சிர்கோனியம் (Zr), வேதியியல் உறுப்பு, கால அட்டவணையின் குழு 4 (IVb) இன் உலோகம், அணு உலைகளுக்கான கட்டமைப்பு பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
உறுப்பு பண்புகள்
| அணு எண் | 40 |
|---|---|
| அணு எடை | 91.22 |
| உருகும் இடம் | 1,852 ° C (3,366 ° F) |
| கொதிநிலை | 3,578 ° C (6,472 ° F) |
| குறிப்பிட்ட ஈர்ப்பு | 20 ° C (68 ° F) இல் 6.49 |
| ஆக்சிஜனேற்ற நிலை | +4 |
| எலக்ட்ரான் உள்ளமைவு | [Kr] 4d 2 5s 2 |
பண்புகள், நிகழ்வு மற்றும் பயன்பாடுகள்
1940 களின் பிற்பகுதியில் தெளிவற்ற சிர்கோனியம், அணுசக்தி பயன்பாடுகளுக்கான குறிப்பிடத்தக்க பொறியியல் பொருளாக மாறியது, ஏனெனில் இது நியூட்ரான்களுக்கு மிகவும் வெளிப்படையானது. ஜேர்மன் வேதியியலாளர் மார்ட்டின் ஹென்ரிச் கிளாப்ரோத்தால் அதன் ஆக்சைடில் இருந்து சிர்கான், ZrSiO 4 (சிர்கோனியம் ஆர்த்தோசிலிகேட்) இல் இந்த உறுப்பு அடையாளம் காணப்பட்டது, மேலும் உலோகம் தூய்மையான வடிவத்தில் (1824) ஸ்வீடிஷ் வேதியியலாளர் ஜான்ஸ் ஜேக்கப் பெர்செலியஸால் தனிமைப்படுத்தப்பட்டது. தூய்மையற்ற உலோகம், 99 சதவிகிதம் தூய்மையாக இருந்தாலும், கடினமானது மற்றும் உடையக்கூடியது. உயர் தூய்மையின் வெள்ளை, மென்மையான, இணக்கமான மற்றும் நீர்த்துப்போகக்கூடிய உலோகம் முதன்முதலில் டச்சு வேதியியலாளர்களான அன்டன் ஈ. வான் ஆர்கெல் மற்றும் ஜே.எச். டி போயர் ஆகியோரால் சிர்கோனியம் டெட்ராயோடைடு, ZrI 4. 1940 களின் முற்பகுதியில், லக்ஸம்பேர்க்கின் வில்லியம் ஜஸ்டின் க்ரோல் மெக்னீசியத்தால் சிர்கோனியம் டெட்ராக்ளோரைடு, ZrCl 4 ஐக் குறைப்பதன் அடிப்படையில் உலோகத்தை உருவாக்கும் தனது மலிவான செயல்முறையை உருவாக்கினார். 21 ஆம் நூற்றாண்டின் முற்பகுதியில், சிர்கோனியத்தின் முன்னணி தயாரிப்பாளர்களில் ஆஸ்திரேலியா, தென்னாப்பிரிக்கா, சீனா மற்றும் இந்தோனேசியா ஆகியவை அடங்கும்; மொசாம்பிக், இந்தியா மற்றும் இலங்கை ஆகியவை கூடுதல் தயாரிப்பாளர்களாக இருந்தன.
