ジルコニウム Zr

発見の歴史

ジルコンは古代から宝石として珍重されていましたが、その中に隠れた新元素が認められたのは1789年のことです。ドイツの化学者マルティン・ハインリヒ・クラプロートがスリランカ産のジルコンを分析し、新しい酸化物ジルコニアを突き止めました。

1824年、イェンス・ヤコブ・ベルセリウスはジルコニウム化合物をカリウムで還元して、不純な金属ジルコニウムを得ました。この金属は酸素や窒素をすぐに取り込むため、純粋な試料は1世紀にわたって得られませんでした。

1925年、オランダの科学者アントン・エドゥアルト・ファン・アルケルとヤン・ヘンドリク・デ・ブールは、ヨウ化ジルコニウムの蒸気を熱したフィラメント上で分解する「クリスタルバー法」で高純度のジルコニウムをつくりました。20世紀半ばに原子力発電が台頭すると、ジルコニウムは戦略物資になりました。

名前の由来

名前は鉱物ジルコンに由来し、その語源は一般に、ペルシャ語で「金色の」を意味する zargun にさかのぼるとされています。元素記号は Zr です。

主な用途

• 原子炉: ジルコニウム合金(ジルカロイ)は中性子をほとんど吸収せず高温の水にも強いため、燃料棒の被覆管の標準材料です。化学的にほぼ同じ元素のハフニウムは中性子をよく吸収するため、あらかじめ取り除く必要があります。
• セラミックス: 丈夫で硬いジルコニアは、歯科用クラウン、セラミック包丁、人工関節の部品に使われます。キュービックジルコニアはダイヤモンドの模造石としてよく知られています。
• 鋳造と耐火物: ジルコンサンドは鋳型や炉の内張りで高温に耐え、タイルや衛生陶器の釉薬を不透明な白色にします。
• 化学プラント: ジルコニウムは強い酸に耐え、反応器や配管に使われます。

同位体

天然のジルコニウムには5つの同位体、ジルコニウム90、91、92、94、96があり、ジルコニウム90が半分をわずかに超えます。ジルコニウム96の二重ベータ崩壊は非常に遅く、実質的に安定です。半減期約78時間のジルコニウム89は抗体に結合させてPET画像診断の研究に使われ、ジルコニウム93は長寿命の核分裂生成物です。

ジルコンは結晶になるときにウランを取り込む一方、鉛はほとんど取り込まないため、ウラン・鉛年代測定に理想的です。西オーストラリア州ジャックヒルズのジルコン粒子は約44億年前にできたもので、知られている中で最も古い地球の地殻のかけらです。

身近なところで

ジルコニウムは主に、チタン鉱物とともに浜辺の砂から採掘されます。金属は毒性が低く生体適合性も良好で、アルミニウム・ジルコニウム化合物は一部の制汗剤に含まれています。

ただし細かいジルコニウム粉末は空気中で容易に発火します。また非常に高温では、ジルコニウムは水蒸気と反応して水素を発生させます。この反応は、2011年の福島第一原子力発電所の水素爆発の一因となりました。