Sirkonium

Sirkonium is 'n chemiese element in die periodieke tabel met die simbool Zr en atoomgetal van 40. Sirkonium is 'n sterk, glansende grys oorgangsmetaal wat ooreenkomste met titaan toon. Sirkonium word hoofsaaklik uit sirkoon ontgin en het 'n baie hoë weerstand teen korrosie. Sirkonium word grootliks in kernreaktors gebruik vanweë die weerstand teen korrosie en lae neutrondeursnee daarvan.
Kenmerke

Sirkonium is 'n glansende gryswit metaal en het 'n buitengewone hoë weerstand teen korrosie. Sirkonium is ligter as staal met 'n hardheid soortgelyk aan dié van koper. As die metaal fyn verdeel word kan dit, veral by hoë temperature, in kontak met lug spontaan ontbrand (die soliede metaal brand egter nie so maklik nie). Sirkonium-sinklegerings word by temperature onder 35 K magneties. Die oksidasietoestand van sirkonium is gewoonlik +4, maar die +3 en +2 toestande kan ook verkry word.
Gebruike

duimnael|130px|links|Kubiese sirkonia, ZrO2
Die hoofgebruike vir sirkon (ZrSiO4) is in vuurbestande voerings, gietsand en in keramieke. Sirkon word ook as 'n natuurlike edelgesteente bemark vir insluiting by juwele en die oksied daarvan word verwerk om kubiese sirkonia (hier links op beeld) te maak, wat 'n skitterende, helder kristal vorm en as plaasvervanger vir diamant gebruik word.
Ander gebruike

* Sirkonium het 'n lae absorpsiedeursnee vir termiese neutrone, wat dit ideaal maak vir aanwendings in die kernenergiebedryf soos vir die voering van brandstofelemente. Meer as 90% van sirkonium-metaalvervaardiging word vir kommersiële kernkragopwekking benut. Moderne kommersiële skaalreaktors kan soveel as 150 000 meters se buise gebruik wat uit sirkoniumlegerings (Zircaloy) vervaardig is. Reaktorgraad-sirkonium moet van hafnium-inhoud gesuiwer word, wat 'n neutroneursnee van 600 keer groter het is as dié van sirkonium; 'n hafniumvrye sirkonium kan 10 keer duurder wees as 'n sirkonium wat nog die 1-5% hafnium bevat wat natuurlik voorkom.
* Menslike weefsels kan hierdie metaal maklik verwerk wat dit geskik maak vir gebruik in inplantings. Een sodanige toepassing is die gebruik van oksinium, 'n sirkonium-niobium-legering wat doelbewus geoksideer word om 'n verweringsbestande, hoë integriteit sirkoniumoksiedoppervlak te lewer vir gebruik in heup- of kniegvervangingstoestelle. Die keramiekoppervlak verminder die verwering van die poliëtileen teenoppervlak terwyl die substraat die sterkte en smeebaarheid van 'n metaal behou.
* Dit word algemeen in die chemiese nywerheid vir pypwerk in korrosiewe omgewings gebruik.
* Sirkonium is pirofories (vlambaar) en is al in militêre brandbomme gebruik.
* Onsuiwer sirkoniumoksied, sirkonia, word gebruik om kroesies te vervaardig wat in laboratoriums gebruik word om hitteskok te weerstaan, vir voerings in metalurgiese oonde en in die keramiek- en glasnywerhede as 'n brandbestande voeringsmateriaal.
* Dit word ook in hitteruilers in vakuumbuise en lampfilamente gebruik en in 'n verskeidenheid spesiale legerings.
* Wanneer dit saam met niobium gelegeer word, raak sirkonium by lae temperature supergeleidend en word dus gebruik om supergeleier-magnete te maak en toon belofte in grootskaalse elektriese kraggebruike.
* Sirkonium Diamied-Diamien komplekse kan gebruik word om die polimerisasie van alkene te kataliseer, veral eteen wat deur Tritiel-BArF geaktiveer is.
* Sirkoniumnitried is onlangs gebruik as alternatief vir titaannitried vir die bedekking van boorpunte. Albei bedekkings is veronderstel om die boor gedurende die snyproses skerper en koeler te hou.
* Bis(siklopentadiëniel)sirkonium(IV)chloriedhidried (Schwartz se Reagens) is 'n kommersieel beskikbare metalloseen wat gebruik word in die hidrosirkonisasie van alkene en alkyne.
* Fietsvervaardigers sluit sirkonium-aluminiumlegerings by hul hoëgraadse fietsrame in. Hierdie kombinasie maak die raam sterker en duursamer en ook ligter.
* Sirkonium kom ook in die molekule aluminium-sirkonium-oktachlorohydrex (GLY) voor, wat as reukweermiddel gebruik word.
* Sirkonium word ook gebruik as voerings in gevormde plofstofladings.