சிர்கோனியம் பூமியின் மேலோட்டத்தில் ஒப்பீட்டளவில் ஏராளமாக உள்ளது, ஆனால் செறிவூட்டப்பட்ட வைப்புகளில் இல்லை, இது எஸ்-வகை நட்சத்திரங்களில் பண்புரீதியாகக் காணப்படுகிறது. ஸ்ட்ரீம் படுக்கைகள், கடல் கடற்கரைகள் அல்லது பழைய ஏரி படுக்கைகளில் உள்ள வண்டல் வைப்புகளில் பொதுவாக காணப்படும் கனிம சிர்கான், சிர்கோனியத்தின் ஒரே வணிக மூலமாகும். அடிப்படையில் தூய்மையான சிர்கோனியம் டை ஆக்சைடு, ZrO 2, பேட்லீலைட் மட்டுமே மற்ற முக்கியமான சிர்கோனியம் கனிமமாகும், ஆனால் வணிக தயாரிப்பு சிர்கானிலிருந்து மிகவும் மலிவாக மீட்கப்படுகிறது. டைட்டானியத்திற்கு பயன்படுத்தப்படும் அதே செயல்முறையால் சிர்கோனியம் தயாரிக்கப்படுகிறது. இந்த சிர்கோனியம் தாதுக்கள் பொதுவாக ஒரு ஹஃப்னியம் உள்ளடக்கத்தைக் கொண்டிருக்கின்றன, அவை சில பத்தில் 1 சதவிகிதத்திலிருந்து பல சதவிகிதம் வரை வேறுபடுகின்றன. சில நோக்கங்களுக்காக இரண்டு கூறுகளையும் பிரிப்பது முக்கியமல்ல: சுமார் 1 சதவீத ஹாஃப்னியத்தைக் கொண்ட சிர்கோனியம் தூய சிர்கோனியம் போலவே ஏற்றுக்கொள்ளத்தக்கது.
சிர்கோனியத்தின் மிக முக்கியமான பயன்பாடு அணு உலைகளில் உறைப்பூச்சு எரிபொருள் தண்டுகள், யுரேனியத்துடன் கலப்பது மற்றும் உலை-மைய கட்டமைப்புகள் ஆகியவற்றின் தனித்துவமான பண்புகளின் காரணமாக உள்ளது. சிர்கோனியம் உயர்ந்த வெப்பநிலையில் நல்ல வலிமையைக் கொண்டுள்ளது, வேகமாகச் சுழலும் குளிரூட்டிகளிலிருந்து அரிப்பை எதிர்க்கிறது, அதிக கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளை உருவாக்குவதில்லை, நியூட்ரான் குண்டுவெடிப்பிலிருந்து இயந்திர சேதத்தைத் தாங்குகிறது. அனைத்து சிர்கோனியம் தாதுக்களிலும் உள்ள ஹாஃப்னியம், உலை பயன்பாட்டிற்காக வடிவமைக்கப்பட்ட உலோகத்திலிருந்து துல்லியமாக அகற்றப்பட வேண்டும், ஏனெனில் ஹஃப்னியம் வெப்ப நியூட்ரான்களை வலுவாக உறிஞ்சுகிறது.
ஹஃப்னியம் மற்றும் சிர்கோனியம் ஆகியவற்றைப் பிரிப்பது பொதுவாக ஒரு திரவ-திரவ எதிர்-பிரித்தெடுத்தல் செயல்முறையால் செய்யப்படுகிறது. இந்த நடைமுறையில், கச்சா சிர்கோனியம் டெட்ராக்ளோரைடு அம்மோனியம் தியோசயனேட்டின் நீர்வாழ் கரைசலில் கரைக்கப்படுகிறது, மேலும் மீதில் ஐசோபியூட்டில் கீட்டோன் அக்வஸ் கலவையுடன் எதிர்மாறாக அனுப்பப்படுகிறது, இதன் விளைவாக ஹஃப்னியம் டெட்ராக்ளோரைடு முன்னுரிமை பெறப்படுகிறது.
சிர்கோனியம் மற்றும் ஹாஃப்னியத்தின் அணு கதிர்கள் முறையே 1.45 மற்றும் 1.44 are ஆகும், அதே நேரத்தில் அயனிகளின் கதிர்கள் Zr 4+, 0.74 and, மற்றும் Hf 4+, 0.75 are ஆகும். லாந்தனாய்டு சுருக்கத்தின் விளைவாக அணு மற்றும் அயனி அளவுகளின் மெய்நிகர் அடையாளம், இந்த இரண்டு தனிமங்களின் வேதியியல் நடத்தை அறியப்பட்ட வேறு எந்த ஜோடி உறுப்புகளையும் விட ஒத்ததாக இருக்கும். ஹஃப்னியத்தின் வேதியியல் சிர்கோனியத்தை விட குறைவாக ஆய்வு செய்யப்பட்டிருந்தாலும், இவை இரண்டும் மிகவும் ஒத்தவை, அவை மிகச் சிறிய அளவு வேறுபாடுகள் மட்டுமே-உதாரணமாக, கரைதிறன் மற்றும் சேர்மங்களின் ஏற்ற இறக்கம் ஆகியவற்றில்-உண்மையில் விசாரிக்கப்படாத நிகழ்வுகளில் எதிர்பார்க்கப்படும்.
