logo

logo

logo

logo

logo

الزركونيوم

زركونيوم

Zirconium - Zirconium

الزركونيوم

 

الزركونيوم zirconium معدن انتقالي رمزه Zr، عدده الذري 40 يقع في فصيلة التيتانيوم (الفصيلة الثانوية الرابعة) بنيته الإلكترونية [Kr]5S24d2. تدل [Kr] على البنية الإلكترونية للغاز الخامل كريبتون (عدده الذري36). حصل الألماني كلابروث M.H.Klaproth على ثنائي أكسيد الزركونيوم ZrO2 من فلز الزركون (سيليكات الزركونيوم) عام 1789. وقد تمكّن برزليوس عام 1824 من فصل الزركونيوم الحر.

وجوده في الطبيعة واستحضاره

يشكل الزركونيوم 0.025% وزناً من القشرة الأرضية. وهذه نسبة مرتفعة نسبياً إلا أنه شديد التبعثر وتندر مراقده الهامة، وأهم فلزاته الزركون ZrSiO4 والبادليت ZrO2 وهو أكثر انتشاراً في الطبيعة من النحاس والزنك والرصاص مجتمعة. ويصادف في الطبيعة مصحوباً دوماً بالهافنيوم بكميات صغيرة لاتتجاوز أجزاء من 1%، يعود السبب في ذلك للشبه الكيميائي الكبير بين هذين المعدنين، وهما يستحصلان مختلطين معاً ومن ثم يفصلان عن بعضهما بطرائق كيميائية تعتمد على التبادل الشاردي ion exchange أو التجزئة باستخلاص المذيب solvent extraction fractionation، إذ إن هذين العنصرين يتشابهان أكثر من أي عنصرين آخرين في الجدول الدوري.

خواصه الفيزيائية والكيمياوية

الزركونيوم معدن صعب الانصهار، درجة انصهاره 1857 ْس ونظراً لميله الشديد للاتحاد مع الكربون، والأكسجين، والنتروجين (الآزوت) بخاصة يصعب الحصول عليه نقياً. يحصل عليه في الحالة المعدنية الحرة بإرجاعه من كلوريده بالمغنزيوم أو الصوديوم في جو من الأرغون، ويحصل عليه بدرجة عالية من النقاوة بتفكيك يوديده في درجة عالية من الحرارة (1800 ْس) على سلك من التنغستين.

له مظهر الفولاذ، يقبل الطرق والسحب جيداً، كثافته 6.53غ/سم3، يغلي عند الدرجة 3600 ْس تقريباً.

يدخل الزركونيوم في تركيب عدد من الخلائط alloys فيزيد من متانتها (مع النحاس والمغنزيوم والزنك)، كما أن ارتفاع درجة انصهاره ومتانته ومقاومته للتآكل وضآلة تفاعله مع النترونات تجعله مادة جيدة لبناء المفاعلات النووية.

الزركونيوم خامل كيميائياً إلا أنه يتفاعل عند الحرارة المرتفعة مع حمض فلور الماء، والماء الملكي، وإذا سُخِّن بشدة يتحد مع الكربون والآزوت والأكسجين والهالوجينات.

للزركونيوم عدة درجات أكسدة: +4، +3، +2، وأثبتها +4 إذ تتأكسد مركباته بدرجات الأكسدة الأخرى بسرعة متحولة إلى +Zr4 بفعل الهواء أو الماء أو مواد أخرى. للزركونيوم والهافنيوم نصفا قطر ذري متماثلان كما أن نصفي قطري +Zr4 وHf4+ متماثلان أيضاً للانكماش في نصف القطر الذري الحاصل في زمرة اللانثانوم. لذا كان السلوك الكيميائي لهما متشابهاً بدرجة كبيرة جداً.

أهم مركباته

الأكسيد MO2 مادة بيضاء صعبة الانصهار والانحلال في الماء أو في الحموض والأسس الممددة. وهو ينحل في حمض الكبريت المركّز ببطء إلا أن هذا الأكسيد ينحل بسهولة في HF أو القلويات المصهورة. وهو أكسيد مذبذب amphoteric مع تغلب الخواص القلوية نسبياً إذ ينحل هدروكسيد الزركونيوم Zr(OH)4 في الحموض القوية.

أملاح الشاردة Zr4+ لا لون لها وهي في المحاليل أكثر ثباتاً من الزركونات ِA4ZrO4 و A2ZrO3، ويتكّون من حلمهتها أملاح الزكونيل بحسب التفاعل:

 

ومن أملاح الزركونيل التي فصلت ZrOCl2.8H2O

ولهاليدات الزركونيوم أهمية خاصة من بين مركباته جميعها، وصيغتها العامة ZrX4، ويحصل عليها بحرق مزيج من الأكسيد الموافق للمعدن مع الكربون في جو من الهالوجين ويتم التفاعل وفق المعادلة:                         

ويتشكل كربيد الزركونيوم ZrC بتسخين المعدن أو أكسيده بدرجة عالية من الحرارة مع الكربون، وهو جسم قاس يمكنه خدش الكوارتز، وناقل للكهرباء وينحل في القلويات المصهورة.

