Табиғи тұрақты изотоптары

1. Табиғи тұрақты изотоптары
2. Физикалық қасиеттер
3. Химикалық қасиеттер
4. Қолданылуы
Пайдаланған әдебиеттер

Цирконий (Zіrconіum), Zr — элементтердің периодтық жүйесінің ІV тобындағы хим. элемент, ат. н. 40, ат. м. 91,22.
Физикалық қасиеттері
Жасанды жолмен алынған радиоактивті изотоптары 93Zr, 95Zr радиоактивті индикатор ретінде пайдаланылады. Цирконийді 1788 жылы неміс ғалымы М.Клапрот циркон минералын талдау нәтижесінде ашқан. Жер қыртысындағы салмақ мөлш. 2°10–2%. Табиғатта негізінен циркон, бадделеит және күрделі цирконсиликат (эвдиалит, эвколит) минералдары түрінде кең таралған. Цирконий — күміс түсті ақ метал, балқу t 1852°C, қайнау t 3580 — 3700°C. Таза күйінде Цирконий пластик. және оңай өңделеді. Цирконийдің ең бағалы қасиеті — коррозияға, хим. агрессивті ортаға тұрақтылығы. Қосылыстарындағы тотығу дәрежесі +4. Галогендермен әрекеттесіп галогениттер (ZrГ4), фосформен қосып қыздырғанда дифосфид ZrР2, бормен 1500°С-тан жоғары темп-рада боридтер түзеді.

1. Бірімжанов Б.Т., Нұрахметов Н.Н. Жалпы химия, Алматы, Ана тілі 1992ж
2. АханбаевК. Химия негіздері, Алматы, Ана тілі, 1987ж
3. Утелбаева А,Утелбаев.Б Химия, 1 том, Алматы 1996ж.
4. Утелбаева А,Уталбаев Б. Химия, 5 том Алматы2006ж.
5. Утелбаева А,Утелбаев Б. Химия, 6 том, Алматы2006ж.
6. Шоқыбаев Ж. Бейорганикалық және аналитикалық химия, Алматы, 2003ж

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 15 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:
1. Табиғи тұрақты изотоптары
2. Физикалық қасиеттер
3. Химикалық қасиеттер
4. Қолданылуы

Цирконий мен гафний
Цирконий (Zіrconіum), Zr -- элементтердің периодтық жүйесінің ІV тобындағы хим. элемент, ат. н. 40, ат. м. 91,22.

Табиғи тұрақты изотоптары
90Zr (51,46), 91Zr (11,23), 92Zr (17,11), 94Zr (17,40), 96Zr(2,80).

Цирконий Zr

Физикалық қасиеттері
Жасанды жолмен алынған радиоактивті изотоптары 93Zr, 95Zr радиоактивті индикатор ретінде пайдаланылады. Цирконийді 1788 жылы неміс ғалымы М.Клапрот циркон минералын талдау нәтижесінде ашқан. Жер қыртысындағы салмақ мөлш. 2°10 - 2%. Табиғатта негізінен циркон, бадделеит және күрделі цирконсиликат (эвдиалит, эвколит) минералдары түрінде кең таралған. Цирконий -- күміс түсті ақ метал, балқу t 1852°C, қайнау t 3580 -- 3700°C. Таза күйінде Цирконий пластик. және оңай өңделеді. Цирконийдің ең бағалы қасиеті -- коррозияға, хим. агрессивті ортаға тұрақтылығы. Қосылыстарындағы тотығу дәрежесі +4. Галогендермен әрекеттесіп галогениттер (ZrГ4), фосформен қосып қыздырғанда дифосфид ZrР2, бормен 1500°С-тан жоғары темп-рада боридтер түзеді.

Химиялық қасиеттері
Цирконий қосылыстарының маңыздысы -- қос тотығы ZrO2. өнеркәсіпте Цирконийді көбіне циркон және бадделеит минералдарынан алады. Металл Цирконийді өзінің қос тотығын кальций немесе кальций гидридімен, Цирконий хлоридін магниймен, фторцирконат калийді натриймен тотықсыздандыру арқылы алады.