சிர்கோனியம் ஆக்ஸிஜன், நைட்ரஜன் மற்றும் ஹைட்ரஜனை வியக்க வைக்கும் அளவில் உறிஞ்சுகிறது. சுமார் 800 ° C (1,500 ° F) இல் இது வேதியியல் ரீதியாக ஆக்ஸிஜனுடன் இணைந்து ஆக்சைடு, ZrO 2 ஐ அளிக்கிறது. சிர்கோனியம் மெக்னீசியம், பெரிலியம் மற்றும் தோரியம் ஆகியவற்றின் ஆக்சைடுகள் போன்ற பயனற்ற சிலுவை பொருட்களைக் குறைக்கிறது. ஆக்ஸிஜன் மற்றும் பிற வாயுக்களுக்கான இந்த வலுவான தொடர்பு, எலக்ட்ரான் குழாய்களில் எஞ்சியிருக்கும் வாயுக்களை அகற்றுவதற்கான ஒரு பெறுநராக இது பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஆக்சைடு அல்லது நைட்ரைட்டின் பாதுகாப்புப் படம் உருவாகுவதால் காற்றில் இயல்பான வெப்பநிலையில், சிர்கோனியம் செயலற்றது. இந்த படம் இல்லாமல் கூட, உலோகம் பலவீனமான அமிலங்கள் மற்றும் அமில உப்புகளின் செயல்பாட்டை எதிர்க்கிறது. இது ஹைட்ரோஃப்ளூரிக் அமிலத்தில் சிறப்பாகக் கரைக்கப்படுகிறது, இந்த நடைமுறையில் தீர்வை உறுதிப்படுத்துவதில் அயோனிக் ஃப்ளோரோ வளாகங்களின் உருவாக்கம் முக்கியமானது. சாதாரண வெப்பநிலையில் இது குறிப்பாக வினைபுரியாது, ஆனால் உயர்ந்த வெப்பநிலையில் பலவிதமான nonmetals உடன் மிகவும் வினைபுரியும். அதிக அரிப்பு எதிர்ப்பின் காரணமாக, சிர்கோனியம் குழாய்கள், வால்வுகள் மற்றும் வெப்பப் பரிமாற்றிகள் ஆகியவற்றின் புனையலில் பரவலான பயன்பாட்டைக் கண்டறிந்துள்ளது. சிர்கோனியம் சில மெக்னீசிய உலோகக் கலவைகளின் உற்பத்தியில் ஒரு கலப்பு முகவராகவும், சில இரும்புகளின் உற்பத்தியில் ஒரு சேர்க்கையாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
இயற்கை சிர்கோனியம் என்பது ஐந்து நிலையான ஐசோடோப்புகளின் கலவையாகும்: சிர்கோனியம் -90 (51.46 சதவீதம்), சிர்கோனியம் -91 (11.23 சதவீதம்), சிர்கோனியம் -92 (17.11 சதவீதம்), சிர்கோனியம் -94 (17.40 சதவீதம்), சிர்கோனியம் -96 (2.80 சதவீதம்). இரண்டு அலோட்ரோப்கள் உள்ளன: 862 ° C (1,584 ° F) க்கு கீழே ஒரு அறுகோண நெருக்கமான நிரம்பிய அமைப்பு, அந்த வெப்பநிலைக்கு மேலே உடல் மையமாகக் கொண்ட கன.
