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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
| Zirconium
ist ein stahlgrau glänzendes Metall, das in hochreiner Form relativ
weich und dehnbar ist. Allerdings erhöhen schon geringste Verunreinigungen
die Härte erheblich. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit
ist nicht besonders gut. Unterhalb von -272,54°C tritt Supraleitfähigkeit
auf.
Zirconium ist ein relativ unedles Metall. Während das kompakte Metall in Luft und Wasser beständig ist, kann sich pulverförmiges Zirconium durch Reibung, Stoß oder Schlag entzünden. Bei Erwärmung über 100°C entzündet sich das Pulver und verbrennt zu Zirconiumoxid. Zirconiumbrände können mit Wasser und mit Kohlenstoffdioxidschaum nicht gelöscht werden. Mit Wasser erfolgt ähnlich wie bei Magnesiumbränden eine Explosion. Löschen ist nur mit Sand oder Salz möglich. In reinem Sauerstoff verbrennt Zirconiumpulver mit der höchsten für Metallbrände erreichbaren Temperatur von 4660°C: Zr + O2 
ZrO2 ΔHR
= -1101 kJ/mol
Kompaktes Zirconium ist infolge einer Passivierung gegen die meisten konzentrierten Säuren widerstandsfähig. Flusssäure und Königswasser greifen das Metall jedoch an. Geschmolzenes Zirconium reagiert auch mit Chlor und mit Stickstoff: Zr + 2 Cl2
ZrCl4 ΔHR
= -981 kJ/mol
2 Zr + N2
2 ZrN ΔHR
= -730 kJ/mol |
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Toxikologie |
| Das elementare Zirconium und auch das Zirconium(IV)-oxid haben wohl nur ein geringes toxisches Potential. Das Freisetzen und Einatmen von Stäuben ist aber auf jeden Fall zu vermeiden. Die Stäube sind sehr reaktionsfähig. |
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Vorkommen |
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Das
Metall steht in der Elementhäufigkeit mit
einem Anteil von 0,021% an 19. Stelle und ist ein relativ häufiges
Element. Elementar kommt es in der Natur nicht vor. Das bekannteste Mineral
ist der Zirkon, ein Zirconiumsilicat.
Im Gegensatz zu dem Element werden die Zirkonmineralien in Anlehnung an
die alte Schreibweise mit einem "k" geschrieben! Klare und farbige Zirkonkristalle
werden als Edelsteine gehandelt und zu Schmucksteinen verarbeitet. Das
Mineral findet sich in den Zirkonsanden an der Küste Australiens,
sowie in Südafrika, Florida/USA, Brasilien, Indien, Sri Lanka, Madagaskar,
Skandinavien, Grönland und in den GUS-Staaten. Das relativ harte Zirconiumoxid
kommt in der Zirkonerde (Baddeleyit) vor und wird zur Herstellung von Schleifmitteln
verwendet (Zirkonkorund).
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Geschichte |
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Das
Element wurde im Jahre 1789 von dem deutschen Chemiker Martin Heinrich
Klaproth (1743-1817) in Berlin entdeckt. Er untersuchte eine Probe des
aus Ceylon stammenden Minerals Zirkon und stellte stark verunreinigtes
Zircondioxid her. Die Namensgebung des Elements erfolgte in Anlehnung an
den Mineraliennamen. Im Jahre 1824 gelang J.J.
Berzelius erstmals die Herstellung des Elements in unreiner Form durch
Reduktion von Kaliumhexafluorozirconat K2[ZrF6] mit
Kalium.
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Herstellung |
| Zirkonhaltige
Sande werden zunächst mit Natriumhydroxid geschmolzen und zu Zirconium(IV)-oxid
übergeführt. Unter Zugabe von Kohle wird aus diesem im Lichtbogen
Zirconiumcarbonitrid, das wiederum mit Chlor
zu Zirconium(IV)-chlorid umgewandelt wird. Das Chlorid wird nach dem sogenannten
Kroll-Verfahren mit Magnesium bei 800°C
in einer Heliumatmosphäre zu Zirconium reduziert:
ZrCl4 + 2 Mg Zr +
2 MgCl2
Dieses Verfahren entspricht der Titangewinnung aus Titantetrachlorid. Nach dem Abdestillieren des Magnesiumchlorids und der Abtrennung von nicht verbrauchtem Magnesium wird das erhaltene Roh-Zirconium nach dem Aufwachsverfahren (ähnlich wie bei der Herstellung von Chrom und Titan) gereinigt. |
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Verwendung |
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Zirconium
ist sehr korrosionsbeständig. Es wird zum Bau für chemische Anlagen,
zum Beispiel für Ventile, Pumpen oder Rührer verwendet. In der
Elektronik dient es zur Herstellung von Vakuumröhren für die
Röntgentechnik. Ferrosiliciumzirconium wird im Sauerstoffblasverfahren
bei der Stahlherstellung zur Beseitigung von Verunreinigungen eingesetzt.
Da das Element mit einer sehr hellen Flamme brennt, dient es auch zum Bau
von Feuerwerkskörpern und Signallichtern. Rauchloses Blitzlichtpulver
enthält heute nicht mehr Magnesium sondern
Zirkonium zur Erzeugung eines sehr hellen Lichts. Zirconiumlegierungen
werden für chirurgische Instrumente verwendet. Sie finden auch als
Hüllmaterialien in den Brennstäben von Kernkraftwerken Anwendung.
Zirconiumverbindungen wie Zirkconiumoxid oder Zirconiumsilicat dienen zum
Imprägnieren von Textilien, zur Herstellung von feuerfesten Auskleidungen
in Tiegeln und Behältern, zur Herstellung von Schleifpapier und von
Pigmenten.
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| Copyright: Thomas Seilnacht |
Gefahr
