Úvod
Zirkónium (Zr) je lesklý, strieborno-biely a veľmi tvrdý kov, ktorý je mimoriadne odolný voči korózii a vysokým teplotám. Jeho protónové číslo je 40 a v periodickej tabuľke patrí medzi prechodné kovy do 4. skupiny, hneď pod titán, s ktorým má podobné vlastnosti. Za bežných podmienok ide o pevnú látku. V prírode sa nenachádza v rýdzej forme, ale získava sa takmer výhradne z minerálu zirkón (kremičitan zirkoničitý). Najväčšie ložiská tohto nerastu sa nachádzajú v Austrálii a Južnej Afrike, kde sa ťaží na priemyselné využitie.
Vlastnosti
Zirkónium je lesklý, striebristo-biely prechodný kov s protónovým číslom 40. Medzi jeho kľúčové charakteristiky patria: vysoká teplota topenia (1855 °C). vysoká odolnosť voči korózii vďaka pasivačnej vrstve oxidu. vynikajúca tvárnosť a kujnosť v čistej forme. odolnosť voči pôsobeniu väčšiny kyselín a zásad. stredne vysoká hustota (6,52 g/cm³). veľmi nízky záchytný prierez pre tepelné neutróny, čo je kľúčové pre jadrovú energetiku. V práškovej forme je vysoko reaktívny a môže sa samovznietiť na vzduchu. Tvorí stabilné zlúčeniny predovšetkým v oxidačnom stave +4.
Pôvod názvu
Názov prvku je odvodený od minerálu zirkón, ktorý je jeho hlavným zdrojom. Samotné slovo zirkón pochádza z perzského výrazu „zargun“, čo v preklade znamená „zlatej farby“ alebo „zlatistý“. Tento názov pôvodne popisoval vzhľad a farbu niektorých odrôd tohto drahokamu, z ktorého bol prvok izolovaný.
Objav
História zirkónia sa začína v roku 1789, keď nemecký chemik Martin Heinrich Klaproth analyzoval drahokam zirkón. V ňom identifikoval nový oxid, ktorý nazval „Zirkonerde“ (zirkónová zemina), ale nepodarilo sa mu izolovať čistý kov. Prvýkrát izoloval zirkónium v nečistej, práškovej forme až švédsky chemik Jöns Jacob Berzelius v roku 1824. Avšak až v roku 1925 holandskí vedci Anton van Arkel a Jan de Boer vyvinuli tzv. jodidový proces, ktorým sa podarilo získať prvé vysoko čisté a kujné zirkónium. Tento objav otvoril dvere jeho priemyselnému využitiu.
Výskyt v prírode
Zirkónium sa v prírode nevyskytuje v rýdzej forme, ale je pomerne rozšírené v zemskej kôre. Jeho hlavnými zdrojmi sú minerály zirkón (kremičitan zirkoničitý) a v menšej miere baddeleyit (oxid zirkoničitý). Priemyselná výroba je zložitá a najčastejšie využíva Krollov proces. Tento proces začína premenou zirkónového koncentrátu na chlorid zirkoničitý. Následne sa tento chlorid redukuje roztaveným horčíkom v inertnej atmosfére, čím vzniká tzv. zirkóniová huba. Táto huba sa ďalej čistí a pretavuje na ingoty. Pre jadrové aplikácie je nevyhnutné oddeliť chemicky podobné hafnium.
Využitie
Vďaka svojej extrémne nízkej schopnosti pohlcovať neutróny je zirkónium kľúčovým materiálom v jadrovom priemysle, kde sa z jeho zliatin vyrába opláštenie palivových tyčí v reaktoroch. Jeho vysoká odolnosť voči korózii a teplu ho predurčuje na použitie v agresívnom chemickom prostredí a v superzliatinách pre letecké motory a vesmírne technológie. Ľudské telo ho dobre znáša, preto sa využíva na výrobu biokompatibilných chirurgických implantátov. V prírode sa vyskytuje výlučne vo forme zlúčenín, najmä v mineráli zirkón, ktorý je rozšírený v horninách zemskej kôry a v piesočných nánosoch.
Zlúčeniny
Najvýznamnejšou prírodnou zlúčeninou je mimoriadne stabilný silikát zirkoničitý, známy ako minerál zirkón, ktorý často obsahuje stopy rádioaktívnych prvkov, čo umožňuje geologické datovanie. V prírode sa nachádza aj oxid zirkoničitý ako minerál baddeleyit. Človek vo veľkom synteticky vyrába práve vysoko čistý oxid zirkoničitý, známy ako zirkónia. Táto keramika má vynikajúcu pevnosť a tepelnú odolnosť, využíva sa na rezné nástroje, ako tepelná bariéra a v stabilizovanej kubickej forme ako populárna náhrada diamantu. Medzi ďalšie priemyselne vyrábané zlúčeniny patrí karbid a chlorid zirkoničitý.
Zaujímavosti
V jemne rozptýlenej práškovej forme je zirkónium vysoko pyroforické, čo znamená, že sa môže spontánne vznietiť pri kontakte so vzduchom. Zliatina zirkónia s nióbom vykazuje pri extrémne nízkych teplotách vlastnosti supravodiča, teda vedie elektrický prúd bez akéhokoľvek odporu. Kov je výnimočne biokompatibilný a nereaguje s telesnými tekutinami. Najstaršie známe pozemské materiály sú kryštály minerálu zirkón, ktorých vek sa odhaduje až na 4,4 miliardy rokov. Tieto drobné časové kapsuly poskytujú vedcom jedinečný pohľad na najranejšie obdobie formovania zemskej kôry.
