ಜಿರ್ಕೊನಿಯಮ್

ಜಿರ್ಕೊನಿಯಮ್ ಒಂದು ಸಂಕ್ರಮಣ ಲೋಹ ಮೂಲಧಾತು. ಬೂದು ಬಣ್ಣದ ಹೊಳಪುಳ್ಳ ಈ ಲೋಹವು ಟೈಟೇನಿಯಮ್ ಅನ್ನು ಹೋಲುತ್ತದೆ. ಇದು ಬಹಳ ವಿರಳವಾಗಿ ಕಿಲುಬಾಗುವುದರಿಂದ ಇದನ್ನು ಅನೇಕ ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಲ್ಲದೆ ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಅಣು ಸ್ಥಾವರಗಳಲ್ಲಿ ಕಣ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಹೀರುವ ಕೋಲುಗಳಲ್ಲಿ ಇದರ ಹೆಚ್ಚು ಉಪಯೋಗವಿದೆ.

ಇದನ್ನು ಮೊದಲು ೧೮೨೪ರಲ್ಲಿ ಜೋನ್ಸ್ ಬೆರ್ಜೆಲಿಯಸ್ ಪರಿಶೋಧಿಸಿದ. "ಜಿರ್ಕಾನ್" ಎಂಬ ಅದರು ಇದರ ಮೂಲವಾಗಿದ್ದರಿಂದ ಇದಕ್ಕೆ ಜಿರ್ಕೊನಿಯಮ್ ಎಂಬ ಹೆಸರು ಬಂದಿತು.

ಇದು ಆವರ್ತಕೋಷ್ಟಕದ ನಾಲ್ಕನೆಯ ಗುಂಪಿಗೆ ಸೇರಿದೆ. ಪ್ರತೀಕ Zr. ಪರಮಾಣು ಸಂಖ್ಯೆ 40. ಪರಮಾಣು ತೂಕ 91.22. ನೈಸರ್ಗಿಕವಾಗಿ ಲಭಿಸುವ ಸಮಸ್ಥಾನಿಗಳು 90, 91, 94, 96. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ವಿನ್ಯಾಸ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d2 5s2.
ದೊರಕುವಿಕೆ

ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಭೂಮಿಯ ಹೊರಮೈಯಲ್ಲಿ ವಿಪುಲವಾಗಿ ಹರಡಿದೆ. ಈ ವ್ಯಾಪ್ತಿ ತಾಮ್ರಕ್ಕಿಂತಲೂ ಹೆಚ್ಚು. ರಾಸಾಯನಿಕವಾಗಿ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮ್ ತೀವ್ರ ಕ್ರಿಯಾಶೀಲವಾಗಿರುವುದರಿಂದ ಇದು ಶುದ್ಧರೂಪದಲ್ಲಿ ದೊರೆಯುವುದಿಲ್ಲ. ಸಂಯುಕ್ತರೂಪದಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಲಭಿಸುತ್ತದೆ.

ಜಿ಼ರ್ಕಾನ್ (ZrSiO4) ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಡ್ಡಿಲೈಟ್ (ZrO2) - ಇವು ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮಿನ ಮುಖ್ಯ ಖನಿಜಗಳು. ಜಿ಼ರ್ಕಾನ್ ದೊರೆಯುವ ಮುಖ್ಯ ಪ್ರದೇಶಗಳೆಂದರೆ ಅಮೆರಿಕ ಸಂಯುಕ್ತಸಂಸ್ಥಾನಗಳು, ಬ್ರಜಿ಼ಲ್ ಮತ್ತು ಭಾರತ. ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮಿನ ಈ ಖನಿಜಗಳಲ್ಲಿ ಯಾವಾಗಲೂ ಅಲ್ಪಭಾಗ ಹ್ಯಾಫ್ನಿಯಮ್ ಅಶುದ್ಧತೆ ಇದ್ದೇ ಇರುತ್ತದೆ. ಟೈಟೀನಿಯಮ್ ಖನಿಜಗಳಲ್ಲೂ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಸೇರಿರುತ್ತದೆ.
ಉತ್ಪಾದನೆ

ಲೋಹದ ಉತ್ಪಾದನೆ ಜಟಿಲ. ಇದರಲ್ಲಿ ಎರಡು ವಿಧಾನಗಳಿವೆ:

1. ಕ್ರಾಲ್ ವಿಧಾನ, 2. ವಾನ್ ಆರ್ಕೆಲ್ ಅಥಾವಾ ಅಯೊಡೈಡ್ ವಿಧಾನ.

