Цирконий Zr

Открытие

Циркон ценился как драгоценный камень с античных времён, но новый элемент, скрытый в нём, распознали лишь в 1789 году, когда немецкий химик Мартин Генрих Клапрот проанализировал циркон со Шри-Ланки и обнаружил новый оксид — циркониевую землю.

В 1824 году Йёнс Якоб Берцелиус получил загрязнённый металлический цирконий, восстановив соединение циркония калием. Металл легко поглощает кислород и азот, поэтому чистые образцы целое столетие оставались недостижимыми.

В 1925 году нидерландские учёные Антон Эдуард ван Аркел и Ян Хендрик де Бур получили цирконий высокой чистоты, разлагая пары иодида циркония на раскалённой нити, — так называемый иодидный процесс. С развитием ядерной энергетики в середине XX века цирконий стал стратегическим материалом.

Происхождение названия

Название произведено от минерала циркона — слова, которое обычно возводят к персидскому zargun — «золотистый». Символ — Zr.

Основные применения

• Ядерные реакторы: циркониевые сплавы (циркалой) поглощают очень мало нейтронов и стойки к горячей воде, поэтому служат стандартной оболочкой тепловыделяющих элементов. Химически почти идентичный гафний нужно предварительно удалить, так как он сильно поглощает нейтроны.
• Керамика: прочный и твёрдый диоксид циркония используется для зубных коронок, керамических ножей и деталей эндопротезов суставов; кубический цирконий (фианит) — известный имитатор алмаза.
• Литейное производство и огнеупоры: цирконовый песок выдерживает высокие температуры в литейных формах и футеровке печей, а также делает керамические глазури плитки и сантехники непрозрачно-белыми.
• Химические предприятия: цирконий стоек к сильным кислотам и используется для реакторов и трубопроводов.

Изотопы

У природного циркония пять изотопов — цирконий-90, -91, -92, -94 и -96, из которых на цирконий-90 приходится чуть больше половины. Цирконий-96 испытывает двойной бета-распад настолько медленно, что фактически стабилен. Цирконий-89 с периодом полураспада около 78 часов присоединяют к антителам для исследований в ПЭТ, а цирконий-93 — долгоживущий продукт деления.

Кристаллизуясь, циркон захватывает уран, но почти не захватывает свинец, что делает его идеальным для уран-свинцового датирования. Зёрна циркона из Джек-Хиллз в Западной Австралии образовались около 4,4 миллиарда лет назад и являются древнейшими известными фрагментами земной коры.

В повседневной жизни

Цирконий добывают в основном из прибрежных песков вместе с титановыми минералами. Металл малотоксичен и хорошо биосовместим, а соединения алюминия и циркония входят в состав некоторых антиперспирантов.

Однако мелкий циркониевый порошок легко воспламеняется на воздухе. При очень высоких температурах цирконий также реагирует с паром с выделением водорода; эта реакция стала одной из причин водородных взрывов на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году.