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Zirconium ( Zr )

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Allgemeine Beschreibung  

Zirkonium wurde 1789 in Berlin von M.H. Klaproth entdeckt, wurde jedoch erst 1824 von J.J. Berzelius in Stockholm isoliert.

Zirkonium ist ein hartes, glänzendes, silberfarbenes Metall, das aus seinen Erzen (dem Oxid oder Zirkon, ZrSiO4) extrahiert wird, indem es zunächst in das Tetrahalogenid umgewandelt wird und dann mit Magnesium reduziert wird. Das Metall ist aufgrund der Bildung einer festen Oxidschicht extrem korrosionsfest und wird daher außer von Flußsäure nicht von Säuren und Alkalien angegriffen. Als Folge seiner Korrosionsbeständigkeit ist die Verwendung von Zirkonium in der chemischen Industrie weit verbreitet, wenn Korrosionsmittel benutzt werden.

Aufgrund seiner hervorragenden Hochtemperatureigenschaften und seinem geringen Neutronenabsorptionsvermögen wird Zirkonium beim Bau von Nuklearreaktoren eingesetzt. Das Reinmetall wird ebenfalls als Auskleidung von Düsentriebwerken verwendet. Zirkonium wird auch als Legierungszusatz gebraucht; Die sich daraus resultierenden Legierungen erhalten dadurch verbesserte mechanische Eigenschaften. Zirkoniumoxid, nämlich Zirkonerde (ZrO2), wird als Trübungsmittel in glasigen Emaillen als auch als Pigment verwendet. In den Hauptanwendungsgebieten von Zirkonerde werden jedoch seine ausgezeichnete Festigkeit sowie seine Hochtemperatureigenschaften genutzt. Darüber hinaus wird es bei der Produktion von Gußmetallbehältern, Ziegelsteinen, Keramik und Schleifstoffen verwendet. Zirkonium verfügt über eine ausreichende Festigkeit, um bei der Produktion von Präzisionsmesserschneiden eingesetzt zu werden.

Beim Zirkonium sind die chemischen Eigenschaften denen von Hafnium sehr ähnlich. Daher können die üblichen chemischen Vorgänge zur Extrahierung von Zirkonium kein Hafnium entfernen; Hafnium ist bei den handelsüblichen Zirkoniumtypen mit ca. 4,5% enthalten. Ein hochreines Zirkonium mit weniger als 0,01% Hafnium wird bei Nuklearanwendungen eingesetzt.

   

Atomische Eigenschaften

Atomgewicht ( amu ) 91,22
Atomradius - Goldschmidt ( nm ) 0,160
Elektronenstruktur Kr 4d2 5s2
Ionisationspotential Nr. eV
1 6.84
2 13.13
3 22.99
4 34.34
5 81.5
6 99
Kristallstruktur hexagonal dichtest gepackt
Natürliche Isotopenverteilung Massenzahl %
90 51.4
91 11.2
92 17.1
94 17.5
96 2.8
Ordnungszahl 40
Photoelektrische Austrittsarbeit ( eV ) 3,8
Thermischer Neutronenabsorptionsquerschnitt ( Barns ) 0,182
angegebene Valenzen 2, 3, 4

Elektrische Eigenschaften

Elektrischer Widerstand bei 20C ( µOhmcm ) 44
Temperaturkoeffizient bei 0-100C ( K-1 ) 0,0044
Supraleitfähigkeit kritische Temperatur ( K ) 0,61
Therm. EMK gegenüber Pt (kalt 0C warm 100C) ( mV ) +1,17

Mechanische Eigenschaften

Materialzustand weich polykristallin
E-modul im Zugversuch ( GPa )   98
Härte - Vickers 85-100
Kompressionsmodul ( GPa )   89,8
Poissonsche Konstante   0,38
Streckgrenze ( MPa ) 250-310
Zugfestigkeit ( MPa ) 350-390

Physikalische Eigenschaften

Dichte bei 20C ( g cm-3 ) 6,49
Schmelzpunkt ( C ) 1852
Siedepunkt ( C ) 4377

Thermische Eigenschaften

Latente Schmelzwärme ( J g-1 ) 211
Latente Verdampfungswärme ( J g-1 ) 6360
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient bei 0-100C ( x10-6 K-1 ) 5,9
Spezifische Wärme bei 25C ( J K-1 kg-1 ) 281
Wärmeleitfähigkeit bei 0-100C ( W m-1 K-1 ) 22,7

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