Zirkonyum

(Zr), periyodik tablonun IVb grubunda yer alan kimyasal element. Nükleer reaktörlerde yapı malzemesi olarak kullanılır. Bulunduğu yerler, kullanım alanı ve özellikleri. 1940’ların sonuna değin pek tanınmayan zirkonyum, bu yıllardan sonra nötronları çok iyi geçirmesi nedeniyle nükleer enerji uygulamalarında yararlanılan çok önemli bir malzeme durumuna geldi. Zirkonyumu ilk olarak 1789’da Alman kimyacı Martin Heinrich Klaproth, oksitli bileşiği olan zirkonda buldu. İsveçli kimyacı Jöns Jacob Berzelius ise katışkılı zirkonyum metalini 1824’te ayırmayı başardı. Yüzde 99 arılıktaki zirkonyum metali bile sert ve kırılgandır. Beyaz, yumuşak, dövülgen ve sünek olan daha yüksek anlıktaki zirkonyum metalini ise ilk olarak 1925’te Alman kimyacı Anton E. Van Arkel ve J. H. de Boer zirkonyum tetraiyodürden (ZrL) ısıl bozundurma yoluyla elde ettiler. 1940’ların başında Lüksemburglu William Justin Kroll, zirkonyum tetraklorürün (ZrCL4) magnezyumla indirgenmesine dayalı ucuz zirkonyum metali üretme işlemini geliştirdi. Yerkabuğunda oldukça bol bulunan zirkonyuma Sefeitlerin tayfında da rastlanmıştır. Zirkonyum sanayide en çok zirkon minerallerinden ve badeleyitten elde edilir. Zirkonyumun en önemli kullanım alanı nükleer reaktörlerdir. İstenen bütün özelliklerin eşsiz biçimde bir araya gelmesi nedeniyle zirkonyumdan yakıt çubuklarının kaplanmasında, uranyumlu alaşımlarda ve reaktör çekirdeğindeki yapı malzemelerinde yararlanılır. Zirkonyum yüksek sıcaklıklara ve hızla dolanan soğutucuların yenim etkisine karşı dirençlidir, radyoaktiflik derecesi yüksek izotoplar oluşturmaz ve nötron bombardımanının neden olduğu mekanik aşınmaya dayanıklıdır.

Kimyasal bakımdan zirkonyuma çok benzeyen ve bütün zirkonyum cevherlerinde bulunan hafniyum ise ısıl nötronları güçlü bir biçimde soğurur; bu nedenle hafniyumun nükleer reaktörlerde kullanılan zirkonyum metalinden olabildiğince uzak tutulması gerekir. Zirkonyum çok büyük miktarda oksijen, azot ve hidrojen soğurabilir. Yaklaşık 800°C’de oksijenle tepkimeye girerek zirkonyum dioksiti oluşturur (ZrCh). Magnezyum, berilyum ve toryum oksit gibi tuğlamsı malzemeleri indirger.

Zirkonyumun oksijen ve öbür gazlara karşı çok güçlü bir ilgisi vardır ve bu nedenle elektron tüplerinde katışkı oluşturan gazları uzaklaştırmada getter olarak kullanılır. Zirkonyum, üzerinde koruyucu bir oksit ya da nitrür katmanı oluştuğundan havada normal sıcaklıkta edilgendir. Ama bu katmanı olmasa da zayıf asitlerden ve asitli tuzlardan etkilenmez. Yenime karşı dayanımı çok yüksek olduğundan pompa, vana ve ısı değiştirici üretiminde yaygın biçimde uygulanır. Zirkonyumdan ayrıca bazı magnezyumlu alaşımların üretiminde alaşımlama maddesi, bazı çeliklerde de katkı maddesi olarak yararlanılır. Zirkonyum doğada zirkonyum-90 (yüzde 51,46), zirkonyum-91 (yüzde 11,23), zirkonyum-92 (yüzde 17,11), zirkonyum-94 (yüzde 17,40) ve zirkonyum-96 (yüzde 2,80) olmak üzere beş kararlı izotopunun bir karışımı halinde bulunur. İki ayrı biçimi (alotrop) bulunan zirkonyum, 862°C’nin altında heksagonal yakın bileşmiş, bu sıcaklığın üstünde ise yüz merkezli kübik yapıdadır. Bileşikleri. Zirkonyum çoğunlukla bileşiklerinde 4 değerliklidir. Üç değerlikli olduğu bazı daha az kararlı bileşiklerine de rastlanmıştır. Bazı zirkonyum bileşiklerinin sanayide önemli uygulama alanları vardır. Örneğin zirkon olarak da bilinen zirkonyum dioksit (ZrCh) sert, beyaz ile sarı-kahverengi arasında değişen renklerde ve erime noktası yaklaşık 2.700°C olan bir katıdır. Çoğunlukla aşındırıcı ve tuğlamsı malzeme olarak, ayrıca yakıt pillerindeki seramiklerin ve asit ve bazlara dayanıklı camların yapımında kullanılır. Zirkonyum dioksit doğada badeleyit olarak bulunmakla birlikte sanayide en ucuz biçimde zirkondan elde edilir. Zirkonyum tetraklorür (ZrCU) ve atom numarası atom ağırlığı erime noktası kaynama noktası özgül ağırlığı değerliği elektron yerleşimi zirkonyum sülfat [Zr(S04)2;4H20] öbür önemli zirkonyum bileşikleridir. Zirkonyum karbürün ya da oksidin klorlanması yoluyla elde edilen zirkonyum tetraklorür, organik zirkonyum bileşiklerinin üretiminde ve etilenin polimerleşmesi, petrolün parçalanması gibi tepkimelerde katalizör olarak kullanılır. Sülfürik asidin zirkonyum hidroksite [Zr(OH)4] etkimesi yoluyla elde edilen zirkonyum sülfatlarından ise, yağlayıcı ve kimyasal ayıraç olarak, ayrıca beyaz derinin sepilenmesinde yararlanılır. 40 91,22 1.852°C 3.578°C 6,49 (20°C) 4 2-8-18-10-2 ya da (Kr)4d25 s2