சிர்க்கோனியம்
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| பொது | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| பெயர், குறி எழுத்து, தனிம எண் | சிர்க்கோனியம், Zr, 40 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| வேதியியல் பொருள் வரிசை | பிறழ்வரிசை மாழைகள் | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| நெடுங்குழு, கிடை வரிசை, வலயம் | 4, 5, d | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| தோற்றம் | வெள்ளி போன்ற வெண்மை  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| அணு நிறை (அணுத்திணிவு) | 91.224(2) g/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| எதிர்மின்னி அமைப்பு | [Kr] 4d2 5s2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| சுற்றுப் பாதையிலுள்ள எதிர்மின்னிகள் (எலக்ட்ரான்கள்) | 2, 8, 18, 10, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| இயல்பியல் பண்புகள் | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| இயல் நிலை | திண்மம் | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| அடர்த்தி (அறை வெ.நி அருகில்) | 6.52 கி/செ.மி³ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| உருகுநிலையில் நீர்மத்தின் அடர்த்தி | 5.8 g/cm³ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| உருகு வெப்பநிலை | 2128 K (1855 °C, 3371 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| கொதி நிலை | 4682 K (4409 °C, 7968 °F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| நிலை மாறும் மறை வெப்பம் | 14 கி.ஜூ/மோல் (kJ/mol) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| வளிமமாகும் வெப்ப ஆற்றல் | 573 கி.ஜூ/மோல் | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| வெப்பக் கொண்மை | (25 °C) 25.36 ஜூ/(மோல்·K) J/(mol·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| அணுப் பண்புகள் | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| படிக அமைப்பு | அறுகோணப் பட்டகம் | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ஆக்சைடு நிலைகள் | 4 (இருமுக ஆக்ஸைடு) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| எதிர்மின்னியீர்ப்பு | 1.33 (பௌலிங் அளவீடு) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| மின்மமாக்கும் ஆற்றல் | 1st: 640.1 kJ/(mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2nd: 1270 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3rd: 2218 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| அணு ஆரம் | 155 பிமீ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| அணுவின் ஆரம் (கணித்) | 206 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| கூட்டிணைப்பு ஆரம் | 148 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| வேறு பல பண்புகள் | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| காந்த வகை | தரவு இல்லை | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| மின் தடைமை | (20 °C) 421 nΩ·m | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| வெப்பக் கடத்துமை | (300 K) 22.6 வாட்/(மீ·கெ) W/(m·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| வெப்ப நீட்சி | (25 °C) 5.7 மைக்.மீ/(மி.மீ·கெ) µm/(m·K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ஒலியின் விரைவு (மெல்லிய கம்பி வடிவில்) | (20 °C) 3800 மீ/நொடி | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| யங்கின் மட்டு | 68 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Shear modulus | 33 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| பாய்சான் விகிதம் | 0.34 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| மோவின்(Moh's) உறுதி எண் | 5.0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| விக்கர் உறுதிஎண் Vickers hardness | 903 MPa (மெகாபாஸ்) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| பிரிநெல் உறுதிஎண் Brinell hardness]] | 650 MPa (மெகாபாஸ்) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS பதிவெண் | 7440-67-7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| குறிபிடத்தக்க ஓரிடத்தான்கள் | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| மேற்கோள்கள் | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
சிர்க்கோனியம் (Zirconium) என்பது Zr என்ற மூலக்கூற்று வாய்ப்பாடு கொண்ட ஒரு தனிமமகும். இதன் அணு எண் 40 ஆகும். மேலும் இத்தனிமத்தின் அணு நிறை 91.22, அடர்த்தி 6490 கிகி /கமீ, உருகு நிலையும், கொதி நிலையும் முறையே 1852 பாகை செல்சியசு ,4371 பாகை செல்சியசு ஆகும் [2]. மற்றும் இதன் இணைதிறன் 4. ஆகும். இயற்கையில் தனித்த நிலையில் சிர்க்கோனியம் கிடைப்பதில்லை. தாதுக்களுடன் சேர்ந்தே இது கிடைக்கிறது.