Қолданылуы
Цирконий электрвакуумдық техникада, металлургияда, машина жасау өндірісінде, т.б. пайдаланылады. Цирконий қос тотығы және циркон отқа берік материалдар, шынының ерекше сорттарын дайындауда қолданылады.

Цирконий мен гафний периодтық жүйенің ІV тобына титанның топшасына кіреді.
Цирконий 1789 жылы М.Кларпорт (Германия) циркон деген минералды ашты. Цирон өте ертеде белгілі болды, оның аталуы әр түрлі - гиацинт, яцинт, яргон. Оның өте әдемі түсіне және мөлдірлігіне байланысты әр түрлі әшекей ретінде пайдаланылды.
1923 жылы гафнийді циркон (Скандивания) минералынан Д.Хевеши, Д.Костер (Дания) ашты. Гафний деп аталуы Копенгаген деген Скандиван қаласына байланысты (латынша "Наfnia").
Д.И. Менделеев периодтық жүйені құрағанда гафний әлі ашылмаған, сондықтан перидтық жүйеде белгісіз элементке бос орын қалдырылған, оның реттік нөмірі 72 деп анықталған. Цирконда циркониймен қатар жүрген жаңа осы элемент (N72) деп табылған.
Цирконий мен гафнийдің электрондық құрылысы келесідей: Zr - 2, 8, 18, 10, 2; Hf - 2, 8, 18, 32, 10, 2. Осыған байланысты тұрақты валенттілік күйі - төрт. 1 кестеде цирконий мен гафнийдің ең маңызды физикалық константалары келтірілген.

1 кесте. Цирконий мен гафнийдің физикалық константалары

Элемент
Реттік
номері
Атом-дық салмағы
Тығыз-
дық
гсм3
Атомдық
радиусы
Балқу
темпер.0С
Қайнау
Темп.0С
Цирконий(Zr)
40
91,22
6,5
1,60
1952
4340
Гафний (Hf)
72
178,6
13,31
1,59
1977
4600

Балқу және қайнау температуралары металдардың тазалығына байланысты. Сыртқы түріне қарағанда металдар болатқа ұқсас, таза түрінде өте жұмсақ.
Цирконий мен гафний ядролық техникада маңызы олардың пайдаланылатын қасиеттері - жылы нейтрондар алу: цирконийдің нейтрондарды басып алуының көлденең қимасы өте аз - 0,18 барн., ал гафнийдікі 120 барн.
Екі металдың бірнеше табиғаттық изотоптар бар (Zr-7, Hf-6) және бірнеше қолдан істелген изотоптар, кейбіріне таңбаланған атомдар (радиоактивті индикаторлар) ретінде пайдаланады.
Металдардың химиялық активтлігі жоғары болғандықтан оларды таза түрінде алу өте қиын. Кәдімгі температуралы ауада олар өзгермейді, бірақ қыздырғанда оттек және азотпен әрекеттесіп, оксидтер мен нитриттер түзеді. Металдар сутекті жұтып нитриттер түзеді: Zr4Н, Zr2Н. ZrН, ZrН2.
Қышқылдардың цирконий мен гафнийге әсері жоқ, тек қана патша және фтор қышқылында ериді. Бірақ кейбір әрекеттесулерде - цирконийдің жай күкірт және концентрлі тұз қышқылында еруі көрсетілген.
Цирконий коррзияға жоғары тұрақтылық крсетеді. Цирконий (гафний) сілтілердің ерітіндісімен әрекеттеспейді, ал балқыған сілтілермен әрекеттеседі.

