జిర్కోనియం



మౌలిక సమాచారం
జిర్కోనియం (Zirconium) అనునది ఒక రసాయనిక మూలకము .మూలకాలఆవర్తన పట్టికలో 4 వ సముదాయం, d బ్లాకు,5 వ పిరియడ్‌కు చెందిన లోహం. దీనియోక్కపరమాణు సంఖ్య 40. ఈ మూలకం యొక్క సంకేత అక్షరం Zr. ఇది బూడిద–తెలుపు రంగులో ఉంటుంది. జిర్కోనియాన్ని ప్రముఖంగా దుర్గలనీయలోహం/ఉష్ణనిరోధకి (refractory), కాంతిరోధకి (opacifier, గా వాడెదరు. దీనిని లోహాలలో లోహాల దృఢత్వం పెంచటానికి, లోహల క్షయికరణను నిరోదించుటకై మిశ్రమ ధాతువుగా తక్కువ పరిమాణంలో ఉపయోగిస్తారు.

చరిత్ర
జిర్కోనియం యొక్క ఖనిజమైన జిర్కోన్, ఇతర ముడిఖనిజాల (జార్గున్, హియసిమ్త్, జాసిమ్త్, లిగుర్ ) గురించి బిబిలికల్‌వ్రాతలలో/ లిఖితాలలో వివరించారు.1789 లో శ్రీలంక నుండి సేకరించిన జార్గూన్‌ (jargoon) పదార్థాన్ని మార్టిన్ హెన్రిచ్ క్లాప్రోట్ ( Klaproth) విశ్లేషణ /పరీక్ష చేసేవరకు ఇది ఒక విడి మూలకమని ఎవ్వరికి తెలియదు. ఆయన దీనికి జిర్కొనేర్డ్ (Zirkonerde) (జిర్కొనియ:zirconia) అని నామకరణ చేసాడు. 1808 లో హంప్రీ డేవి విద్యుద్వివిశ్లేషణ ద్వారా ఈమూలకాన్ని వేరుచెయ్యుటకు ప్రయత్నించినను సఫలికృతుడు కాలేకపోయాడు.1824 లో స్వీడిస్ రసాయనవేత్త, బెర్జిలియస్ (Berzelius) అను శాస్త్రవేత్త పొటాషియం, పొటాషియం జిర్కోనియం ఫ్లోరైడ్ మిశ్రమాన్ని ఒక ఇనుపగొట్టంలో తీసుకోని వేడి చెయ్యడం ద్వారా మొదటగా జిర్కోనియం మూలకంనుగా వేరుచేసాడు. 

తరువాత క్రమంలో వ్యాపారాత్మక స్థాయిలో క్రిస్టల్ బార్ ప్రాసెస్ (ఐయోడైడ్ ప్రాసెస్) అను విధానంద్వారా జిర్కొనియాన్ని ఉత్పత్తి చెయ్యడాన్ని ఎంటోన్ ఎడ్వర్డ్ వాన్‌ అర్కెల్ జన్ (Anton Eduard van Arkel Jan), హెండ్రిక్ డి బోయర్ (Hendrik de Boer) లు,1925 లో కనుగొన్నారు.ఈ పద్ధతిలో మొదట జిర్కోనియం టెట్రా ఐయోడైడ్ ను ఏర్పరచి, తరువాత దీనిని ఉభయ వియోగం చెందించడం ద్వారా జిర్కొనియాన్ని ఉత్పత్తి చేసే వారు.

1945 లో క్రోల్ ప్రాసెస్ అనే జిర్కోనియం ఉత్పత్తి చేసే క్రొత్త విధానాన్ని విలియం జస్టిన్ క్రోల్ (William Justin Kroll) కనుగొనెను.ఈ పద్ధతిలో జిర్కోనియం టెట్రాక్లోరైడును మాగ్నీషియంతో క్షయికరించడం ద్వారా జిర్కోనియం లోహాన్ని ఉత్పత్తి చెయ్యడం జరిగింది.

ZrCl4 + 2Mg → Zr + 2 MgCl2

పద ఉత్పత్తి 
జిర్కోనియం పదంలోని zircon, పెర్షియన్ పదం zargun (زرگون) నుండి వచ్చినది, దాని అర్థం బంగారు రంగు.