சிர்கான் என்ற கனிமத்தின் பெயரிலிருந்தே சிர்க்கோனியம் என்ற பெயர் எடுக்கப்பட்டுள்ளது. இதுவே சிர்க்கோனியத்தின் மிக முக்கியமான தாதுவாகும். தங்க நிறம் [3] என்ற பொருள் கொண்ட சார்கன் என்ற பாரசீக மொழிச் சொல்லிலிருந்து சிர்கான் என்ற பெயர் வந்துள்ளதாக கூறப்படுகிறது.
வரலாறு
1789 ல் ஜெர்மன் நாட்டின் கலாப் ரோத், சிர்கான் எனும் கனிமத்திலிருந்து சிர்கோனியத்தைப் பிரித்தெடுத்தார். இதன் கனிமம் பொன்னிறம், ஆரஞ்சு, கத்திரிப்பூ ஊதா போன்று பல நிறங்களுடன் காணப்பட்டதால் அதை விலை மதிப்புள்ள கற்களாகக் கருதினார். அரேபிய மொழியில் ஜார்கன் என்றால் “பொன் போன்ற” என்று பொருள் .இதிலிருந்தே சிர்கோனியம் வருவிக்கப்பட்டது. இதற்கு இலக்கியங்களில் பல பெயர்கள் காணப்படுகின்றன. ஹயா சிந்த், ஜாசிந்த், ஜார்கன் போன்ற சொற்கள் சிர்கோனியக் கனிமத்தைக் குறிப்பிடுவதாகும். பழங்காலத்தில் இதை நகை செய்யப் பயன்படுத்தினார்கள்.
சிர்கான் என்பது சிர்கோனியம் சிலிகான் ஆக்சைடாகும். சிகோனியத் தனிமங்கள் உலகில் ஓரளவு மிகுதியாகக் கிடைக்கப்பெறினும் அதிலிருந்து சிர்கோனியத்தைப் பிரித்தெடுப்பது மிகவும் சிக்கலானதாக இருக்கின்றது. இதற்குக் காரணம் உயர் உருகு நிலையும், உருகிய நிலையில் வளிமங்களை உட்கிரகித்துக் கொள்ளும் பண்பையும் சிர்கோனியம் பெற்றிருப்பதே ஆகும்.
1824 ல் சுவீடன் நாட்டு அறிவியலாளர் பெர்சியஸ் இத் தனிமத்தைப் பிரித்தெடுத்தார். சிர்கோனியம், சிர்கான் மணலாகவும் சிர்கோனியம் ஆர்த்தோ சிலிகேட்டாகவும் இயற்கையில் அதிகம் கிடைக்கின்றது. இதன் செழுமை நிக்கல், செம்பு, ஈயம், துத்தநாகம், டின் மற்றும் பாதரசத்தின் செழுமையை விட அதிகமாக இருக்கின்றது. சிர்கானில் சிர்கோனியத்தின் செறிவு 61-67 % ஆகும். சிர்கோனியம் சூரியன் மற்றும் ஐந்து வகை விண்மீன்களிலும் எரிகற்களிலும் காணப்படுகின்றது. நிலவின் மண்ணில் சிர்கோனிய ஆக்சைடின் செழுமை பூமியைக் காட்டிலும் அதிகமாக உள்ளது.