Оттекпен қосылыстары
Цирконий мен гафнийді ауада қыздырғанда тотығып, оксидтер түзеді. Цирконийдің жоғары оксиді - ZrО2, балқу температурасы 2700°С. ZrО2 үш кристаллды модификацияда болады, өзгеру нүктелері 1205°-1900°С, қайнау температурасы 4300°С. ZrО2 табиғатта боc күйінде кездеседі (минерал бадделеит).
Цирконийдің төменгі оксидтері Zr2О3 және ZrО белгілі. Гафний - НfO2 деген жоғары оксид түзеді, балқу температурасы 2990°С.
Цирконий мен гафнийдің оксидтері суда ерімейді. Оларға сәйкес гидраттарды екі жолмен алуға болады: кейбір тұздардың ерітінділерін гидролиздеу арқылы немесе тұздарға сілтілермен әсер ету арқылы. Бірінші жағдайда гидраттар түзіледі, олар матақышқылдарға сәйкес келеді, мысалы, ZrО(ОH) иемесс Н2ZrО3:

Zr(SО4)2 + ЗН2О -- Zr(ОН)2↓ + 2Н2SО4;
екінші жағдайда -- ортоқышқылдарға Zr(ОН)4 немесе Н4ZrO4
Zr(SО4)2 + 4NaОН -- Zr(ОН)4 + 2Nа2О4.
Гидроксидтер амфотерлі қасиеттер көрсетеді.
ZnO2 және НfО2 күшті қышқылдарды қосып (жай қосу керек, қыздыру) немесе сілтілермен балқытып ерітуге болады:

ZrO2 + 2H2SO4 -- Zr(SО4)2 + 2Н2О

ZrO2 + 2NaOH -- Na2ZrO3 + Н2О
Комплексті қосылыстар түзілетін болғандықтан, оксидтер фтор қышқылында жақсы ериді.

Цирконий мен гафнийдің тұздары
Цирконий мен гафнийдің оксидтерін сілтімен балқытқанда цирконий мен гафний қышқылдарының (Н2ZrO3, Н2Hf O3) тұздары - цирконаттар мен гафнаттар (Ме2ZrO3, Ме2Hf O3) түзіледі:

ZrO2 + 2NaOH t-- Na2ZrO3 + H2O
HfO2 + 2NaOH t-- Na2HfO3 + H2O

Цирконий мен гафнийдің оксидтері СаО, ВаО, SrО жоне МgО оксидтерімен әрекеттеседі, мысалы:

ZrO2 + CaO -- CaZrO3

HfO2 + CaO -- CaHfO3

Сирек жер элементтер оксидтерімен (лантан, самарий, неодим) әрекеттескенде цирконат түзіледі, құрамы Lа2Zr2О7.
ZrO2 және НfО2 кремний оксидімен балқығанда силикиттар түзеді.

ZrO2 + SiO2 -- ZrSiO4

HfO2 + SiO2 -- HfSiO4

Цирконий мен гафний силикаттары табигатта минерал түрінде кездеседі: ZrSіО4 -- циркон, HfSіО4 -- гафнон.
Циркон (ZrSіО4) содамен немесе натрий гидроксидімен әрекеттескенде натрий цирконосиликаты түзіледі Nа2ZrSіО5 немесе ZrSіО4·Nа2О -- ақ ұнтақты зат, суда ерімейді, минералды қышқылдарда жақсы ериді.
Цирконий мен гафнийдің оксидтері қышқылдарда ерігенде тұздар түзіледі:
ZrO2 + 2H2SO4 -- Zr(SO4)22H2O
HfO2 + 2H2SO4 -- Hf(SO4)22H2O

Тұздар ерітінділерде оңай гидролиздеңеді, сондықтан бір мезгілде цирконийдің әр түрлі иондары болуы мүмкін: Zr4+ - цирконий-иондары, ZrО21 - цирконил-иондары, сонымен қатар гидратты түрлері. Цирконий (IV) ерітіндіде полимер түрінде болуы мүмкін, полимерлену дәрежесі цирконийдің концентрациясы мен рН-на байланысты. Бұл байланыс 1 суретте керсетілген.
Осы байланыстан көретініміз: цирконийдің концентрациясы мен рН-ы жоғары болса -- полимерлену дәрежесі де жоғарылайды. Комплекс түзуші реагенттерді қосқанда, мысалы, фтор қышқылын, полимерлер бұзылады.

