Cyrkon (Zr)

Cyrkon w układzie okresowym

Pierwiastek leży w piątym okresie, czyli w piątym poziomym rzędzie tablicy — to oznacza, że jego elektrony rozmieszczone są na 5 powłokach. Znajduje się w 4 grupie (blok d — pierwiastek przejściowy, zapełniana jest podpowłoka d). W tej samej grupie stoją: Tytan, Hafn, Ruterford — pierwiastki z jednej grupy mają podobną liczbę elektronów walencyjnych, dlatego zachowują się chemicznie podobnie. W temperaturze pokojowej Cyrkon jest ciałem stałym (topnieje w 1855 °C, wrze w 4409 °C).

Cyrkon — co to za pierwiastek

Koszulki paliwowe w reaktorach i ceramiczne noże, które długo trzymają ostrość.

Właściwości pierwiastka Cyrkon

Cyrkon jest srebrzystoszarym, twardym metalem, który mimo sporej aktywności chemicznej zachowuje się w praktyce bardzo statecznie — natychmiast pokrywa się cienką, szczelną warstwą tlenku, a ta chroni go przed kwasami, zasadami i wodą morską. Topi się w 1855 °C, wrze w 4409 °C, a gęstość 6,52 g/cm³ czyni go metalem umiarkowanie ciężkim. W związkach występuje praktycznie zawsze na stopniu utlenienia +4. Jest biozgodny, więc organizm dobrze toleruje wszczepy z cyrkonu i jego ceramiki. Rozdrobniony proszek cyrkonowy jest natomiast łatwopalny i zapala się od iskry, a w bardzo wysokiej temperaturze metal reaguje z parą wodną, wydzielając wodór.

Zastosowanie pierwiastka Cyrkon

Największe pojedyncze zastosowanie cyrkonu to energetyka jądrowa. Rurki, w których zamyka się pastylki paliwa w reaktorach, wykonuje się ze stopów cyrkonu, bo metal ten prawie nie pochłania neutronów i dobrze znosi gorącą wodę pod ciśnieniem. Poza reaktorami pracuje głównie jego tlenek: spiekana ceramika cyrkonowa jest twarda i odporna na pękanie, więc robi się z niej noże kuchenne, elementy pomp, korony i implanty zębowe oraz główki endoprotez. Tlenek cyrkonu jest też sercem sondy lambda mierzącej zawartość tlenu w spalinach samochodu. Cyrkonia sześcienna, czyli stabilizowany tlenek cyrkonu, to popularna imitacja diamentu w biżuterii. Metaliczny cyrkon dodaje się w hutnictwie jako odtleniacz i buduje z niego aparaturę odporną na chemikalia.

Cyrkon — najważniejsze związki chemiczne

Tlenek cyrkonu(IV) ZrO₂, zwany cyrkonią, jest ogniotrwały i twardy; dopiero po ustabilizowaniu dodatkiem tlenku itru przestaje pękać przy zmianach temperatury i nadaje się na noże, implanty i sondy lambda. Krzemian cyrkonu ZrSiO₄ to minerał cyrkon, główne źródło pierwiastka i surowiec do szkliw ceramicznych. Chlorek cyrkonu(IV) ZrCl₄ jest półproduktem przy otrzymywaniu czystego metalu. Węglik i azotek cyrkonu należą do materiałów o bardzo wysokich temperaturach topnienia. Sole cyrkonu wykorzystuje przemysł chemiczny, między innymi w garbarstwie oraz w produkcji antyperspirantów zawierających związki cyrkonowo-glinowe.

Cyrkon — gdzie go spotykasz

• koszulki paliwowe
• noże ceramiczne
• cyrkonie w biżuterii

Cyrkon w szkole — co trzeba wiedzieć

Cyrkon to metal przejściowy z bloku d, konfiguracja [Kr] 4d² 5s², w związkach czterowartościowy — to praktycznie jedyna wartościowość, którą trzeba pamiętać. Największym źródłem pomyłek są nazwy: pierwiastek cyrkon, minerał cyrkon i cyrkonia to trzy różne rzeczy, a jubilerska cyrkonia nie jest ani diamentem, ani minerałem cyrkonem, tylko sztucznie wytworzonym tlenkiem. Uwaga też na symbole: Zr to cyrkon, Zn to cynk. W szkole podstawowej cyrkon prawie się nie pojawia; w liceum bywa przykładem metalu chronionego warstwą pasywną, obok glinu i tytanu. Przy analizie układu okresowego pomaga pamiętać, że cyrkon leży bezpośrednio pod tytanem, więc zachowuje się chemicznie bardzo do niego podobnie.

Cyrkon — historia odkrycia

Cyrkon jako nowy pierwiastek rozpoznał w 1789 roku Martin Heinrich Klaproth, badając kamień jubilerski sprowadzony z Cejlonu, dzisiejszej Sri Lanki. Nazwa wywodzi się od perskiego zargun, złotawy, opisującego barwę tych kryształów. Klaproth otrzymał jednak tylko tlenek. Wcześniejsze próby wydzielenia metalu dawały produkt zanieczyszczony tlenem i azotem, kruchy i bezużyteczny. Czysty, kowalny cyrkon udało się wytworzyć dopiero w XX wieku, metodą rozkładu jodku cyrkonu na rozżarzonym drucie — i dopiero on pokazał, że pierwiastek jest ciągliwy oraz odporny na korozję.

Cyrkon — skąd wzięła się nazwa

pers. zargun — złotawy

Cyrkon — izotopy

cyrkon-90 dominuje

Cyrkon — bezpieczeństwo

Biozgodny; pyły palne.

Ciekawostki o pierwiastku Cyrkon

• Najstarsze znane minerały Ziemi to kryształy cyrkonu, 4,4 mld lat.
• Kryształy cyrkonu wbudowują śladowe ilości uranu, ale nie przyjmują ołowiu, więc cały znaleziony w nich ołów musiał powstać z rozpadu uranu — geolodzy używają ich jak zegara.
• Rozgrzane koszulki cyrkonowe reagują z parą wodną, wydzielając wodór; to on odpowiadał za wybuchy w budynkach elektrowni w Fukushimie.
• Sonda lambda w samochodzie działa dzięki temu, że rozgrzany tlenek cyrkonu przewodzi jony tlenu i wytwarza napięcie zależne od jego zawartości w spalinach.

Najczęstsze pytania o pierwiastek Cyrkon