புவியின் மேலோட்டிற்குள் சிர்க்கோனியம் 130 மி.கி/கி.கி என்ற அடர்த்தியில் காணப்படுகிறது. கடல்நீரில் 0.026 μகி/லி என்ற அடர்த்தியில் உள்ளது. இயற்கையில் இது சிர்க்கோனியம் உலோகமாகக் கிடைப்பதில்லை. நீரின் இயல்புக்கு ஏற்ப இது தன்னுடைய உள்ளார்ந்த நிலையின்மையை பிரதிபலிக்கிறது. சிர்க்கோனியத்தின் சிலிக்கேட்டு கனிமமான சிர்கான் (ZrSiO4) ஒரு முக்கியமான வர்த்தக மாதிரியாகும். ஆத்திரேலியா, பிரேசில், இந்தியா, உருசியா, தென் ஆபிரிக்கா மற்றும் அமெரிக்கா போன்ற நாடுகளில் சிர்கான் பெருமளவிலும் மற்ற நாடுகளில் சிறிய அளவிலும் கிடைக்கிறது. 2013 ஆம் ஆண்டின் கணக்கெடுப்பின்படி மூன்றில் இரண்டுபாகம் சிர்க்கோனியம் ஆத்திரேலியா மற்றும் தென் ஆபிரிக்காவில் தோண்டி எடுக்கப்பட்டுள்ளது[4]. உலகெங்கிலும் உள்ள சிர்க்கோன் இருப்பு 60 மில்லியன் டன்களாகும்[5]. மேலும் உலகில் ஆண்டுக்கு 9,00,000 டன்கள் சிர்க்கோனியம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது[6].
பேடிலைட்டு, கோசுனரைட்டு உள்ளிட்ட கனிமங்களுடன் 140 வகையான கனிமங்களுடன் சேர்ந்து சிர்க்கோனியம் காணப்படுகிறது[7]. சிர்க்கோனியம் எசு- வகை நட்சத்திரங்களில் ஒப்பீட்டளவில் ஏராளமாக உள்ளது, மேலும் இது சூரியன் மற்றும் விண்கற்களிலும் கண்டறியப்பட்டுள்ளது. சந்திரனுக்கு பல அப்பல்லோ திட்டங்கள் மூலம் கொண்டுவரப்பட்ட சந்திர பாறை மாதிரிகளில் புவிப்பாறைகள் போல உயர் சிர்கோனியம் ஆக்சைடு உள்ளடக்கத்தைக் கொண்டிருக்கின்றன [2]
பண்புகள்
சிர்க்கோனியம் வெள்ளியைப் போன்றதொரு வெண்மையான உலோகமாகும். வெண்மை கலந்த சாம்பல் நிறத்தில் வலிமையான இடைநிலைத் தனிமமாக இது காணப்படுகிறது. அதிகமாக ஆஃபினியம் தனிமத்தைப் போலவும் தைட்டானியம் போல குறைந்த அளவிலும் சிர்க்கோனியம் காணப்படுகிறது . தீச்செங்கல்லாகவும் ஒளிச்சிதறலை தரும் ஒளித்தடுப்புப் பொருளாகவும் பயன்படுகிறது. எஃகை விட இலேசானது என்றாலும் அதைப் போல் உறுதியானது ஆகும். உடையக்கூடியதாகவும் கடினமானதாகவும் இருந்தால் கூட அறை வெப்பநிலையில் இதை கம்பியாக எளிதில் நீட்டிக் கொள்ள முடிகிறது. தைட்டானியம் போலத் தீவிரமான அரிப்புத் தடுப்பியாகச் செயல்படுகிறது. ஐதரோபுளூரிக் அமிலம் மட்டும் இவ்வுலோகத்தை அரிக்கின்றது[8]. டான்டலம், டைட்டானியம், நையோபியம் போல சிர்கோனியம் அரிப்பெதிர்ப்பைக் கொடுத்தாலும் அவற்றைவிட மேலானது. ஏனெனில் சிர்கோனியம் காரங்கள், அமிலங்கள், உப்புநீர் மற்றும் இதர அரிக்கும் முகவர்களால் அரிக்கப்படுவதில்லை[2]. இதனால் சிர்கோனியம் அறுவைச் சிகிச்சைக் கருவிகளுக்கு ஏற்புடையதாக இருக்கின்றது. திண்ம சிர்கோனியம் எளிதில் பற்றி எரிவதில்லை. ஆனால் பொடி செய்யப்பட்ட சிர்கோனியம் காற்று வெளியில் குறிப்பாக உயர் வெப்ப நிலையில் தானாக எரிகின்றது.