ಕ್ರಾಲ್ ವಿಧಾನ: ಕ್ರಾಲ್ ವಿಧಾನದಲ್ಲಿ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಟೆಟ್ರಕ್ಲೋರೈಡ್ ಆವಿಯನ್ನು ದ್ರವ ಮೆಗ್ನೀಸಿಯಮಿನಿಂದ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮ್ ರೂಪಕ್ಕೆ ಅಪಕರ್ಷಿಸಲಾಗುವುದು. ವಿಧಾನದ ವಿವಿಧ ಹಂತಗಳು ಈ ರೀತಿ ಇವೆ:

* ಜಿ಼ರ್ಕಾನನ್ನು ವಿದ್ಯುಚ್ಚಾಪ ಕುಲುಮೆಯಲ್ಲಿ ಇಂಗಾಲದ ಜೊತೆ ಸುಟ್ಟು ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಮಾಡುವುದು.
* ಕಾರ್ಬೈಡನ್ನು ಕ್ಲೋರಿನ್ನಿನೊಡನೆ ಕಾಸಿ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಟೆಟ್ರಕ್ಲೋರೈಡ್ ಮಾಡುವುದು.
* ಊರ್ಧ್ವಪಾತದಿಂದ ಟೆಟ್ರಕ್ಲೋರೈಡನ್ನು ಶುದ್ಧೀಕರಿಸುವುದು.
* ಟೆಟ್ರಕ್ಲೋರೈಡನ್ನು ಆವಿಯಾಗಿಸಿ ದ್ರವ ಮೆಗ್ನೀಸಿಯಮಿನೊಡನೆ ವರ್ತನೆ ಮಾಡಿಸುವುದು.
* ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ ಮೆಗ್ನೀಸಿಯಮ್ ಕ್ಲೋರೈಡನ್ನು ಕರಗಿಸಿ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮಿನಿಂದ ಬೇರ್ಪಡಿಸುವುದು.
* ಸೂಕ್ಷ್ಮರಂಧ್ರಮಯ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮನ್ನು ಪುಡಿಗುಟ್ಟಿ, ಸರಳುಗಳಾಗಿ ಒತ್ತಿ, ಜಡವಾತಾವರಣದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುಚ್ಚಾಪದಲ್ಲಿ ಕರಗಿಸಿ ಗಟ್ಟಿಗಳಾಗಿ ಮಾಡುವುದು.

