Informations sur les éléments de zirconium
L’élément chimique zirconium est classé comme métal de transition. Il a été découvert en 1789 par Martin Heinrich Klaproth.
Zone de données
| Classification: | Le zirconium est un métal de transition |
| Couleur: | blanc grisâtre |
| Poids atomique: | 91.22 |
| État: | solide |
| Point de fusion: | 1850 oC, 2123 K |
| Point d’ébullition: | 4400 oC, 4673 K |
| Electrons: | 40 |
| Protons: | 40 |
| Neutrons dans l’isotope le plus abondant: | 50 |
| Coquilles d’électrons: | 2,8,18,10,2 |
| Configuration électronique: | 4d2 5s2 |
| Densité à 20oC: | 6,52 g / cm3 |
Afficher plus: Chaleur, Energies, Oxydation,
Réactions, Composés, Radii, Condu ctivities
| Volume atomique: | 14,0 cm3 / mol |
| Structure: | hcp: hexagonal compact |
| Dureté: | 5,0 mohs |
| Capacité thermique spécifique | 0,27 J g-1 K-1 |
| Chaleur de fusion | 16,90 kJ mol-1 |
| Chaleur d’atomisation | 609 kJ mol-1 |
| Chaleur de vaporisation | 590,5 kJ mol-1 |
| 1ère énergie d’ionisation | 640,1 kJ mol-1 |
| 2ème énergie d’ionisation | 1266,8 kJ mol-1 |
| 3ème énergie d’ionisation | 2218,2 kJ mol-1 |
| Affinité électronique | 41,1 kJ mol-1 |
| Nombre minimal d’oxydation | 0 |
| Min. n ° d’oxydation commun. | 0 |
| Indice d’oxydation maximal | 4 |
| Max. oxydation commune no. | 4 |
| Électronégativité (échelle de Pauling) | 1,33 |
| Polarisabilité volume | 17,9 Å3 |
| Réaction avec l’air | doux, w / ht ⇒ ZrO2 |
| Réaction avec 15 M HNO3 | passivé |
| Réaction avec 6 M HCl | aucun |
| Réaction avec NaOH 6 M | aucun |
| Oxyde (s) | ZrO2 (zircone ) |
| Hydrure (s) | ZrH2 |
| Chlorure (s) | ZrCl3, ZrCl4 |
| Rayon atomique | 160 pm |
| Rayon ionique (1+ ion ) | – |
| Rayon ionique (2+ ion) | – |
| Rayon ionique (3+ ions) | 88,5 pm |
| Rayon ionique (1 ion) | – |
| Rayon ionique (2 ions) | – |
| Rayon ionique (3 ions) | – |
| Co thermique nductivité | 22,7 W m-1 K-1 |
| Conductivité électrique | 2,3 x 106 S m-1 |
| Point de congélation / fusion: | 1850 oC, 2123 K |
Découverte du zirconium
Les pierres précieuses contenant du zirconium, comme la jacinthe et le zircon, sont utilisées comme décorations depuis l’Antiquité.
Le zirconium a été reconnu pour la première fois comme élément par Martin Heinrich Klaproth en 1789, à Berlin, dans un échantillon de zircon (silicate de zirconium) du Sri Lanka. Son analyse de la composition du minéral a montré: 25% de silice; 0,5% d’oxyde de fer; 70% d’oxyde neuf. Il a appelé le nouvel oxyde «Zirconerde». (2)
En 1808, à Londres, Sir Humphry Davy a essayé d’obtenir le métal pur de son oxyde par électrolyse, une méthode qu’il avait utilisée avec succès pour isoler le sodium. et le potassium un an plus tôt. Malheureusement, il n’a pas réussi dans ses efforts.
Le succès est venu à Jacob Berzelius, qui a isolé le métal pour la première fois en 1824, à Stockholm, en Suède. Berzelius a chauffé un tube de fer contenant un mélange de fluorure de potassium et de potassium et de zirconium (K2ZrF6). Il a produit du zirconium sous forme de poudre noire amorphe qui était un mauvais conducteur d’électricité. (3)
Les scientifiques néerlandais Anton Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer ont découvert une méthode de production de zirconium de haute pureté en 1925. Le tétraiodure de zirconium (ZrI4) est décomposé sur un filament de tungstène chauffé à blanc créant une barre de cristal zirconium pur. C’est ce que l’on appelle le processus de la barre de cristal.