சிர்க்கோனியம் டையாக்சைடு, சிர்க்கனோசின் டைகுளோரைடு போன்ற பல்வேறு வகையான கனிமச் சேர்மங்களையும் கரிம உலோகச் சேர்மங்களையும் சிர்க்கோனியம் உருவாக்குகிறது. துத்தநாகத்துடன் சேர்ந்து சிர்க்கோனியம் உருவாக்கும் கலப்புலோகங்கள் 35 கெல்வின் வெப்பநிலைக்கு கீழ் காந்ததன்மையைப் பெற்றுள்ளன[2]. இயற்கையாக ஐந்து ஐசோடோப்புகள் தோன்றுகின்றன. இவற்றில் மூன்று மட்டுமே நிலைப்புத் தன்மை கொண்டவையாகும். சிர்க்கோனியம் சேர்மங்களின் உயிரியல் பயன்கள் ஏதும் அறியப்படவில்லை.
அறை வெப்பநிலையில் ஆல்பா சிர்க்கோனியம் அறுங்கோண நெருக்கப் பொதிவு படிகக் கட்டமைப்பில் காணப்படுகிறது. 863 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலையில் இவ்வடிவம் β-Zr வடிவமான பொருள் மைய கனசதுர படிகக் கட்டமைப்பிற்கு மாறுகிறது. உருகு நிலையை அடையும் வரை β-கட்டம் நீடிக்கிறது [9].
ஐசோடோப்புகள்
இயற்கையாகத் தோன்றும் சிர்க்கோனியத்திற்கு ஐந்து ஐசோடோப்புகள் உண்டு. 90Zr, 91Zr, 92Zr மற்றும் 94Zr ஐசோடோப்புகள் நிலைப்புத் தன்மை கொண்டவையாகும். 94Zr ஐசோடோப்பு 1.10×1017 ஆண்டுகள் அரைவாழ்வுக் காலத்தைக் கொண்டு இரட்டைப் பீட்டா சிதைவு அடையுமென ஊகிக்கப்படுகிறது. 96Zr ஐசோடோப்பு 2.4×1019 ஆண்டுகள் என்ற மிக நீண்ட அரைவாழ்வுக் காலத்தைப் பெற்ற கதிரியக்க ஐசோடோப்பு என்ற சிறப்பைப் பெற்றுள்ளது. இயற்கையாகத் தோன்றும் ஐசோடோப்புகளில் , 90Zr பொதுவானதாகும். அனைத்து ஐசோடோப்புகளிலும் 51.45% அளவுக்கு இது காணப்படுகிறது. 96Zr ஐசோடோப்பு அரிதானதாக வெறும் 2.80% சிர்க்கோனியம் அளவுக்கு மட்டுமே காணப்படுகிறது[10].
78 முதல் 110 வரை அணுநிறைகள் கொண்ட 28 செயற்கை ஐசோடோப்புகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. இவற்றில் 1.53×106 ஆண்டுகள் அரைவாழ்வுக் காலம் கொண்ட 93Zr ஐசோடோப்பு அதிக நிலைப்புத் தன்மை கொண்டதாகக் கருதப்படுகிறது. 110Zr ஐசோடோப்பு சிர்க்கோனியத்தின் மிகக்கனமான ஐசோடோப்பு ஆகும். இது அதிகமான கதிரியக்கத் தன்மையையும் கொண்டுள்ளது. 93 மற்றும் இதற்கு அதிகமான அணுநிறை கொண்ட கதிரியக்க ஐசோடோப்புகள் எலக்ட்ரான்களை உமிழ்கின்றன. 89 மற்றும் இதற்கு அதிகமான அணுநிறை கொண்ட கதிரியக்க ஐசோடோப்புகள் பாசிட்ரானை உமிழ்கின்றன. 88Zr ஐசோடோப்பு ஒன்று மட்டும் விதிவிலக்காக எலக்ட்ரான் பிடிப்பு எனப்படும் எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோ இழப்பு மூலம் சிதைவடைகிறது[10].
