Zirkonyum

Zirkonyum (), periyodik tablonun IVb grubunda yer alan kimyasal element. Ağrılıklı olarak, nükleer reaktörlerde yapı malzemesi olarak kullanılır.

Bulunduğu yerler, kullanım alanı ve özellikleri

1940’ların sonuna değin pek tanınmayan zirkonyum, bu yıllardan sonra nötronları çok iyi geçirmesi nedeniyle nükleer enerji uygulamalarında yararlanılan çok önemli bir malzeme durumuna geldi. Zirkonyumu ilk olarak 1789’da Alman kimyacı , oksitli bileşiği olan zirkonda buldu. İsveçli kimyacı Jöns Jacob Berzelius ise katışkılı zirkonyum metalini 1824’te ayırmayı başardı. Yüzde 99 aralıktaki zirkonyum metali bile sert ve kırılgandır. Beyaz, yumuşak, dövülgen ve sünek olan daha yüksek aralıktaki zirkonyum metalini ise ilk olarak 1925’te Alman kimyacı Anton E. Van Arkel ve J. H. de Boer zirkonyum tetraiyodürden (Zr) ısıl bozundurma yoluyla elde ettiler. 1940’ların başında Lüksemburglu William Justin Kroll, zirkonyum tetraklorürün (ZrCL) magnezyumla indirgenmesine dayalı ucuz zirkonyum metali üretme işlemini geliştirdi. Yerkabuğunda oldukça bol bulunan zirkonyuma Sefeitlerin tayfında da rastlanmıştır. Zirkonyum sanayide en çok zirkon minerallerinden ve badeleyitten elde edilir.

Zirkonyumun en önemli kullanım alanı nükleer reaktörlerdir. İstenen bütün özelliklerin eşsiz biçimde bir araya gelmesi nedeniyle zirkonyumdan yakıt çubuklarının kaplanmasında, uranyumlu alaşımlarda ve reaktör çekirdeğindeki yapı malzemelerinde yararlanılır. Zirkonyum yüksek sıcaklıklara ve hızla dolanan soğutucuların yenim etkisine karşı dirençlidir, radyoaktiflik derecesi yüksek izotoplar oluşturmaz ve nötron bombardımanının neden olduğu mekanik aşınmaya dayanıklıdır. Kimyasal bakımdan zirkonyuma çok benzeyen ve bütün zirkonyum cevherlerinde bulunan ise ısıl nötronları güçlü bir biçimde soğurur; bu nedenle hafniyumun nükleer reaktörlerde kullanılan zirkonyum metalinden olabildiğince uzak tutulması gerekir.

Zirkonyum çok büyük miktarda oksijen, azot ve hidrojen soğurabilir. Yaklaşık 800 C’de oksijenle tepkimeye girerek zirkonyum dioksiti oluşturur (ZrO2) Magnezyum, berilyum ve toryum oksit gibi tuğlamsı malzemeleri indirger. Zirkonyumun oksijen ve öbür gazlara karşı çok güçlü bir ilgisi vardır ve bu nedenle elektron tüplerinde katışkı oluşturan gazları uzaklaşırmada getter olarak kullanılır. Zirkonyum, üzerinde koruyucu bir oksit ya da nitrür katmanı oluştuğundan havada normal sıcaklıkta edilgendir. Ama bu katmanı ‘olmasa da zayıf asitlerden ve asitli tuzlardan etkilenmez. Yenime karşı dayanımı çok yüksek olduğundan pompa, vana ve ısı değiştirici üretiminde yaygın biçimde uygulanır. Zirkonyumdan ayrıca bazı magnezyumlu alaşımların üretiminde alaşımlama maddesi, bazı çeliklerde de katkı maddesi olarak yararlanılır.

Nerelerde Kullanılır?

Zirkonyumun asıl kullanım alanı refraktör sanayidir; 2500°C den daha yüksek ısıya dayanıklı özel refrakter tuğla imalinde kullanımı çok önemlidir. Ayrıca elektroporselen, labaratuvar porseleni ve buji imalinde kullanılır. Tane inceliği 5 mikronun altındaki Zr-oksid sır ve emaye opaklaştırma maddesi olarak değerlidir ve kalay oksidi ikame eder. Bu alanda yüksek ışın refleksiyonu ve termal stabilitesi nedeni ile kullanılmaktadır.

