Yttrium Titan  Hafnium Niob  
 Zirconium                                        40Zr
 engl. zirconium (nach dem Edelstein Zirkon)
 

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Relat. Atommasse  
Ordnungszahl   
Schmelzpunkt   
Siedepunkt   
Oxidationszahlen    
Dichte   
Härte (Mohs)    
Elektronegativität   
Elektronenkonfig.  
Natürl. Häufigkeit  
  
  
  
 
91,224   
40   
1855 °C   
4409 °C   
4, 3, 2, 1   
6,52 g/cm³  
5   
1,34 (Pauling)   
[Kr]4d²5s²  
Zr-90: 51,45% 
Zr-91: 11,22% 
Zr-92: 17,15% 
Zr-94: 17,38% 
Zr-96: 2,80%
 

     

Film

14 sek
Wenig Zirconiumwolle in einer Porzellanschale wird mit einer Flamme berührt. 
    
  GHS-Piktogramme  
  Gefahr
Gefahren (H-Sätze)  
H 251 
  
 

(Zirkonium Pulver)
CAS-Nummer 
7440-67-7 
  

 
 
 
 
Physikalisch-chemische Eigenschaften
Zirconium ist ein grau glänzendes Metall, das in reiner Form relativ weich und dehnbar ist. Das Element hält einen Temperatur-Rekord: Beim Verbrennen in reinem Sauerstoff verbrennt Zirconiumpulver zu Zirconiumoxid. Es entsteht die höchste für Metallbrände erreichbare Temperatur um 4660°C:

Zr  +  O2 reagiert zu  ZrO2     ΔHR = -1101 kJ/mol 
  
Während das kompakte Metall in Luft und Wasser beständig ist, kann sich pulverförmiges Zirconium schon durch Reiben oder durch Erwärmen auf 100°C entzünden. Zirconiumbrände können mit Wasser und mit Kohlenstoffdioxidlöschern nicht gelöscht werden. Mit Wasser erfolgt ähnlich wie bei Bränden mit Magnesium eine Explosion, weil sofort Wasserstoff entsteht. Das Löschen eines offenen Brandes ist nur mit Sand oder Salz möglich. Gerät das zirconiumhaltige Hüllmaterial an den Brennstäben eines Kernreaktors in Brand, besteht allergrößte Gefahr. 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 reagiert zu  ZrCl4      ΔHR = -981 kJ/mol 
2 Zr  +  N2 reagiert zu   2 ZrN      ΔHR = -730 kJ/mol 
   
Toxikologie
Das elementare Zirconium und auch das Zirconium(IV)-oxid haben nur ein geringes toxisches Potenzial. Das Freisetzen und Einatmen von Stäuben ist aber auf jeden Fall zu vermeiden. Die Stäube sind sehr reaktionsfähig und können sich durch Reibung entzünden.
  
Vorkommen 
Häufigkeit   relativ häufig

Zirconium kommt in der Natur nicht elementar vor. Das bekannteste Mineral ist der Zirkon. 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.
Bedeutende Erzvorkommen zur Zirconiumgewinnung liegen in Australien und Südafrika. Das relativ harte Zirconiumoxid kommt in der Zirkon-Erde, dem Baddeleyit, vor und wird zur Herstellung des Schleifmittels Zirkonkorund verwendet.  
 
 
Zirkon aus Kanada

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 Die genaue Fundstelle lautet Mont Saint-Hilaire, Quebec/Kanada
 
 
Geschichte 
Der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) untersuchte 1789 in Berlin einen aus Ceylon stammenden Zirkon und stellte daraus ein bis dahin unbekanntes Oxid her. Die Namensgebung des Elements erfolgte in Anlehnung an den Mineraliennamen. Die erste Herstellung des Elements wird J.J. Berzelius zugeschrieben, er erhielt es durch Reduktion aus "flusssaurem Zirkon-Kali" K2[ZrF6] mit Kalium in einer Röhre aus Eisen.  
 
 
Der Entdeckung des Zirkoniums

Klaproth     Berzelius 
 
  Klaproth (links) entdeckte als erster Zirconiumoxid, Berzelius (rechts) stellt das Element her.
 
  
Herstellung
Zirkonhaltige Sande werden zunächst mit Natriumhydroxid geschmolzen und zu Zirconium(IV)-oxid umgewandelt. Unter Zugabe von Kohle wird aus diesem im Lichtbogen Zirconiumcarbonitrid, das mit Chlor zu Zirconium(IV)-chlorid weiterreagiert. Dieses wird nach dem Kroll-Verfahren mit Magnesium bei hoher Temperatur zu Zirconium reduziert:  
  
ZrCl4  +  2 Mg reagiert zu  Zr  +  2 MgCl2   
  
Nach dem Abdestillieren des Magnesiumchlorids und der Abtrennung von nicht verbrauchtem Magnesium wird das erhaltene Roh-Zirconium im Aufwachsverfahren gereinigt. 
  
Verwendung
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.  
   
  
Schleifscheibe mit Zirconiumoxid


 
 Das Schleifmittel Zirconkorund enthält neben dem Korund einen Anteil an Zirconiumoxid.
 
 
Copyright: Thomas Seilnacht
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