نتريد الزركونيوم ZrN (درجة انصهاره 3200 ْس) يستحصل بتسخين ثنائي الأكسيد مع الكربون في جو من الآزوت، له البنية البلورية لكلوريد الصوديوم وهو مركب ثابت جداً وذو ناقلية جيدة للكهرباء.

يميل الزركونيوم لتشكيل مركبات بيروكسيدية ( O − O -) مع الماء الأكسجيني H2O2 أو هبوكلوريت الصوديوم NaOCl. ويمكن استحضار سلسلة من ضروب بيروكسي الزوكونات وذلك حسب شدة تركيز الماء الأكسجيني المستعمل مثل K4ZrO8.6H2O، ومركبات أكثر تعقيداً مثل Na4Zr2O11.9H2O.

قلما يشكل الزركونيوم أملاحاً معتدلة مع الحموض الأكسجينية (القوية منها والضعيفة)، نظراً لضعف الخواص الأساسية للهيدروكسيد Zr(OH)4.

فالزركونيوم يشكل كبريتات الزركونيوم Zr(SO4)2 إلا أنه لايمكن الحصول على بلوراته من الماء لأنها تتحول في أثناء البلورة إلى أملاح أساسية؛ ولا يمكن الحصول على أملاح النترات المعتدلة بسهولة وتتحول مباشرة إلى نترات أساسية.

الزركونيوم معدن انتقالي نموذجي، فهو يشكل معقدات مع الهاليدات مثل A2[ZrX6] حيث A معدن أحادي التكافؤ A3[ZrF7]، و A4[ZrF8]، و A5[ZrF9]، حيث يكون العدد التساندي فيها 7 و8 و9 على التوالي، كما يشكل معقدات مع مرتبطات أخرى.

يشكل الزركونيوم رباعي نترات Zr(NO3)4 غير مميهة طيارة وهي مركبات تساندية معقدة وليست أملاحاً.

يتحد الزركونيوم مع السيليكون بطريقة مشابهة لاتحاده مع الكربون مكوناً المركب ZrSi2 ويتم هذا التفاعل بانتشار كمية كبيرة من الحرارة. وهو مركب مقاوم للحرارة وقاس، ويستعمل بدلاً من الألماس لصقل الأحجار الكريمة وغيرها.

يمتص الزركونيوم، وهو بشكل مسحوق الهدروجين. وتتوقف كمية الهيدروجين الممتصة على الضغط ودرجة الحرارة وتتشكل هدريدات ذات تركيب غير معين صيغتها الحدية MH2، وهي هدريدات ثابتة في الهواء ولاتتأثر بالماء.

إن سيليكات الزركونيوم، الموجودة في الطبيعة، المعروفة باسم زركون Zircon تعدّ حجراً كريماً. ويستعمل الزركون، نظراً لقساوته (7.5) ولمعانه بديلاً عن الألماس أو الأحجار الكريمة الأخرى. وهو يصادف بألوان عديدة مثل الأحمر، والأخضر، والأزرق، والأبيض.

إن مركبات الزركونيوم الموافقة للتكافؤين (2) و(3) قليلة الثبات يعرف منها الهاليدات: ZrX3، ZrX2. يحصل على ZrX3 بتسخين ZrX4 مع الألمنيوم في أنبوب مغلق، ويحصل على ZrX2 بتفكك MX3 بالحرارة بمعزل عن الهواء.

وهذه المركبات جميعها مرجعة قوية. ويكون ZrCl3 على شكل بلورات بنية اللون تتحول في الهواء إلى أوكسي كلوريد ZrOCl. ويحضر ZrCl2 بصورة غير نقية بإرجاع ZrCl3 بالصوديوم وهو أسود اللون

هيام بيرقدار

 مراجع للاستزادة:

 

هيام بيرقدار، كيمياء المعادن الانتقالية، الكيمياء اللاعضوية (3)، (منشورات جامعة دمشق 1984).

- F.A.Cotton & G.Wilkinson,Advanced Inorganic Chemistry (John Wiley & Sons 1980).

 


التصنيف : الكيمياء و الفيزياء
النوع : علوم
المجلد: المجلد العاشر
رقم الصفحة ضمن المجلد : 348
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 1133
الكل : 43936505
اليوم : 83915

الشعر (في الغرب)

الشعر   الشعر Poésie, Poetry هو أحد أشكال فن القول، إلى جانب النثر والمسرح. ولا يمكن وضع تعريف جامع مانع له، لأنه يختلف باختلاف الحضارات واللغات والمراحل، بل وحتى بين شاعر وآخر أحياناً في المرحلة عينها، إلا أنه بصورة عامة تاريخياً قول منظوم بليغ يدل على معنى، ولعل تعريف كولردج S.T.Coleridge، الذي أخذه عن جوناثان سويفت J.Swift في سياق حديثه عن الأسلوب في الكتابة، هو الأبلغ حين قال «النثر هو الكلمات في أفضل ترتيب والشعر هو أفضل الكلمات في أفضل ترتيب».
المزيد »