Zirkonyumun kuyumculukta kullanılan formuna “kübik zirkonya” da denilmektedir. Zirkonyanın en popüler formu; mücevherlerde ve takılarda da kullanılan ve “sahte elmas”olarak tanımlanan elmas görünümlü, berrak, şeffaf bir taştır. Mücevher sektöründe “zirkon” olarak bilinen ürünler de aslında zirkonyadır.

Kalıpların özelliğini olumlu yönde etkilemesi ve sıvı metalin sızmasını önlediği için zirkonun döküm kumu olarak kullanımı da çok önemlidir. Döküm kumlarında ve refrakterlerde kullanılan zirkonun geri kazanılması mümkündür. Olivin ve krom dökümcülükte, dolomit ve sipinel refrakterlerde, kolonbiyum ve tantalyum nükleer uygulamalarda ve titanyum kimyasallarda zirkonu ikame edebilen alternatif maddelerdir.

Korozyona karşı yüksek mukavemeti nedeni ile de kimya sanayiinde aranan bir hammaddedir.

Zirkonoksitler ayrıca boya, ilaç, tekstil ve abrazif sanayiilerinde kaynak elektrotlarında, izalasyonda, fotoğrafçılıkta ve dericilikte kullanılır.

 

Zeplin’in Mucidi

 

Zirkonyum doğada zirkonyum-90 (yüzde 51,46), zirkonyum-91 (yüzde 11,23), zirkonyum-92 (yüzde 17,11), zirkonyum-94 (yüzde 17,40) ve zirkonyum-96 (yüzde 2,80) olmak üzere beş kararlı izotopunun bir karışımı halinde bulunur. İki ayrı biçimi (alotrop)bulunan zirkonyum, 862’C’nin altında heksagonal yakın bileşmiş, bu sıcaklığın üstünde ise yüz merkezli kübik yapıdadır.

Bileşikleri

Zirkonyum çoğunlukla bileşiklerinde 4 değerliklidir. Üç değerlikli olduğu bazı daha az kararlı bileşiklerine de rastlanmıştır.

Bazı zirkonyum bileşiklerinin sanayide önemli uygulama alanları vardır. Örneğin zirkon olarak da bilinen zirkonyum dioksit (ZrO2) sert, beyaz ile sarı-kahverengi arasında değişen renklerde ve erime noktası yaklaşık 2.700 C olan bir katıdır. Çoğunlukla aşındırıcı ve tuğlamsı malzeme olarak, ayrıca yakıt pillerindeki seramiklerin ve asit ve bazlara dayanıklı camların yapımında kullanılır. Zirkonyum dioksit doğada badeleyit olarak bulunmakla birlikte sanayide en ucuz biçimde zirkondan elde edilir.

Zirkonyum tetraklorür (ZrCl4) ve zirkonyum sülfat [Zr(SO4)2:4H2O] öbür önemli zirkonyum bileşikleridir. Zirkonyum karbürün ya da oksidin klorlanması yoluyla elde edilen zirkonyum tetraklorür, organik zirkonyum bileşiklerinin üretiminde ve etilenin polimerleşmesi, petrolün parçalanması gibi tepkimelerde katalizör olarak kullanılır. Sülfürik asidin zirkonyum. hidroksite [Zr(OH)4] etkimesi yoluyla elde edilen zirkonyum sülfatlarından ise, yağlayıcı ve kimyasal ayıraç olarak, ayrıca beyaz derinin sepilenmesinde yararlanılır.

atom numarası 40

atom ağırlığı 91,22

erime noktası 1.852 C

kaynama noktası 3.578 C

özgül ağırlığı 6,49 (20 C)

değerliği 4

elektron yerleşimi 2-8-18-10-2

 

No Responses

  1. uzman06 Ekim 10, 2019

Sen de birkaç kelam et...

3 + eleven =

Select Language