In 2007 het sirkonium ongeveer $150/kg gekos.
Hafniumvrye sirkonium

Reaktorgraad-sirkoniumlegerings moet van hafniumvrye sirkonium vervaardig word aangesien hafnium 'n baie hoë neutron absorpsiedeursnee van 600 keer hoër as dié van sirkonium het. Kommersiële sirkonium bevat gewoonlik 1-5% hafnium wat verwyder moet word. Hierdie verwyderingsproses is uiters moeilik (sirkonium en hafnium is twee van die moeilikste elemente om van mekaar te skei). Twee hoofprosesse wat gebruik word is naamlik vloeistof-vloeistof ekstraksie wat die verskil in oplosbaarheid tussen metaaltiosianate in metielisobutielketoon (MIBK) uitbuit en ekstraktiewe distillasie. Die resulterende reaktorgraad-sirkonium word in die vervaardiging van beheerstawe gebruik.
Geskiedenis

Sirkonium (afkomstig vanuit die Arabiese woord zarkûn of die Persiese woord zargûn wat "goudagtig" beteken) is in 1789 deur Martin Heinrich Klaproth ontdek en in 1824 deur Jöns Jakob Berzelius geïsoleer.

Daar word reeds in Bybelse geskrifte na die sirkonium-bevattende mineraal sirkon verwys. Die feit dat die mineraal 'n nuwe element bevat het was onbekend totdat Klaproth 'n monster uit Ceylon in die Indiese Oseaan geanaliseer het. Hy het die nuwe element Zirkonertz (sirkonia) gedoop. Die onsuiwer metaal is vir die eerste keer deur Berzelius geïsoleer deur 'n mengsel van kalium en kaliumsirkoniumfluoried in 'n ysterbuis te verhit. Suiwer sirkonium is eers in 1914 voorberei.

Die kristalstaafproses (of Jodiumproses) is in 1925 deur Anton Eduard van Arkel en Jan Hendrik de Boer ontdek en was die eerste nywerheidsproses vir die kommersiële voorbereiding van suiwer pletbare metallieke sirkonium. Dit is later deur die Kroll-proses vervang.
Verspreiding

Sirkonium word nooit in die natuur as 'n vrye metaal aangetref nie. Die hoof ekonomies ontginbare bron van sirkonium is die sirkoniumsilikaatmineraal, sirkon (ZrSiO4), wat in neerslae in Australië, Brasilië, Indië, Rusland en die Verenigde State aangetref word. Sirkonium en hafnium word in 'n verhouding van ongeveer 50 tot 1 in sirkon aangetref en is moeilik om te skei. Sirkon is 'n byproduk van die ontginnig en prosesering van die titaanbevattende mineraalsandsoorte, ilmeniet en rutiel of tinmateriale. Sirkonium word ook in 30 ander bekende mineraalspesies aangetref, waaronder baddelejiet. Die metaal word kommersieel met die Kroll-proses of ander metodes voorberei deur die reduksie van sirkonium(IV)chloried met magnesium. Kommersiële graad sirkonium bevat steeds 'n hafnium inhoud van 1 tot 3%.

Die element is ook volop in S-tipe sterre en is in die son en meteoriete bespeur. Maanrotsmonsters wat deur die Apollo-program sendings na die maan teruggebring is toon 'n baie hoë sirkoniumoksied inhoud relatief tot aardrotse.
Isotope

Sirkonium soos dit in die natuur voorkom bestaan uit vier stabiele isotope en een baie langlewende radio-isotoop (96Zr). Die tweede mees stabiele radio-isotoop is 93Zr met 'n halfleeftyd van 1,53 miljoen jaar. Agtien ander radio-isotope is ook al geëien. Die meeste hiervan het halfleeftye van minder as 'n dag buiten 95Zr (64,02 dae), 88Zr (63,4 dae) en 89Zr (78,41 ure). Die primêre vervalmodus vóór 92Zr en die primêre modus daarna is betaverval.
Voorsorgmaatreëls

duimnael|links|Sirkoniumstaaf
Sirkoniumverbindings is gewoonlik nie giftig nie. Die metaalstof kan spontaan in lug ontbrand en behoort as 'n groot vuur- en ontploffingsrisiko hanteer te word. Sirkonium speel geen biologiese rol nie.
Verwysings
Eksterne skakels

* Los Alamos National Laboratory – Artikel oor Sirkonium
* WebElements.com – Zirconium


Kategorie:Chemiese elemente