Le nom de l’élément vient du mot persan «zargon» qui signifie or.
Barre de zirconium.Image Réf. (1)
La zircone cubique (illustrée ci-dessus) a la même structure cristalline que diamant, et a un éclat similaire. Image de Michelle Jo.
NASA: Une boule de titane fondu à lévitation électromagnétique- alliage de zirconium-nickel. Au fur et à mesure que la boule de liquide flottante se refroidit et se solidifie, elle révèle des informations sur les raisons pour lesquelles les liquides résistent à la transformation en solides.
Apparence et caractéristiques
Effets nocifs:
Le zirconium est considéré comme non toxique.
Caractéristiques:
Le zirconium est un matériau solide, malléable, ductile, brillant, grisâtre -métal blanc.
Lorsqu’il est présent dans les composés, le zirconium existe principalement à l’état d’oxydation IV.
Son oxyde (ZrO2) est blanc, comme beaucoup de ses composés.
Le zirconium est généralement exceptionnellement résistant à la corrosion. Il est cependant rapidement attaqué par l’acide fluorhydrique, même à de faibles concentrations.
Dans une atmosphère d’oxygène, le zirconium finement divisé brûle avec la température la plus élevée connue pour une flamme métallique: 4460 oC. (4) Le zirconium en poudre peut spontanément s’enflamme dans l’air.
Les surfaces exposées de zirconium forment une couche d’oxyde protectrice.
Le tungstate de zirconium (ZrW2O8) est une substance inhabituelle: il rétrécit lorsqu’il est chauffé de presque zéro absolu à 780 oC ( 5).
Utilisations du zirconium
Le zirconium absorbe très mal les neutrons. Il est donc utile dans les applications d’énergie nucléaire comme dans la gaine (couche externe) des barres de combustible à travers lesquelles il est important que les neutrons puissent voyager facilement.
Le zirconium est utilisé pour fabriquer des instruments chirurgicaux et est utilisé dans les alliages d’acier comme agent de durcissement.
En raison de sa résistance exceptionnelle à la corrosion, le zirconium est largement utilisé dans l’industrie chimique dans des environnements corrosifs où les alliages de zirconium peuvent être trouvés dans les tuyaux, les raccords et les échangeurs de chaleur.
Le zirconium est également utilisé pour fabriquer des aimants supraconducteurs.
Le zircon (silicate de zirconium, ZrSiO4) est une pierre naturelle et la zircone cubique synthétique (dioxyde de zirconium, ZrO2) est produite comme un substitut à faible coût pour le diamant.
Les catalyseurs à base de zirconium sont utilisés dans les réactions d’amination, d’hydrogénation, d’isomérisation et d’oxydation.
Le zirconate de lithium peut être utilisé pour absorber le dioxyde de carbone. La réaction est réversible de sorte que le dioxyde de carbone peut être libéré dans un endroit de choix et le zirconate de lithium utilisé à nouveau. Cette application peut être utile pour répondre aux préoccupations environnementales concernant le rejet de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Abondance et isotopes
Abondance de la croûte terrestre: 165 parties par million en poids, 38 parties par millions de moles
Système solaire d’abondance: 40 parties par milliard en poids, 0,5 partie par milliard de moles
Coût, pur: 157 $ par 100g
Coût, en vrac: 16 $ pour 100g
Source: Son principal minéral est le zircon (silicate de zirconium, ZrSiO4). Il est produit commercialement par réduction du chlorure avec du magnésium dans le procédé Kroll.
- Photo de Dschwen.
- Mary Elvira Weeks, La découverte des éléments XI., Journal of Chemical Education., juillet 1932, p1231 / 2.
- Edward Turner, Franklin Bache, Elements of Chemistry: Y compris les récentes découvertes et doctrines de la science, 1830, John Grigg, p304 / 5.
- Mary Eagleson, Concise Encyclopedia Chemistry, 1994, Walter de Gruyter, page 1199.
- Allegheny Technologies Incorporated. Tungstate de zirconium. (document pdf).
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"Zirconium." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 18 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/zirconium.html>.