சிர்க்கோனியத்தின் ஐந்து ஐசோடோப்புகளும் 83mZr, 85mZr, 89mZr, 90m1Zr, 90m2Zr and 91mZr எனப்படும் சிற்றுறுதி மாற்றியங்களாகவும் காணப்படுகின்றன. இவற்றில் 90m2Zr ஐசோடோப்பு 131 நானோ வினாடிகள் என்ற மிகக் குறைவான அரைவாழ்வுக் காலத்தைக் கொண்டுள்ளது. 89mZr ஐசோடோப்பு 4.161 நிமிடங்கள் என்ற அரைவாழ்வுக் காலத்தைக் கொண்டு மிக நீண்ட நிலைப்புத்தன்மை கொண்டதாக அறியப்படுகிறது[10].
உற்பத்தி
தைட்டானியத்தின் கனிமங்களான இல்மெனைட்டு, உருட்டைல் போன்றவற்றிலிருந்து தைட்டானியம் தயாரிக்கும் போதும் வெள்ளீயம் தயாரிக்கும் போதும் உடன் விளைபொருளாக சிர்க்கோனியம் கிடைக்கிறது[11]. 2003 முதல் 2007 வரையிலான காலத்தில் சிர்கான் கனிமத்தின் விலை நிலையாக டன்னுக்கு $360 முதல் $840 வரை அதிகரித்துக் காணப்பட்டது. பதப்படுத்தப்படாத சிர்க்கோனியத்தின் விலை டன்னுக்கு $39,900 இலிருந்து $22,700 ஆக வீழ்ச்சியடைந்தும் காணப்பட்டது. சிர்கானை விட சிர்க்கோனியம் உலோகம் அதிக விலை நிர்ணயிக்கப்படுகிறது. ஏனெனில் ஒடுக்கும் செயல்முறைக்கு அதிக செலவு பிடிக்கிறது[5].
கரையோரக் கடலில் இருந்து சேகரிக்கப்பட்ட, சிர்கான் கொண்டுள்ள மணல் சுழற்சி செறிவூட்டிகளால் சுத்தப்படுத்தப்படுகிறது, இம்முறையில் இலகுவான மாசுப் பொருட்கள் அகற்றப்படுகின்றன. கடற்கரை மணலின் இயற்கை கூறுகளாக இருப்பதால் இவை மீண்டும் தண்ணீருக்கு திரும்புகிறது. காந்த பிரிப்பு முறையைப் பயன்படுத்தி, டைட்டானியம் தாதுக்களான இல்மெனைட்டும் உருட்டைலும் நீக்கப்படுகின்றன.
பெரும்பாலான சிர்கான் வர்த்தக பயன்பாடுகளில் நேரடியாக பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஆனால் ஒரு சிறிய சதவீதம் மட்டுமே உலோகமாக மாற்றப்படுகிறது. பெரும்பாலான சிர்க்கோனியம், சிர்கோனியம்(IV) குளோரைடை மாங்கனீசுடன் சேர்த்து ஒடுக்கும் கிரோல் செயல்முறை [2] மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது. விளையும் உலோகம் கம்பியாக நீட்டிக்கத் தேவையான அளவுக்கு வெப்பப்படுத்தப்பட்டு தயாரித்துக் கொள்ளப்படுகிறது
தயாரிப்பு முறை
நன்கு தூளாக்கப்பட்ட சிர்கான் தாதுவானது அடர்ப்பிக்கப்பட்டு அதனுடன் சுண்ணாம்பு மற்றும் கார்பன் சேர்த்து வினை கலவை தயாரிக்கப்படுகிறது. இக்கலவையை உயர்வெப்பநிலையில் சூடாக்கி சிர்க்கோனியம் கார்பைடு தயாரிக்கப்படுகிறது. இதை நீரால் கழுவி பின்னர் ஐதரோகுளோரிக் அமிலம் சேர்த்து சாறு எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது. இதை 600 கெல்வின் வெப்பநிலையில் குளோரினுடன் வினைப்படுத்தி சிர்க்கோனியம் டெட்ரா குளோரைடு தயாரித்துக் கொள்ளப்படுகிறது.
