锆化学元素

锆（Zr）化学元素，元素周期表第4组（IVb）的金属，用作核反应堆的结构材料。

元素属性

原子数	40
原子重量	91.22
熔点	1,852°C（3,366°F）
沸点	3,578°C（6,472°F）
比重	在20°C（68°F）时为6.49
氧化态	+4
电子配置	[Kr] 4d ² 5s ²

属性，出现和用途

锆在1940年代末期之前还很晦涩，但由于它对中子高度透明，因此成为核能应用的重要工程材料。德国化学家Martin Heinrich Klaproth从其氧化物中鉴定出锆石中的元素ZrSiO ₄（原硅酸锆）（1789年），瑞典化学家JönsJacob Berzelius将该杂质以不纯的形式分离出来（1824年）。即使纯度为99％，不纯的金属仍坚硬易碎。荷兰化学家Anton E. van Arkel和JH de Boer首先通过四碘化锆ZrI ₄的热分解生产了高纯度的白色，柔软，可延展和易延展的金属（1925年）。。在1940年代初期，卢森堡的William Justin Kroll基于镁还原四氯化锆ZrCl ₄，开发了一种更便宜的金属制造方法。在21世纪初期，锆的主要生产国包括澳大利亚，南非，中国和印度尼西亚。莫桑比克，印度和斯里兰卡是其他生产国。

锆在地壳中相对丰富，但在浓缩矿床中并不丰富，并且在S型恒星中具有典型特征。锆英石通常是锆的唯一商业来源，通常在河流床，海洋海滩或旧湖床的冲积矿床中找到。基本上为纯二氧化锆ZrO _2的 Baddeleyite 是唯一重要的其他锆矿物，但从锆石中回收的商业产品价格便宜。锆的生产方法与钛相同。这些锆矿物的generally含量通常从百分之一的十分之几到百分之几不等。出于某些目的，将两种元素分离并不重要：含有约1％ha的锆与纯锆一样可以接受。

锆最重要的用途是在核反应堆中用于包覆燃料棒，与铀合金化以及用于堆芯结构，这是因为锆具有独特的性能组合。锆在高温下具有良好的强度，可以抵抗快速循环的冷却剂的腐蚀，不会形成高放射性同位素，并且能够承受中子轰击的机械损坏。所有reactor矿石中都存在的必须从用于反应堆的金属中严格除去，因为ha会强烈吸收热中子。

by和锆的分离通常通过液-液逆流萃取程序来完成。在该方法中，将粗四氯化锆溶解在硫氰酸铵的水溶液中，并使甲基异丁基酮与该含水混合物逆流通过，结果优先提取了四氯化ha。

锆和ha的原子半径分别为1.45和1.44Å，而离子的半径为Zr ⁴⁺，0.74Å和Hf ⁴⁺ 0.75Å。镧系元素收缩产生的原子和离子尺寸的虚拟标识具有使这两个元素的化学行为比已知的任何其他成对元素更相似的效果。尽管对than的化学研究少于对锆的化学研究，但两者非常相似，以至于在尚未进行实际研究的情况下，只能预期到很小的定量差异，例如化合物的溶解度和挥发性。

锆吸收了惊人数量的氧气，氮气和氢气。在约800°C（1,500°F）的温度下，它与氧气化学结合，生成氧化物ZrO ₂。锆还原了诸如镁，铍和or的氧化物之类的难熔坩埚材料。这种对氧气和其他气体的强亲和力使其可以用作去除电子管中残留气体的吸气剂。在空气中的正常温度下，锆是被动的，因为形成了氧化物或氮化物保护膜。即使没有该膜，金属也能抵抗弱酸和酸性盐的作用。最好溶解在氢氟酸中，在此过程中，阴离子氟络合物的形成对于稳定溶液很重要。在常温下，它不是特别具有反应性，但在升高的温度下会与多种非金属发生很大的反应。由于其高的耐腐蚀性，锆在泵，阀门和热交换器的制造中得到了广泛的应用。锆在某些镁合金的生产中还用作合金剂，在某些钢的生产中也用作添加剂。

天然锆是5种稳定同位素的混合物：锆90（51.46％），锆91（11.23％），锆92（17.11％），锆94（17.40％），锆96（2.80％）。存在两种同素异形体：在862°C（1,584°F）以下，六方密堆积结构，在该温度以上为体心立方。