Zirkonium (Zr), unsur kimia, logam Grup 4 (IVb) dari tabel periodik, dipakai sebagai materi struktural untuk reaktor nuklir.
Properti, Kejadian, dan Kegunaan Zirkonium
Zirkonium, ditemukan sebelum 1940-an, menjadi materi rekayasa yang signifikan untuk aplikasi energi nuklir alasannya yaitu sangat transparan untuk neutron. Unsur diidentifikasi (1789) dalam zircon, ZrSiO4 (zirkonium orthosilicate), dari oksida oleh kimiawan Jerman Martin Heinrich Klaproth, dan logam diisolasi (1824) dalam bentuk tidak murni oleh kimiawan Swedia Jöns Jacob Berzelius. Logam murni Zirkonium, bahkan saat 99 persen murni, bersifat keras dan rapuh. Zirkonium merupakan Logam putih, lembut, gampang dibentuk, dan ulet. Zirkonium berkemurnian tinggi pertama kali diproduksi secara masal (1925) oleh hebat kimia Belanda Anton E. van Arkel dan JH de Boer dengan cara dekomposisi termal dari zirkonium tetraiodida, ZrI4. Pada awal 1940-an, William Justin Kroll Luksemburg menyebarkan proses yang lebih murah untuk menciptakan logam Zirkonium menurut reduksi zirkonium tetraklorida, ZrCl4, dengan magnesium. Pada awal periode ke-21, produsen terkemuka zirkonium termasuk Australia, Afrika Selatan, China, dan Indonesia sedangkan Mozambik, India, dan Sri Lanka yaitu produsen tambahan.
Zirkonium relatif melimpah di kerak bumi, tetapi tidak terkonsentrasi di satu tempat, dan karakteristik Zirkonium diamati pada bintang S-tipe. Mineral zirkon, yang umumnya ditemukan dalam endapan aluvial di sungai, pantai laut, atau danau tua, yaitu satu-satunya sumber komersial zirkonium. Baddeleyite, yang intinya yaitu zirkonium dioksida murni, ZrO2, yaitu satu-satunya mineral zirkonium penting lainnya, tetapi produk komersial Zirkonium hasil pemulihan dari zirkon lebih murah. Zirkonium diproduksi oleh proses yang sama menyerupai yang dipakai untuk titanium. Mineral zirkonium ini umumnya mempunyai kandungan hafnium yang bervariasi dari beberapa persepuluh dari 1 persen ke beberapa persen. Untuk beberapa tujuan, pemisahan dua elemen ini tidak dilakukan: zirkonium yang mengandung sekitar 1 persen dari hafnium diterima sebagai zirkonium murni.
Penggunaan yang paling penting dari zirkonium yaitu dalam reaktor nuklir untuk cladding batang materi bakar, untuk paduan dengan uranium, dan struktur reaktor-core alasannya yaitu kombinasi unik dari sifat Zirkonium. Zirkonium mempunyai kekuatan yang baik pada suhu tinggi, tahan korosi dari pendingin cepat, tidak membentuk isotop radioaktif, dan tahan kerusakan mekanis dari penembakan neutron. Hafnium, hadir di semua bijih zirkonium, harus dihapus secara hati-hati dari logam Zirkonium yang dipakai untuk reaktor alasannya yaitu hafnium sangat menyerap neutron termal.
Pemisahan hafnium dan zirconium umumnya dilakukan dengan mekanisme ekstraksi berlawanan cair-cair. Dalam mekanisme ini, minyak mentah zirkonium tetraklorida dilarutkan dalam larutan amonium tiosianat, dan metil isobutil keton dilewatkan berlawanan dengan adonan berair, manghasilkan hafnium tetraklorida istimewa yang terekstrak.
Jari-jari atom zirkonium dan hafnium masing-masing yaitu 1,45 dan 1,44 Ã…, sedangkan jari-jari ion Zr4 +, 0,74 Ã…, dan Hf4 +, 0,75 Ã…. Identitas virtual ukuran atom dan ion, yang dihasilkan dari kontraksi lantanoid, mempunyai pengaruh menciptakan sikap kimia kedua unsur ini lebih menyerupai daripada pasangan lain dari unsur yang dikenal. Meskipun sifat kimia hafnium dipelajari kurang dari zirkonium, keduanya sangat menyerupai dan perbedaan secara kuantitatif sangatlah kecil.
