锆 Zr

发现历史

锆石自古以来就被当作宝石珍视，但藏在其中的新元素直到1789年才被认识：德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗特分析了产自斯里兰卡的锆石，鉴定出一种新的氧化物——氧化锆。

1824年，永斯·雅各布·贝采利乌斯用钾还原锆的化合物，得到了不纯的金属锆。这种金属很容易吸收氧和氮，因此一百年来一直难以获得纯净的样品。

1925年，荷兰科学家安东·爱德华·范阿克尔和扬·亨德里克·德布尔让碘化锆蒸气在炽热的灯丝上分解，制得了高纯度的锆，这就是“晶棒法”。随着20世纪中叶核电的兴起，锆成为一种战略材料。

名称由来

名称源自矿物锆石（zircon），这个词一般追溯到波斯语 zargun，意为“金色的”。元素符号为 Zr。中文“锆”以金字旁加“告”字，取其读音。

主要用途

• 核反应堆：锆合金（锆锡合金）吸收的中子极少，又耐高温水，是燃料棒的标准包壳材料。化学性质几乎相同的铪必须先被除去，因为铪是强中子吸收剂。
• 陶瓷：坚韧而坚硬的氧化锆用于牙冠、陶瓷刀和人工关节部件；立方氧化锆则是著名的钻石仿品。
• 铸造与耐火材料：锆英砂能在铸模和炉衬中承受高温，还能使瓷砖和卫生洁具的陶瓷釉呈不透明的白色。
• 化工厂：锆耐强酸，用于制造反应器和管道。

同位素

天然锆有五种同位素：锆-90、-91、-92、-94和-96，其中锆-90略多于一半。锆-96的双β衰变极其缓慢，实际上可视为稳定。半衰期约78小时的锆-89被连接到抗体上，用于PET成像研究；锆-93则是一种长寿命的裂变产物。

锆石结晶时会吸收铀，却几乎不吸收铅，这使它成为铀-铅测年的理想材料。西澳大利亚杰克山的锆石颗粒形成于约44亿年前，是已知最古老的地壳碎片。

日常生活中

锆主要与钛矿物一起从海滨砂矿中开采。金属锆毒性低、生物相容性好，一些止汗剂中含有铝锆化合物。

然而，细锆粉在空气中很容易着火。在极高温度下，锆还会与水蒸气反应生成氢气；2011年福岛第一核电站的氢气爆炸就与这一反应有关。