| Zirconium 40Zr | ||||||
| engl. zirconium (nach dem Edelstein Zirkon) | ||||||
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| Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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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 
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
ZrCl4 ΔHR = −981 kJ/mol 2 Zr + N2
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 |
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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. Der Mont Saint-Hilaire in Kanada ist für seine seltenen Zirconiumminerale berühmt.
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| Geschichte |
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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.
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| Herstellung |
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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 Zr +
2 MgCl2 Nach
dem Abdestillieren des Magnesiumchlorids und der Abtrennung von nicht verbrauchtem Magnesium wird das erhaltene Roh-Zirconium im Aufwachsverfahren 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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| Zirconiumverbindungen im Steckbrief | |||||
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| Zirconiumminerale |
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Gefahr
