 4 või K 2[ZrF 6] .
K 2[ZrF 6] elektrolüüsitakse
3. Fuoriidmeetod. Tsirkoonikontsentraate kuumutatakse K 2[SiF 6]-ga.
Moodustunud K 2[ZrF 6] ja analoogühend K 2[HfF 6] eraldatakse teineteisest fraktsioonkristallimisel ning redutseeritakse elektrolüütiliselt sulandis K 2[ZrF 6]-NaCl-KCl
Ülipuhast Zr saadakse ZrI 4 termilisel lagundamisel.

OMADUSED
4.1 Keemilised omadused
Zr on väga püsiv ja korrosioonikindel.
Õhus oksüdeerub madalatel temperatuuridel ainult pinnalt(tekib tihe kelme, mis katseb metalli). Peenpulbriline Zr on seevastu pürofoorne ja süttib õhus toatemperatuuril. Kompaktne metall reageerib O 2-ga temperatuuril üle 400°C (tekib mitmete oksiidide segu)
Lämmastikuga tekib kuumutamisel peamiselt kuldkollane tsirkoonium(III) nitriid ja pruun tsirkoonium(IV)nitriid.
Hapete ja leelislahuste toimele on Zr üldiselt väga vastupidav. Reageerib sulatatud leeliste, kuningvee ja konts vesinikfluoriidhappega
Booriga tekivad kuumutamisel peamieslt boriidid.
Väävliga kuumutamisel tekivad tri- ja disulfiid, aga ka mittestöhhiomeetrilised ühendid.
4.2 Füüsikalised omadused
Zr on hõbehall(pulbrina tumehall) läikiv, väga plastiline metall. Vastupidav ülitugevale neutronkiirgusele(nagu see esineb tuumareaktori sisemuses) .

• Sulamistemperatuur on 1855 °C
  
• Tihedus on 6,51 g/cm
  
• Keemistemperatuur on 4200 °C
  
• Looduslikke isotoope on 5
  
• Aatommass on 91,224
  
• Sisaldus maakoores on 160-190 ppm
  
• Kõvadus on 5.0 moshi
  

5. TÄHTSAMAD ÜHENDID
ZrO tsirkooniumdioksiid – Levinuim Zr ühend (looduses- baddeleiit). Värvusetu kristallaine(praktikas valge pulber), tihedus ca 6 g/cm , rasksulav, ei lahustu vees, kuumas H 2SO 4-s ega HF-s. Alles üle 300-400 °C reageerib mõnede halogeeniühendite ja halogeenidega. Saadakse ZrCl 4hüdrolüüsi jt. meetodtega, ka otse loodusest (nt toodab LAV ca 10 tuhat tonni puhast baddeleiiti aastas).
Kasutamine: pikaealine tulekindel ahjuvooderdis, keraamika, klaasi ja emailide komponent , abrassiivpulbrites, kõrgtemperatuursed elektroodid, optikas, elektroonikaseadmetes, reaktiivmootorites, monokristallidena – briljandi imitatsioon jm.
ZrB 2tsirkooniumdiboriid. Saadakse kaudselt .
Kasutatakse lisandina tööriistasulamites, kermettmaterjalides , sh tuumareaktorite reguleervarrastes, kuumakindla materjalina, abrassiivina.
ZrC tsirkooniumkarbiid. Saadakse kõrgtemperatuuril , ka otse metallpinnal.
Kasutatakse kuuma- ja kulumiskindla materjalina
Tsirkonaadid - hüpoteetilise tsirkooniumhapete ja metallide soolad. Rasksulavad , vees ja leelistes praktiliselt lahustumatud ühendid. Saadakse ZrO või ZrSiO kuumutamisel vastavate metallide oksiidide või karbonaatidega.
Praktikas olulisemad metatsirkonaadid on tootmise vaheühendid.

TOODANG JA KASUTAMINE
Zr-ühendite toodang on suur, vaba metalli toodang moodustab sellest vaid ~ 1%. Vaba metalli kasutatakse peamiselt sulamites, kus põhilisteks lisandmetallideks on Sn, Cr, Nb, Cu ja Mo. Tsirkooniumi kasutamisel on tihe side tuumaenergeetikaga. Põhikasutusala – tuumareaktorite konstruktsioonmaterjal (reguleervarraste katted, torud jm.) Kasutatakse ka keemiatööstuses, reaktiivmootorites, meditsiinis(tehisliigesed, proteesid). Sulamit Zr + Nb kasutatakse kõrgrõhu-naatriumlampides ja ülijuhtivate magnetite mähistena. Zr väikegi lisand teistele metallidele( nt terasele) suurendab järsult nende püsivust korrosiooni suhtes.

BIOTOIME
Tsirkooniumil pole teada bioloogilist rolli ja selle ühenditel on madal toksilisus . Inimkeha sisaldab keskmiselt ainult 1 mg tsirkooniumi, ja päevadoos on umbes 50 mg päevas. Tsirkooniumi sisaldus inimveres on madalam kui 10 osa miljardi kohta.
70% taimedest pole tuvastatud tsirkooniumisisaldust ja neid, kellel on, on vähem kui 5 osa miljardi kohta.
Lühiajaline kokkupuude tsirkooniumi pulbriga võib tekitada ärritust, aga arsti juurde tuleks pöörduda ainult siis , kui on kokkupuude silmaga.
KOKKUVÕTE
Tsirkoonium on tugev siirdemetalliühend, mis sarnaneb titaanile. Ta on plastiline metall, mis on toatemperatuuril tahke. Pulbrina on see tuleohtlik, kuid tahkes olekus täiesti ohutu. Zr on väga vastupidav leelistele, hapetele, soolasele veele ja teistele ainetele . Väga vastupidav on ta ka korrosioonile ja sellepärast kasutatakse teda ka tuumareaktorites.
KASUTATUD KIRJANDUS

• H.Karik , K.Truus Elementide keemia
  
• H.Karik Hämmastavad Ained
  
• H.Karik Metallid ja mittemetallid meis ja meie ümber
  
• http://www.chemicool.com/elements/zirconium.html
  
• http://en.wikipedia.org/wiki/Zirconiu m
  

10