Zirkonyum

Zirkonyum (Zr)

Temel özellikleri Atom numarası 40 Element serisi Geçiş metalleri Grup, periyot, blok 4, 5, d Görünüş gümüşi beyaz
Kütle numarası 91.224 g/mol Elektron dağılımı [Kr] 5s² 4d² Enerji seviyesi başına
Elektronlar 2, 8, 18, 10, 2 CAS kayıt numarası 7440-67-7 Fiziksel Özellikleri Maddenin hâli katı Yoğunluk 6.52 g/cm³ Sıvı hâldeki yoğunluğu 5.8 g/cm³ Ergime noktası 2128 °K
1855 °C
Kaynama noktası 4682 °K
4409 °C
Ergime ısısı 14 kJ/mol Buharlaşma ısısı 573 kJ/mol Isı kapasitesi 25.36 J/(mol·K) Atom özellikleri Kristal yapısı Heksanogal Yükseltgenme seviyeleri 4, 3, 2, 1 Elektronegatifliği 1.33 Pauling ölçeği İyonlaşma enerjisi 640.1 kJ/mol Atom yarıçapı 160 pm Atom yarıçapı (hes.) pm Kovalent yarıçapı 175±7 pm Van der Waals yarıçapı pm Diğer özellikleri Elektrik direnci 421 n nΩ·m (20°C'de) Isıl iletkenlik 22.6 W/(m·K) Isıl genleşme 5.7 µm/(m·K) (25°C'de) Ses hızı 3800 m/s ('de) Mohs sertliği 5.0 Vickers sertliği 903 MPa Brinell sertliği 650 MPa

Zirkonyum metali, ilk olarak 1789 yılında Martin Heinrich Klaproth tarafından keşfedilmiştir. 1824 yılında ise Jöns Jacob Berzelius tarafından izole edilmiştir.

Bilinen mineralleri zirkon (ZrSiO₄) ve baddeleyit (ZrO₂) tir. Baddeleyit'in (1892'de Sri Lanka'da keşfeden Joseph Baddeley'in isminden) eşanlamlıları zirkonyum oksit, zirkonyum dioksit ve zirkonya'dır. Dolayısı ile kelime yapısı itibarı ile benzeşen, ancak farklı kimyasal komposizyonlar olan zirkon ve zirkonya birbirlerine karıştırılmamalıdır. Zirkonya sözcüğü, VITA firmasının tescilli markası olan “Zirconia” ile de karıştırılmamalıdır. Zirkonyumun başlıca elde edildiği kaynak zirkon (ZrSiO₄) madenleri olup, bunlar Avustralya, Brezilya, Hindistan, Rusya ve ABD'dedir. Zirkon içerisinde her zaman 50/1 oranında hafnium (Hf) elementi de bulunur. Zirkonyum heksagonal kristal formunda bir yapı gösterir. Sıcaklığa ve korozyona karşı çok dirençlidir. Birçok farklı bileşik halinde bulunabilir. Bunların en önemlisi zirkonya (ZrO₂) bileşiğidir.

Zirkonyum eldesi ZrCl₄ bileşiğinin magnezyum ile veya kalsiyum ile indirgenmesi ile elde edilir. Çok reaktif bir madde olup, havada ve sıvı içerisinde hemen oksitle kaplanır ve korozyona dirençli bir hale gelir. Metal olarak dökümü sırasında havadaki oksijen ve azot ile etkileşmemesi gerekmekte ve bu nedenle titanyum teknolojisinde olduğu gibi özel fırınlarda işlenilebilmektedir. Zirkonyum metali bombaların yapısında, flaşlarda ve nükleer sanayi gibi çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Diş hekimliğinde ise zirkonyum minerali olan zirkonyadan elde edilen zirkonya seramiği formu kullanılır. Blok şeklinde üretilen zirkonyum kalıplar CAD CAM sistemi ile bilgisayar destekli freze işlemi ile kazınarak kaplama diş altyapısı hazırlanır.

Baddeleyit mineralinin aşağıdaki reaksiyonu sonucunda ZrCl₄ bileşiği elde edilir. Ayrıca Diş hekimliğinde Kuron olarak adlandırılır.

ZrO₂ + 2 Cl₂ + 2 C (900 °C) → ZrCl₄ + 2 CO

ZrCl₄ + 2 Mg (1100 °C) → 2 MgCl₂ + Zr

Reaksiyon çelik kaplarda gerçekleştirilmelidir. Havadaki oksijen ve azot ile etkileşmemesi gerekmektedir.