మూలక ధర్మాలు 
జిర్కోనియం సాధారణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఘనస్థితిలో ఉండు లోహం. ఇది ఒక బలమైన పరివర్తన లోహం.జిర్కోనియం లోహ, అలోహాలతో కలసి జిర్కోనియం డయాక్సైడ్, జిర్కొనోసేన్ డై క్లోరైడ్ వంటి సమ్మేళనాలను ఏర్పరచ గలదు. అయితే కల్తి లోహం గట్టిగా పెలుసుగా ఉండును. పుడి (powder) గా ఉన్నప్పుడు త్వరగా మండే స్వభావమున్న మూలకం జిర్కోనియం. ఘనాకృతి రూపంలో ఉన్నచో దహనం చెందదు/మండదు. క్షారాల, ఆమ్లాల,, లవణద్రావణాల నుండి క్షయికరణనను బాగా తట్టుకుంటుంది . హైడ్రోక్లోరిక్,, సల్ప్యూరిక్ ఆమ్లాలలో కరుగుతుంది. ముఖ్యంగా ప్లోరిన్ సమక్షములో. శుద్ధమైన జిర్కోనియం రేకులుగా తీగే లుగా సాగేగుణం కలిగిన లోహం.

జిర్కోనియం యొక్క ద్రవీభవన స్థానం: 1855 °C (3371 °F, మరుగు స్థానం: 4371 °C (7900 °F).జిర్కోనియంయొక్క ఎలక్ట్రో నెగటివ్ విలువ:1.33పౌల్స్ . జిర్కోనియం యొక్క విశిష్ణ గురుత్వం:6.506 (20 °C), వెలన్సి విలువలు:+2, +3,, +4;ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత:1852 ± 2 °C,, భాష్ఫీభవన స్థానం:4377 °C;

ఐసోటోపులు
జిర్కోనియం, 5 స్వాభావికంగా లభించే 90Zr, 91Zr, 92Zr and 94Zr, 96Zr ఐసోటోపులను కలిగియున్నది.అందులో నాలుగు స్థిర మైనవి. 94Zr ఐసోటోపు డబుల్ బీటా క్షయికరణకు లోనవ్వుతుంది. దీని అర్ధజీవిత కాలం 1.10×1017సంవత్సరాల కంటే ఎక్కువ. 96Zrఐసోటోపు, 2.4×1019 సంవత్సరాల ఎక్కువ అర్ధజీవితకాలం కలిగిన రేడియో ఐసోటోపు. 90Zr ఐసోటోపు లభించు జిర్కొనియంలో51.45శాతం. 96Zr కేవలం 2.8% మాత్రమే.

పరమాణు ద్రవ్యరాశి 78-110 కలిగి యున్న 28 కృత్తిమ ఐసోటోపులను వృద్ధి చెయ్యడం జరిగింది.

ఆక్సైడులు–కార్బైడులు 
జిర్కోనియం డై ఆక్సైడ్ (zirconium dioxide, ZrO2) :దీనిని జిర్కొనియ (zirconia) అని అంటారు. దీనిని థెర్మల్ బారియర్ కోటింగుగా వాడెదరు. దీనిని వజ్రానికి ప్రత్నామ్యాయంగా వాడెదరు.
జిర్కోనియం టంగ్‌స్టెట్ (Zirconium tungstate) :ఇది అసాధారమైన భౌతిక లక్షణం కలిగిన సమ్మేళనం, సాధారణంగా వేడి చేసినప్పుడు పదార్థాలు వ్యాకోచం చెందును.కాని జిర్కొనోయం టంగుస్టేట్ ను వేడిచేసిన సంకోచం చెందును.
జిర్కొనోయం క్లోరైడ్:ఇది నీటిలో కరుగు అరుదైన సమ్మేళనం.దీని పార్ములా: [Zr4 (OH) 12 (H2O) 16]Cl8.

జిర్కోనియం కార్బైడ్,, జిర్కోనియం నైట్రైడ్లు refractory solids.జిర్కోనియం కార్బైడ్ ను డ్రిల్లింగ్ పరికరాల కత్తిరింపు అంచులుగా ఉపయోగిస్తారు.

హెలినాయిడులు/హైలైడులు
నాలుగు హెలినాయిడులు/ హలైడులు ZrF4, ZrCl4, ZrBr4, ZrI4కలవు.అన్నియు బహురూపసౌష్టవం కలిగి ఉన్నాయి. ఇవ్వన్నియు జలవిశ్లేషణం/జలవిచ్ఛేదనము చర్యకు లోనయ్యి ఆక్సిహాలైడులు, డై అక్సైడులుగా ఏర్పడును.

సమ్మేళనాల వినియోగం
జిర్కోనియం డై ఆక్సైడ్ (ZrO2) ను ప్రయోగశాలలో మూసలు, లోహ కొలిమిలో refractory materialగా వాడెదరు.తక్కువరకపు రత్నాలు, మణులు, వజ్రాలుగా వాడెదరు
జిర్కోన్ (ZrSiO4) ను కత్తరించి, రత్నపు రాళ్ళగా ఆభరణాలలో,, కాంతిరోధికి (opacifier) గాను ఉపయోగిస్తారు.