- ZrC + Cl2 --> ZrCl4 + C
சிர்க்கோனியம் டெட்ரா குளோரைடுடன் அமோனியம் ஐதராக்சைடைச் சேர்க்கும் போது சிர்க்கோனியம் ஐதராக்சைடும் இதை காய்ச்சும்போது சிர்க்கோனியம் டை ஆக்சைடும் கிடைக்கின்றன.
- ZrCl4 + 4NH4OH --> Zr(OH)4 + 4NH4Cl
- Zr(OH)4 --> ZrO2 + 2H2O
இவ்வாறு பெறப்பட்ட சிர்க்கோனியம் டை ஆக்சைடுடன் கால்சியம் கலக்கப்பட்டு 900 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலைக்கு சூடாக்கினால் சிர்க்கோனியம் கிடைக்கிறது. வெப்பநிலையை மேலும் அதிகரித்தால் உடன் விளைபொருளான கால்சியம் சிர்க்கோனேட்டு ஒடுக்கமடைந்தும் சிர்க்கோனியம் கிடைக்கிறது.
- 2Zro3 +2Ca --> CaZrO3 + CaO + Zr
- CaZrO3 + 2Ca --> 3CaO + Zr
சிர்க்கோனியம் நீர், ஐதரோகுளோரிக் அமிலம் ஆகியவற்றில் கழுவப்பட்டும் வான் ஆர்க்கல் முறையிலும் தூய்மைப்படுத்தப்பட்டு பின்னர் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஒடுக்குதலுக்கு கால்சியத்திற்குப் பதிலாக அலுமினியத்தையும் பயன்படுத்துவர்.மற்றொரு தாதுவான பேடிலைட்டிலிருந்தும் சிர்க்கோனியம் தயாரிக்கப்படுகிறது. இம்முறையில் அடர்பிக்கப்பட்ட தாதுவுடன் KHF2 சேர்த்து உருக்கப்படுகிறது. உருவாகும் K2ZrF6 உடன் நீரைச் சேர்த்து கொதிக்கவைத்து பின்னர் குளிரச்செய்து K2ZrF6 படிகங்களாகத் தயாரிக்கப்படுகின்றன. உலர்ந்த படிகத்துடன் பொட்டாசியம் சேர்த்து குரைவான வெப்பநிலைக்குச் சூடாக்கி சிர்க்கோனியம் பெறப்படுகிறது. பின்னர் தூய்மைப்படுத்தப்பட்டு பயன்படுத்தப்படுகிறது.
- K2ZrF6 + 4K --> 6KF + Zr
சேர்மங்கள்
மற்ற இடைநிலை உலோகங்களைப் போலவே, சிர்க்கோனியம் பரந்த அளவிலான கனிமச் சேர்மங்கள் மற்றும் ஒருங்கிணைப்பு அணைவுச் சேர்மங்களையும் உருவாக்குகிறது[12]. பொதுவாக, இந்த சேர்மங்கள் நிறமற்றும் டையாகாந்தப் பண்பைக் கொண்டும் திண்மங்களாக உள்ளன. இவற்றில் சிர்க்கோனியம் +4 என்ற ஆக்சிசனேற்ற நிலையில் உள்ளது. Zr(III) சேர்மங்கள் மிகக் குறைவாகவே உள்ளன. Zr(II) சேர்மங்கள் மிகவும் அரிதானவையாகும்.