1 сурет - Цирконий иондарының полимерлену факторының концентрациясынан және ерітіндінің рН-нан тәуелділігі (сызықтар жанындағы сандар полимерлену факторына тең)

2 сурет - Цирконий мен гафний гидроксидінің натрий гидроксидінде ерігіштігі

Цирконий мен гафнийдің тұздарына аздап сілті қосса немесе гидролиздену реакциясын өткізсе, тұнбаға негізгі тұздар түседі, біртіндеп гидроксидтерге ауысады. Цирконий мен гафнийдің гидроксидтері натрий гидроксидтерінде ериді.
Бұл суреттен гафний гидроксидінің ерігіштігі цирконий гидроксидінен жоғарылау екенін байқауға болады. Натрий гидроксидінің максимумына жетіп (12мольл) гафний ерігіштігі төмендейді. Осы жағдайда натрий гидроксогафнаты Nа2Нf(ОН)6 түзіледі, бұл зат қатты фаза түрінде бөлінген.
Еріген комплексті қосылыстардың жалпы формуласы Ме(ОН)4+nn- (Me - циркоий мен гафний), олардың тұрақсыз константалары келесідей: Zr(OH)5 - 1,9*10-5, Hf(OH)5 - 1,1*10-5 .
Гироксидінің ерігіштік көбейтіндісі: Zr(OH)4 - 3*10-26 , Hf(OH)4 -4*10-26.
Цирконий мен гафнийдің фосфаттары және ферроцианидтері
Цирконий мен гафний нашар еритін фосфаттар түзеді және Zr3(РО4)4. Бұл фосфаттар қышқыддарда ерімейді, сондықтан цирконий мен гафнийді басқа металдардан бөлуге болады.
Цирконий мен гафний аз еритін ферроцианидтер түзеді. Ферроцианидтердің құрамы оның концентрациясына және цирконий тұздарының гидролизіне байланысты.
Цирконий оксихлоридіне натрий феррацианидін қосса, құрамы [ZrО(ОН)]4[Ғе(СN)6] қосылыс түзіледі, ал калий феррацианидін қосқанда ZrО[ZrO(ОН)]2[Ғе(СN)6] қосылыс түзіледі. Гидролиз болмағанда қышқылды ортада нормальды ферроцианид құрамы Zr[Ғе(СN)6]-6Н2О түзіледі.

Пероксидті қосылыстары
Цирконий мен гафнийдің тұздарына сілтілі ортада пероксид сутекті қосқаңда, пероксидті қосылыстар түзіледі -- надқышқылдар, оларды бос түрінде түссіз тұнба ретінде бөлуге болады. Надқышқылдар сутек пероксиді сияқты күшті тотықтырғыштар.

Галогендермен қосылыстары
Цирконий мен гафний қыздырғанда галогендермен әрекеттеседі.
Цирконий фториді ZrҒ4 цирконий металын фторсутекпен қыздырғанда алынады. Әдетте ZrҒ4 цирконий оксидіне фторид сутегін қосу арқылы немесе цирконий тұздарын ерітіндіден ZrҒ4·nН2О түрінде алынады:

ZrO2 + 4HF -- ZrF4 + 2H2O

Zr(SO4)2 + 4HF -- ZrF4

ZrF4 - ақ түсті зат, 800-10000С ұшады, суда қиын ериді (14лл), фтор қышқылында комплексті қышқыл түзіп, жақсы ериді:

ZrF4 + 2HF -- H2[ZrF6] + 2H2O

HfCl4 комплексті қосылысты (NH4)2HfF6 термиялық диссоциялану арқылы алынады:

(NH4)2HfF6 -- HfF4 + 4NH4F

Цирконий мен гафнийдің хлоридтері металдардың хлормен қыздырғанда немесе металдардың оксидтерінің (көміртек қатысында) хлормен әрекеттесуі арқылы алынады.
ZrCl4 - ақ түсті ұшқыш кристалды зат, су қосқанда толық гидролизденеді:

ZrCl4 + 2H2O -- Zr(OH)4 + 4HCl
Сондай-ақ басқа галогендерді қыздырғанда менталдармен әрекеттеседі. Технологияда және aнaлитикалық химияда иодидтер пайдаланады.