లభ్యత
జిర్కోనియం భూఉపరితలంలో 130 మీ.గ్రాములు/కిలో వరకు లభ్యమగును. సముద్రజలంలో 0.026 μg/లీటరు వరకు లభించును. ఇది నేరుగా లోహరూపంలో లభించదు.జిర్కోనియాన్ని ఎక్కువ కలిగిన ఖనిజం జిర్కోన్ (ZrSiO4).జిర్కోను ఖనిజం ఆస్ట్రేలియా, బ్రెజిల్, ఇండియా, రష్యా, దక్షిణాఫ్రికా,, సంయుక్తరాష్టాలలో ఎక్కువ ప్రమాణంలో లభించును. అంతియే కాకుండా ప్రపంచంలో ఇతర ప్రాంతాలలో కూడా తక్కువ పరిమాణంలో జిర్కోనియం ఖనిజం లభించును. ఉత్పత్తి అగుచున్న జిర్కోన్ ఖనిజంలో 80% ఆస్ట్రేలియా, దక్షిణాఫ్రికాలలో అగుచున్నది. ప్రపంచ వ్యాప్తంగా జిర్కోన్ ఖనిజనిల్వ 60 మిలియను టన్నులు ఉన్నట్లుగా అంచనా.ప్రపంచ వ్యాప్తంగా ఏడాదికి 0.9మిలియను టన్నుల జిర్కోనియం ఉత్పత్తి అగుచున్నది. జిర్కోన్ ఖనిజంలో మాత్రమే కాకుండగా, ఇంకా 140 ఇతర ఖనిజాలలో కూడా జిర్కోనియం లోహం ఉంది. జిర్కోనియాన్ని తగిన పరిమాణంలో baddeleyite, kosnarite ముడి ఖనిజాలు కలిగి యున్నవి.

విశ్వంలో విస్తృతంగా S–రకానికి చెందిన నక్షత్రాలలో లభించును. ఈ మూలకాన్ని సూర్యుమండలములో,, ఉల్కలలో కుడా గుర్తించారు.చంద్రమండలము నుండి తెచ్చిన శిలలలో జిర్కోనియం ఆక్సైడ్ ఎక్కువ ప్రమాణంలో గుర్తించారు.

ఉత్పత్తి
ప్రపంచ వ్యాప్తంగా జిర్కోన్ ఖనిజనిల్వ 60 మిలియను టన్నులు ఉన్నట్లుగా అంచనా.ప్రపంచ వ్యాప్తంగా ఏడాదికి 0.9మిలియను టన్నుల జిర్కోనియం ఉత్పత్తి అగుచున్నది.జిర్కోన్ ఖనిజాన్ని అధికభాగం వ్యాపార వినియోగానికి నేరుగా ఉపయోగిస్తారు. మిగిలిన ఖనిజం నుండి జిర్కోనియం లోహాన్ని ఉత్పత్తి చెయ్యుదురు. క్రోల్ ప్రాసెస్ పద్ధతిలో జిర్కోనియం క్లోరైడ్‌ను మాగ్నీషియంతో కలిపి క్షయికరణ చేసి జిర్కోనియం లోహాన్ని ఉత్పత్తి చెయ్యుదురు.వ్యాపారాత్మక ముగా భారీ స్థాయిలో ఉత్పత్తి చెయ్యు జిర్కోనియంలో 1-3% హఫ్నియం (hafnium) లోహం కల్మషంగా ఉండును.ఇలాఏర్పడిన లోహాన్ని సాగే గుణం వచ్చే వరకు వేడిచేయుదురు (sintering).

ఉపయోగాలు
జిర్కోనియం లోహం న్యూట్రానుల శోషించదు.అందువలన దీనిని పరమాణు విద్యుత్‌కేంద్రాలలో ఉపయోగించెదరు.ఉత్పత్తి అగుచున్న జిర్కోనియంలో90%ను పరమాణు కేంద్రాలలో ఉపయోగిస్తున్నారు.పరమాణు కెంద్రాలలోజి
అభిక్రియకము (reactor) లలో100,000 మీటర్ల పొడవు జిర్కోనియం మిశ్రధాతువు గొట్టాలుండును. నియోబియంతో కలసి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద కూడా సూపరువాహకగుణాన్ని ప్రదర్శించును.అందుచే ఈరెండింటిని సూపరు కండక్టివ్ అయస్కాంతాలలో ఉపయోగిస్తారు.

లోహములను కరగించు, వేడిచేయు కొలిమి/బట్టీల (furnace) ఇటుకలు, రాగిగొట్టాలు (Percussion caps, ఉత్ప్రేరక పరివర్తకం (catalystic converter) లుతయారిలో ఉపయోగిస్తారు.దూరదర్శినిలలో, శస్త్రచిక్సిత పరికారాలతయారి, ఫోటోగ్రఫిలో వాడు ఫ్లాష్‌బల్బులలో జిర్కోనియాన్ని ఉపయోగిస్తునారు

మూలాలు

మూలకాలు
రసాయన శాస్త్రము