زركونيوم Zr

الاكتشاف

كان الزركون حجرًا كريمًا ثمينًا منذ العصور القديمة، لكن العنصر الجديد المختبئ فيه لم يُعرف إلا عام 1789، حين حلّل الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروت زركونًا من سريلانكا وتعرّف على أكسيد جديد هو الزركونيا.

وفي عام 1824 حصل يونس ياكوب برزيليوس على فلز زركونيوم غير نقي باختزال أحد مركباته بالبوتاسيوم. والفلز يلتقط الأكسجين والنيتروجين بسهولة، لذا ظلت العينات النقية بعيدة المنال قرنًا كاملًا.

وفي عام 1925 أنتج العالمان الهولنديان أنتون إدوارد فان أركل ويان هندريك دي بور زركونيوم عالي النقاء بتفكيك بخار يوديد الزركونيوم على فتيل ساخن، وهي عملية «القضيب البلوري». ومع صعود الطاقة النووية في منتصف القرن العشرين أصبح الزركونيوم مادة استراتيجية.

أصل التسمية

اشتُق الاسم من معدن الزركون، وهي كلمة تُرجع عادة إلى الفارسية زرگون «ذهبي اللون». والرمز Zr. وفي العربية عُرف الحجر الكريم أيضًا باسم «الزرقون».

أهم الاستخدامات

• المفاعلات النووية: سبائك الزركونيوم (زركالوي) تمتص قليلًا جدًا من النيوترونات وتقاوم الماء الساخن، ما يجعلها الغلاف المعياري لقضبان الوقود. ويجب أولًا إزالة الهافنيوم، العنصر المطابق له كيميائيًا تقريبًا، لأنه ماص قوي للنيوترونات.
• الخزف: تُستخدم الزركونيا المتينة الصلبة في تيجان الأسنان والسكاكين الخزفية وأجزاء المفاصل الاصطناعية، والزركونيا المكعبة بديل معروف للماس.
• المسابك والمواد الحرارية: يتحمل رمل الزركون درجات الحرارة العالية في قوالب الصب وبطانات الأفران، ويجعل طلاءات التزجيج الخزفية على البلاط والأدوات الصحية بيضاء معتمة.
• المصانع الكيميائية: يقاوم الزركونيوم الأحماض القوية ويُستخدم في المفاعلات الكيميائية والأنابيب.

النظائر

للزركونيوم الطبيعي خمسة نظائر، الزركونيوم-90 و-91 و-92 و-94 و-96، ويستأثر الزركونيوم-90 بما يزيد قليلًا على النصف. ويخضع الزركونيوم-96 لاضمحلال بيتا المزدوج ببطء شديد حتى إنه مستقر فعليًا. ويُربط الزركونيوم-89، وعمر النصف له نحو 78 ساعة، بالأجسام المضادة لبحوث التصوير بـPET، والزركونيوم-93 ناتج انشطار طويل العمر.

حين يتبلور الزركون يستوعب اليورانيوم ولا يكاد يستوعب الرصاص، ما يجعله مثاليًا للتأريخ باليورانيوم-رصاص. وقد تكوّنت حبيبات الزركون من جاك هيلز في غرب أستراليا قبل نحو 4.4 مليار سنة، وهي أقدم شظايا معروفة من القشرة الأرضية.

في الحياة اليومية

يُستخرج الزركونيوم أساسًا من رمال الشواطئ مع معادن التيتانيوم. والفلز منخفض السمية وجيد التوافق الحيوي، وتوجد مركبات الألومنيوم والزركونيوم في بعض مضادات التعرق.

غير أن مسحوق الزركونيوم الناعم يشتعل بسهولة في الهواء. وعند درجات الحرارة العالية جدًا يتفاعل الزركونيوم أيضًا مع البخار منتجًا الهيدروجين، وقد أسهم هذا التفاعل في انفجارات الهيدروجين في محطة فوكوشيما دايتشي النووية عام 2011.