3 сурет - цирконий хлориді мен иодидінің булары қысымының температурадан тәуелділігі

ZrCl4 - ақ түсті, ұшқыш кристаллды зат.
ZrІ4 - сары түсті кристаллды зат, балқу температурасы 499°С (қысым жағдайында). Қыздырғанда цирконий иодиді айдалады.
Цирконий мен гафнийді таза металл күйінде алу үшін иодидтер пайдаланылады. Металдар таза күйінде термиялық диссоциация әдісімен алынады:

Комплексті фторидтердің және комплексті хлоридтердің тәжірибеде маңызы зор.
Олар "Комплексті қосылыстар" деген бөлімде қарастырылады.
Хлоридтер органикалық заттармен бірқатар күрделі Қосылыстар береді, мысалы, спирттермен, пиридинмен. Цирконий хлоридіне белгілі этил-, метил-, фенилбензоаттар, гафний хлоридіне -- этил-, метилбензоаттар. Бұл заттар су қосқанда ыдырап, тетрахлорид және эфир береді, осы қасиетті пайдаланып, цирконий мен гафнийді басқа элементтерден бөлуге болады.
Цирконийге сонымен қатар белгілі оксихлорид, мысалы ZrOCl -- цирконилхлорид, цирконий хлориді сумен әрекеттескенде түзіледі:

ZrС14 + Н2О -- ZrОС12 + 2НСІ

ZrОС12 молекуласы 8 су молекуласымен кристалданады. Суда жақсы ериді, концентрлі тұз қышқылында қиын ериді. ZrОС12-8Н2О 45-650С температураға дейін қыздырғанда су бөлінеді, ал 80°С температурада ыдырап хлор бөлінеді, ал 400 - 4500С температурада ZrО2 бөлінеді.
Егер белгілі рН-та оксихлорид ерітінділеріне сульфат иондарын қосса (натрий, алюминий, темір, аммоний сульфаттарының ерітіндісі) цирконийді негізгі сульфаттар түрінде тұнбаға түсіруге болады.
Цирконий мен гафнийдің дигалогенидтері алынған. Цирконий тетрахлоридін цирконий металы қатысында қыздырғанда қара түсті дихлорид түзіледі:
ZrС14 + Zr -- 2ZrCl2

Ал ZrС14 ауасыз ортада 350°С температурада алюминий металымен тотықсыздандырғанда қызыл-қоңыр түсті ZrС13 түзіледі, одан әрі қыздырса диспроспорциялану процесі өтіп ди- және тетрахлорид түзіледі:

2ZrС13 -- ZrС12 + ZrСІ4

Дәл осындай реакциялар, цирконий мен гафиийдің бромидтермен және иодидтермен өтеді.

Комплексті қосылыстары
Цирконий мен гафний комплексті галогенидтер береді құрамы Ме2ZrГал6 (Ме -- бір валентті металл, Гал. - галоид).
Комплексті галогенидтер тұрақты, ең маңыздысы, калий фторцирконаты К2ZrF6, технологияда және анализде пайдаланылады. Гафнийдің алюминий фторгафнаты (NH4)2HfF6 ерігіштігі жоғары болғандықтан оны цирконийден бөлу үшін пайдаланады. Келесі комплексті қосылыстар белгілі: Rb2Zr(Нf)Ғ6, Сs2Zr(Нf)Ғ6, Т12Zr(Нf)Ғ6, АgZr(Нf)Ғ6.
Фторцирконаттар цирконийді алу үшін пайдаланылады, сондықтан толық зерттелген.
465°С температураға дейін қыздырғанда К2ZrҒб ыдырап, КҒ және ZrҒ4 бөлінеді:
КZrF6 -- 2KF + ZrҒ4

600°С температурада ауада ZrО2 түзіледі. Цирконий фториді комплексінің тұрақсыз константасы 10-9.
Сонымен қатар цирконий мен гафнийдің гексахлоридтері белгілі, сыртқы сфeрасында әр түрлі сілтілі металдар бар олар: натрий, калий, рубидий, цезий. Жоғары температурада ыдырау реакциясы өтеді:

Ме2ZrСІ6 -- 2МeС1 + ZrСІ4

Цирконий мен гафнийге комплексті сульфаттар белгілі, сонымен ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.