Anorganische Chemie ist eine frei verfügbare Einführung in die anorganische Chemie. Details zum Buch finden Sie im Editorial....

Home Übergangselemente Titangruppe Zirconium
Siehe auch: Hafnium, Titan, Periodensystem der Elemente 
del.icio.us Reddit Facebook StumbleUpon MySpace Twitter Search the VIAS Library  |  Index

Zirconium

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl 40
Symbol Zr
CAS-Nr. 7440-67-7
Atomgewicht 91.224 amu
Elektronenkonfiguration [Kr] 4d2 5s2
Schmelzpunkt 1855 °C
Siedepunkt 4409 °C
Dichte 6.506 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011
Geschichte
M.H. Klaproth entdeckte 1789 Zirconium als Oxid in Zirkon, ZrSiO4. Elementares Zirconium wurde erstmals 1824 von J.J. Berzelius durch Reduktion von K2ZrF6 mit Kalium isoliert. 1925 gelang es A.E. van Arkel und J.H. de Boer erstmals hochreines Zirconium mit dem nach ihnen benannten Van-Arkel-de-Boer-Verfahren herzustellen.
Vorkommen
Zirconium kommt in der Natur nicht gediegen vor, sondern hauptsächlich als Silikat (Zirkon) und als Dioxid (Zirkonerde). Obwohl Zirconium deutlich häufiger als z.B. Kupfer vorkommt (siehe Häufigkeitstabelle der Elemente), ist es aufgrund seiner geringen Konzentration meist unrentabel abzubauen. Abbauwürdige Lagerstätten sind ausschließlich Sekundärlagerstätten, die durch Verwitterung und Ausschwemmung entstanden sind. Interessanterweise hat basaltisches Mondgestein, das von den Apollomissionen zurückgebracht wurde, einen erstaunlich hohen Zirconiumgehalt (bis zu 1000 ppm, der durchschnittliche Gehalt in der Erdkruste liegt bei 165 ppm). Zirconiumminerale enthalten immer auch ein paar Prozent Hafnium.
Darstellung und Gewinnung
Hochreines Zirconium, nach dem Van-Arkel-de-Boer-Verfahren hergestellt. Der Stab hat einen Durchmesser von ca. 15 mm. Foto: Wikimedia Commons, User Alchemist-hp.
Zur Darstellung von metallischem Zirconium reduziert man Zirconiumchlorid mit Magnesium in einer Helium-Atmosphäre (Kroll-Prozess). Das Zirconium kann dann mit Hilfe des Van-Arkel-de-Boer-Verfahrens weiter gereinigt werden. Das so erhaltene kommerzielle Zirconium enthält aber einige Prozent Hafnium, das sich auf diese Weise nicht abtrennen lässt.
Eigenschaften
Zirconium ist ein silbrig-grau glänzendes Metall, das in reiner Form gut verformbar ist. Allerdings machen schon Spuren von eingelagerten Fremdatomen (N, H, C, O) das Metall hart und spröde. Zirconium entwickelt an der Luft eine sehr dünne passivierende Oxidschicht, so dass es damit korrosionsbeständig wird. In fein verteilter Form wird Zirconium an der Luft aber schon bei mäßigen Temperaturen oxidiert.

Zirconium hat einen niedrigen Wirkungsquerschnitt für Neutronen, weshalb es als Hülle für Brennstäbe eingesetzt wird. Da Hafnium einen 600-mal höheren Wirkungsquerschnitt als Zirconium aufweist, muss es für diese Zwecke aufwändig mit Hilfe von Ionenaustauschern, fraktionierter Destillation oder Extraktionsverfahren vom Hafnium befreit werden (90% des weltweit erzeugten Zirconiums wird in Kernreaktoren eingesetzt).

Zirconium-Niobium-Legierungen sind supraleitend und bleiben dies auch, wenn starke Magnetfelder angelegt werden. Sie wurden daher für supraleitende Magnete verwendet, inzwischen werden dafür aber Niobium-Titan-Legierungen eingesetzt.

Verwendung
Zirconium wird wegen seiner Korrosionsfestigkeit in der chemischen Industrie z.B. für Wärmetauscher, Rührer oder Spinndüsen verwendet. Darüberhinaus wird es in der Kerntechnik eingesetzt (siehe oben). Zirconiumoxid wird für Laborgeräte und feuerfeste Materialien eingesetzt. Reines kristallines Zirconiumoxid ("Zirkon") hat einen hohen Brechungsindex und wird als Schmuckstein verwendet.


Home Übergangselemente Titangruppe Zirconium

Last Update: 2013-08-08