Zirkonium menyerap oksigen, nitrogen, dan hidrogen dalam jumlah yang menakjubkan. Pada sekitar 800 ° C (1.500 ° F) Zirkoniumbergabung secara kimia dengan oksigen untuk menghasilkan oksida, ZrO2. Zirkonium tereduksi menjadi menyerupai materi wadah tahan api sebagai oksida magnesium, berilium, dan thorium. Afinitas yang besar lengan berkuasa untuk oksigen dan gas-gas lainnya menyumbang penggunaannya sebagai getter untuk menghilangkan gas sisa dalam tabung elektron. Pada suhu normal di udara, zirconium bersifat pasif alasannya yaitu pembentukan lapisan pelindung oksida atau nitrida. Bahkan tanpa film ini, logam Zirkonium tahan terhadap agresi asam lemah dan garam asam. Zirkonium baik dilarutkan dalam asam fluorida, di mana mekanisme pembentukan kompleks fluoro anionik penting dalam menstabilkan solusi. Pada suhu normal Zirkonium tidak terlalu reaktif tetapi menjadi sangat reaktif dengan aneka macam nonmetals pada temperatur tinggi. Karena ketahanan korosi yang tinggi, zirkonium telah dipakai secara luas dalam pembuatan pompa, katup, dan penukar panas. Zirkonium juga dipakai sebagai biro paduan dalam produksi beberapa paduan magnesium dan sebagai aditif dalam pembuatan baja tertentu. Zirkonium alami yaitu adonan dari lima isotop stabil: zirconium-90 (51,46 persen), zirkonium-91 (11,23 persen), zirkonium-92 (17,11 persen), zirkonium-94 (17,40 persen), zirkonium-96 (2,80 persen). Dua alotrop berada di bawah 862 ° C (1584 ° F) struktur-padat heksagonal, di atas suhu tersebut berbentuk body-centred cubic
Senyawa Zirkonium
Zirkonium terdapat terutama di bentuk oksidasi +4 dalam senyawanya. Beberapa senyawa Zirkonium yang kurang stabil, namun diketahui terdapat dalam bentuk oksidasi +3. Peningkatan ukuran atom menciptakan oksida yang lebih fundamental dan cairan kimianya agak lebih luas dan memungkinkan pencapaian bilangan koordinasi 7 dan, cukup sering pada 8 di sejumlah senyawa zirkonium.
Berbagai senyawa zirkonium mempunyai aplikasi penting dalam industri. Di antaranya yaitu zirkonium dioksida (juga disebut zirconia), ZrO2, dengan ciri fisik keras, putih atau kuning-coklat padat dengan titik leleh tinggi-sekitar 2.700 ° C (4892 ° F). Zirkonium jenis ini biasanya dipakai sebagai tiruan permata berlian yang bersifat abrasive, materi tahan api, dan komponen kacamata asam dan tahan alkali dan keramik yang dipakai dalam sel materi bakar.
Senyawa industri penting lainnya dari zirkonium termasuk tetraklorida ZrCl4 dan sulfat Zr (SO4) 2 ∙ 4H2O. Dipersiapkan oleh klorinasi zirkonium karbida atau oksida, zirkonium tetraklorida dipakai untuk menghasilkan senyawa zirkonium organik dan sebagai katalis dalam reaksi menyerupai cracking minyak bumi dan polimerisasi etilena. Zirkonium sulfat, diproduksi oleh agresi asam sulfat pada zirkonium hydoxide, Zr (OH) 4, berkhasiat sebagai pelumas, reagen kimia, dan penyamakan kulit putih.
Properti elemen | |
nomor atom | 40 |
berat atom | 91,22 |
titik leleh | 1.852 ° C (3366 ° F) |
Titik didih | 3578 ° C (6472 ° F) |
berat jenis | 6.49 pada 20 ° C (68 ° F) |
oksidasi negara | +4 |
konfigurasi elektron | [Kr]4d25s2 |
EmoticonEmoticon