زركونيوم (Zr)

الاكتشاف والتاريخ

تاريخ الاكتشاف: 1789 · Martin Heinrich Klaproth

يعود أصل تسمية هذا العنصر إلى معدن الزركون ، والذي بدوره مشتق من كلمة زرقون الفارسية، وهي تعني شبيه الذهب. وعرفت المعادن الزركونية مثل الزرقون والجاسينث ، منذ القدم على هيئة أحجار كريمة، إذ ورد ذكرها في المدونات الإنجيلية. لم يكن يعرف أن تلك المعادن حاوية على عنصر جديد إلا في سنة 1789، وذلك عندما تمكن مارتن كلابروت من الاكتشاف عندما كان يحلل عينة من أحجار الزرقون من سريلانكا ، وأطلق على العنصر الجديد اسم زركونيوم نسبة إلى الزركون. حاول همفري ديفي عزل العنصر الجديد في سنة 1808 باستخدام أسلوب التحليل الكهربائي ، لكن محاولاته باءت بالفشل. إلى أن تمكن يونس ياكوب بيرسيليوس من الحصول عليه في سنة 1824، ولكن بشكل غير نقي، عبر تسخين مزيج من البوتاسيوم وفلوريد الزركونيوم والبوتاسيوم في أنبوب من الحديد. كانت العينات المستحصلة من الزركونيوم في البداية غير نقية، بالتالي كانت مهمة تحديد القيمة الدقيقة للكتلة الذرية صعبة للغاية، إذ كانت العينات مشوبة دوماً بكميات من عنصر الهافنيوم. تغير الأمر في سنة 19

الاستخدامات والتطبيقات

إن أغلب ما يعدن عالمياً (ما يقارب مليون طن) من الزركونيوم الخام يكون على شكل زركون (سيليكات الزركونيوم)؛ ونسبة قليلة منه تحول إلى العنصر الحر النقي. تمتاز المواد الزركونية عموماً بمقاومة فعل الكيماويات في الظروف الأكالة ، لذا يستخدم الأكسيد (الزركونيا) في تصنيع المفاعلات الكيميائية . ويستخدم الزركون بشكل مباشر في التطبيقات عند درجة حرارة مرتفعة، إذ هو من المواد الحرارية الممتازة، لذا يستخدم في تصنيع قوالب صب الفلزات المصهورة. يعد الأكسيد (الزركونيا) من المواد الحرارية أيضاً، ويستخدم في تصنيع البواتق المخبرية وفي أفران الصناعات المعدنية . بدخل الزركونيوم كذلك في تصنيع معدات وتجهيزات المركبات الفضائية؛ مثل أنظمة الدفع ، وهو يعد الخيار الأول في تصنيع خزانات بيروكسيد الهيدروجين، إذ يقاوم الفعل الأكال لهذه المادة المؤكسدة، ولا يقوم بتحفيز التفكك التلقائي لهذه المادة، على العكس من باقي الفلزات الانتقالية. كما تستخدم الزركونيا مع الإتريا أيضاً في تصنيع طبقات تلبيس سيراميكية واقية على الأجزاء ال

النظائر

يتألف الزركونيوم طبيعياً من خمسة نظائر: زركونيوم-90 90Zr وزركونيوم-91 91Zr وزركونيوم-92 92Zr وزركونيوم-94 94Zr، وهذه النظائر الأربعة هي نظائر مستقرة، رغم وجود شكوك بخضوع زركونيوم-94 94Zr لاضمحلال بيتا المضاعف بعمر نصف بأكثر من 1.10×1017 سنة؛ أما النظير الخامس فهو زركونيوم-96 96Zr فهو نظير مشع طويل العمر، إذ يبلغ عمر النصف له مقدار 2.4×1019 سنة، ويتحول وفق اضمحلال بيتا المضاعف إلى النظير موليبدنوم-96 96Mo. للنظير زركونيوم-90 90Zr الوفرة الأكبر من بين هذه النظائر الخمسة، إذ يشكل 51.45% من الزركونيوم في الطبيعة، أما أقلها وفرة فهو النظير 96Zr بوفرة مقدارها 2.80% فقط. يبلغ عدد النظائر المشعة المصطنعة للزركونيوم ثمانية وعشرين نظيراً، تتراوح كتلها الذرية بين 78 إلى 110، أطولها عمراً النظير زركونيوم-93 93Zr (عمر النصف 1.53×106 سنة)، أما أقصرها عمراً فهو أثقلها، وهو النظير 110Zr، إذ هو أكثرها نشاطاً إشعاعياً (يقدر عمر النصف بأقل من 30 ميلي ثانية). تضمحل نظائر الزركونيوم المشعة ذات أعداد الكتلة ا