ವಾನ್ ಆರ್ಕೆಲ್ ವಿಧಾನ: ವಾನ್ ಆರ್ಕೆಲ್ ಅಥವಾ ಅಯೊಡೈಡ್ ವಿಧಾನದಲ್ಲಿ ಸರಂಧ್ರ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮನ್ನು ಅಯೊಡೈಡಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಿ ಬಳಿಕ ಲೋಹರೂಪಕ್ಕೆ ವಿಭಜಿಸಲಾಗುವುದು. ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯವನ್ನು (ZrO2) ಅಧಿಕ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ಯಾಲ್ಸಿಯಮ್ಮಿನೊಡನೆ ಕಾಸಿ ಅಶುದ್ಧ ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮನ್ನು ತಯಾರಿಸಲಾಗುವುದು. ಜಿ಼ರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಪುಡಿಯ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಕ್ಯಾಲ್ಸಿಯಮ್ ಆಕ್ಸೈಡಿನೊಡನೆ ಸೇರಿರುತ್ತದೆ. ಸಾರರಿಕ್ತ ಹೈಡ್ರೊಕ್ಲೋರಿಕ್ ಆಮ್ಲದಿಂದ ತೊಳೆದು ಕ್ಯಾಲ್ಸಿಯಮ್ ಆಕ್ಸೈಡನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕಿಸಿ ಒದ್ದೆಯಾದ ಜಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಪುಡಿಯನ್ನು ಉರುಳೆಯಾಕಾರದ ಪಾತ್ರೆಯ ಪಕ್ಕಗಳಲ್ಲಿ ತುಂಬಿ, ಸ್ವಲ್ಪ ಅಯೊಡೀನನ್ನು ಸೇರಿಸಿ ಪಾತ್ರೆಯನ್ನು ನಿರ್ವಾತಗೊಳಿಸಲಾಗುವುದು. ಪಾತ್ರೆಯ ಮಧ್ಯಭಾಗದಲ್ಲಿ ಮುಚ್ಚಳಕ್ಕೆ ಸ್ಥಿರಗೊಳಿಸಿರುವ ಟಂಗ್‌ಸ್ಟನ್ ತಂತಿ ಇರುತ್ತದೆ. ಪಾತ್ರೆಯನ್ನು 2000C ಗೆ ಕಾಸಿದರೆ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಟೆಟ್ರಅಯೊಡೈಡ್ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ತನ್ನು ಹಾಯಿಸಿ ಟಂಗ್‌ಸ್ಟನ್ ತಂತುವನ್ನು 13000C ಗೆ ಕಾಸಿದಾಗ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಟೆಟ್ರಅಯೊಡೈಡು ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಅಯೊಡೀನ್ ಆಗಿ ವಿಭಜನೆಗೊಂಡು ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಟಂಗ್‌ಸ್ಟನ್ ತಂತಿಯ ಮೇಲೆ ಶೇಖರವಾಗುತ್ತದೆ.

ಶುದ್ಧೀಕರಣ: ರಿಯಾಕ್ಟರುಗಳಲ್ಲಿ ಉಪಯೋಗಿಸುವ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಹ್ಯಾಫ್ನಿಯಮಿನಿಂದ ಮುಕ್ತವಾಗಿರಬೇಕು. ಏಕೆಂದರೆ ಹ್ಯಾಫ್ನಿಯಮ್ಮು ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮಿಗಿಂತ 700 ಪಾಲು ತೀವ್ರಗತಿಯಲ್ಲಿ ನ್ಯೂಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಫಾಸ್ಫೇಟುಗಳ ಆಂಶಿಕ ಒತ್ತಡದಿಂದ, ಕ್ಲೋರೈಡ್ ಸಂಕಲನ ಲವಣಗಳ ಭಿನ್ನ ಬಟ್ಟಿಯಿಂದ ಮತ್ತು ಸಲ್ಫೇಟ್ ದ್ರಾವಣಗಳನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸಿ ಅಯಾನ್ ವಿನಿಮಯ ವಿಧಾನದಿಂದ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮನ್ನು ಹ್ಯಾಫ್ನಿಯಮಿನಿಂದ ಬೇರ್ಪಡಿಸಬಹುದು.
ಗುಣಗಳು

ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಲೋಹದ ಬಣ್ಣ ಬಿಳಿ. ಸಾಂದ್ರತೆ 6.49 gm/cc. ಕರಗುವ ಬಿಂದು 18500C. ಕುದಿಯುವ ಬಿಂದು 35800C. ಇದರ ಶುದ್ಧ ಲೋಹದ ತಂತಿಯನ್ನು ಎಳೆಯಬಹುದು. ಅಶುದ್ಧ ಲೋಹ ಪೆಡಸು. ಸಾಧಾರಣ ಉಷ್ಣತೆಯ ವಾಯುವಿನಲ್ಲಿ ಲೋಹ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುವುದು. ಇದು ಎಷ್ಟೂ ಅನಿಲಗಳೊಡನೆ ಸಂಯೋಗ ಹೊಂದುವುದಿಲ್ಲ. ಅಧಿಕ ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ವಿರಳ ಅನಿಲಗಳ ಹೊರತು ಎಲ್ಲ ಅನಿಲಗಳೊಡನೆ ಸಂಯೋಗ ಹೊಂದುತ್ತದೆ. ಹೈಡ್ರೋಫ್ಲೊರಿಕ್, ಸಾರ ಸಲ್ಫ್ಯೂರಿಕ್ ಮತ್ತು ಫಾಸ್ಫಾರಿಕ್ ಆಮ್ಲಗಳನ್ನು ಬಿಟ್ಟರೆ ಎಲ್ಲ ಆಮ್ಲ ಮತ್ತು ಕ್ಷಾರಗಳನ್ನೂ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ನಿರೋಧಿಸುತ್ತದೆ. ನೀರಾವಿ ಮತ್ತು ಶುದ್ಧ ನೀರನ್ನು ನಿರೋಧಿಸಲಾರದು.
ಸಂಯುಕ್ತಗಳು

ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮಿನ ಸಾಮಾನ್ಯ ವೇಲೆನ್ಸಿ 4. ಅಧಿಕ ಕರಗುವ ಬಿಂದುವುಳ್ಳ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯ ಮುಂತಾದ ಸಂಯುಕ್ತಗಳಲ್ಲಿ ಅಯಾನಿಕ್ ಬಂಧಗಳೇ ಪ್ರಧಾನ. ಕಡಿಮೆ ಕರಗುವ ಬಿಂದುವುಳ್ಳ ಕ್ಲೋರೈಡುಗಳಲ್ಲಿ ಬಂಧಗಳು ಭಾಗಶಃ ಕೋವೇಲೆಂಟ್, ಗರಿಷ್ಠ ಧನ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶ ಮತ್ತು ಕನಿಷ್ಠ ಗಾತ್ರದಿಂದಾಗಿ Zr4+ ಅಯಾನ್ ನೀರಿನ ದ್ರಾವಣಗಳಲ್ಲಿ ಅಸ್ತಿತ್ವ ಪಡೆದಿಲ್ಲ. ಜ಼ಿರ್ಕೊನೈಲ್ (ZrO++) ಅಯಾನ್ ರೂಪ ತಾಳುತ್ತದೆ.

ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಟೆಟ್ರಕ್ಲೋರೈಡನ್ನು ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಅಥವಾ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಮೇಲೆ ಕ್ಲೋರಿನ್ ವರ್ತನೆಯಿಂದ ತಯಾರಿಸಬಹುದು. ಇದು ಜಲಾಕರ್ಷಕ ವಸ್ತು. ನೀರಿನೊಡನೆ ತೀವ್ರವಾಗಿ ವರ್ತಿಸಿ ಜ಼ಿರ್ಕೊನೈಲ್ ಕ್ಲೋರೈಡನ್ನು (ZrOCl2) ಕೊಡುತ್ತದೆ. ಜ಼ಿರ್ಕೊನೈಲ್ ಕ್ಲೋರೈಡ್ ಮತ್ತೆ ಜಲವಿಶ್ಲೇಷಣೆ ಹೊಂದಿ ಆಮ್ಲೀಯ ದ್ರಾವಣವನ್ನು ಕೊಡುತ್ತದೆ. ಜ಼ಿರ್ಕೊನೈಲ್ ಬ್ರೋಮೈಡ್ ಮತ್ತು ಅಯೊಡೈಡುಗಳು ಜ಼ಿರ್ಕೊನೈಲ್ ಕ್ಲೋರೈಡನ್ನೇ ಹೋಲುತ್ತವೆ. ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಸಲ್ಫೇಟುಗಳು ಅನೇಕ ಮತ್ತು ಜಟಿಲ. Zr(SO4)2 ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಲ್ಫೇಟ್. ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಅಥವಾ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯ (ZrO3) ಮೂರು ಹರಳಾಕೃತಿಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ದ್ರವನ ಬಿಂದು 26800C. ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಹೈಡ್ರೋಜನನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಹೈಡ್ರೈಡ್ (ZrH2) ಕಪ್ಪುಬಣ್ಣದ ಪೆಡಸುಪುಡಿ. ಕಾಸಿದರೆ ಹೈಡ್ರೊಜನನ್ನು ಬಿಟ್ಟುಕೊಡುತ್ತದೆ. ಕೆಲವು ಸಂಯುಕ್ತಗಳಲ್ಲಿ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮಿನ ವೇಲೆನ್ಸಿ 4ಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ನೈಟ್ರೈಡ್ (ZrN) ಮತ್ತು ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಬೋರೈಡ್ (ZrB). ಇವುಗಳ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮಿನ ರಚನೆ ಒಂದೇ ಆಗಿದೆ. ಇವು ಅಂತರಾಕಾಶೀಯ (ಇಂಟರ್‌ಸ್ಟೀಶಿಯಲ್) ಸಂಯುಕ್ತಗಳು, ಬಲು ಕಠಿಣ ಮತ್ತು ಇವುಗಳ ದ್ರವನ ಬಿಂದು ಜಾಸ್ತಿ.
ಉಪಯೋಗಗಳು

ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಸಂಯುಕ್ತಗಳನ್ನು ಕುಂಭಕಲೆಯಲ್ಲಿಯೂ ಉಷ್ಣರೋಧತೆ ಅವಶ್ಯವಿರುವ ಕಾರ್ಯಗಳಲ್ಲಿಯೂ ಉಪಯೋಗಿಸಲಾಗುವುದು. ಇದು 16000 - 18000C ಯಲ್ಲಿ ಮೆದುವಾಗಿ 21900C ಯಲ್ಲಿ ದ್ರವಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಉಷ್ಣ ವ್ಯಾಕೋಚನ ಕಡಿಮೆ ಮತ್ತು ಘರ್ಷಣರೋಧತೆ ಜಾಸ್ತಿ. ಉರಿಸಿದಾಗ ಪ್ರಜ್ವಲಿಸುವ ಬಿಳಿಬೆಳಕನ್ನು ಸೂಸುವುದರಿಂದ ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮನ್ನು ಅನಿಲ ಜ್ವಾಲೆಗಳ ಮೇಲೆ ಮ್ಯಾಂಟಲ್ ಆಗಿ ಉಪಯೋಗಿಸಲಾಗುವುದು. ಬಲು ಸ್ವಲ್ಪ ನ್ಯೂಟ್ರಾನುಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಲೋಹ ಹೀರಬಲ್ಲುದಾದ್ದರಿಂದ ಪರಮಾಣು ರಿಯಾಕ್ಟರುಗಳಲ್ಲಿ ಯುರೇನಿಯಮ್ ಇಂಧನ ಸರಳುಗಳಿಗೆ ಕವಚವಾಗಿ ಇದರ ಬಳಕೆಯುಂಟು. ಆಕ್ಸಿಜನ್, ಹೈಡ್ರೊಜನ್, ಸಾರಜನಕಗಳನ್ನು ಜ಼ಿರ್ಕೋನಿಯಮ್ ಹೀರಬಲ್ಲುದಾದ್ದರಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ನಾಳಗಳಲ್ಲಿ ಗೆಟ್ಟರ್ ಆಗಿ ಅಲ್ಲದೇ ರಾಸಾಯನಿಕ ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಶಸ್ತ್ರವೈದ್ಯದಲ್ಲಿ ಟ್ಯಾಂಟಲಮ್ ಬದಲು ಹೊಲಿಗೆ ಹಾಕುವಲ್ಲಿ ಕೂಡ ಇದು ಉಪಯುಕ್ತವಾಗಿದೆ.

ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ: ಜಲಸಂಯುಕ್ತ ಆಕ್ಸೈಡಾಗಿ ಒತ್ತರಿಸಿ, ಬೇರ್ಪಡಿಸಿ, ಕಾಸಿ ಶುಷ್ಕ ZrO2 ಆಗಿ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುವುದು.
ಉಲ್ಲೇಖಗಳು
ಹೊರಗಿನ ಕೊಂಡಿಗಳು

* Chemistry in its element podcast (MP3) from the Royal Society of Chemistry's Chemistry World: Zirconium
* Zirconium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

ವರ್ಗ:ಸಂಕ್ರಮಣ ಧಾತುಗಳು
ವರ್ಗ:ಲೋಹಗಳು
ವರ್ಗ:ಮೂಲಧಾತುಗಳು
ವರ್ಗ:ಮೈಸೂರು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯ ವಿಶ್ವಕೋಶ