ஆக்சைடுகள், நைட்ரைடுகள்
மிகவும் பொதுவான ஓர் ஆக்சைடு சிர்க்கோனியம் டையாக்சைடு (ZrO2) ஆகும். இது சிர்க்கோனியா என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. தெளிவான வெள்ளை நிறத்துடன் சிர்க்கோனியம் டையாக்சைடு ஒரு திண்மமாக உள்ளது. விதிவிலக்காக இச்சேர்மம் அதன் கனசதுர வடிவத்தில் எலும்பு முறிவு கடினத்தன்மை மற்றும் வேதியியல் எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளது [13] இத்தகைய காரணங்களால் பொது வைரத்துக்கு மாற்றாக இருப்பினும்[13].சிர்க்கோனியா வெப்பத் தடை பூச்சுகளில் பயனுள்ளதாக உள்ளது[14] சிர்க்கோனியம் மோனாக்சைடும் (ZrO) அறியப்படுகிறது. எசு வகை விண்மீன்களில் சிர்க்கோனியம் மோனாக்சைடு உமிழப்படுவதை கட்புலனாகும் ஒளிக்கற்றையில் உமிழ்வு வரிகளாக காணமுடிகிறது.[15].
சிர்க்கோனியம் தங்குதேட்டு வழக்கத்திற்கு மாறான பண்புகளை வெளிப்படுத்துகிறது. சுடுபடுத்தும்போது எல்லா பரிமாணங்களிலும் சுருங்குகிறது. ஆனால் பெரும்பாலான வேதிப்பொருட்கள் சூடுபடுத்தும்போது பொதுவாக விரிவடைகின்றன [2]. சிர்க்கோனைல் குளோரைடு என்ற நீரில் கரையும் அணைவுச் சேர்மம் [Zr4(OH)12(H2O)16]Cl8. என்ற சிக்கலான மூலக்கூறு வாய்ப்பாட்டைக் கொண்டுள்ளது.
சிர்க்கோனியம் கார்பைடும் சிர்க்கோனியம் நைட்ரைடும் எதற்கும் வளைந்து கொடுக்காத திண்மங்களாகும். துளையிடும் இயந்திரங்களில் கார்பைடு பயன்படுகிறது.சிர்க்கோனியம் ஐதரைடுகள் சிலவும் அறியப்படுகின்றன. ஈய சிர்க்கோனேட் தைட்டனேட் என்பது பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் அழுத்தமின் பொருள்களாகும். மீயொலி மின்மாற்றிகள், ஐதரோபோன்கள், பொதுவான இரயில் உட்செலுத்திகள், அழுத்தமின் மின்மாற்றிகள் மற்றும் நுண்முனைப்பிகள் போன்றவற்றில் பொதுவாக இது பயன்படுத்தப்படுகிறது.
ஆலைடுகளும் போலி ஆலைடுகளும்
சிர்க்கோனியத்தின் நான்கு பொதுவான ஆலைடுகளும் அறியப்படுகின்றன, ZrF4, ZrCl4, ZrBr4 மற்றும் ZrI4. என்பவை அந்த நான்கு ஆலைடுகளாகும். அனைத்துமே பல்பகுதியக் கட்டமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. மேலும் அவை தொடர்புடைய ஒருபகுதி கட்டமைப்புள்ள தைட்டானியம் டெட்ரா ஆலைடுகளைக்காட்டிலும் மிகக் குறைவாக ஆவியாகும் தன்மையைப் பெற்றுள்ளன. அனைத்து சிர்க்கோனியம் ஆலைடுகளும் நீராற்பகுப்பிற்கு உள்ளாகி ஆக்சி ஆலைடுகள் மற்றும் டையாக்சைடுகளைக் கொடுக்கின்றன. தொடர்புடைய டெட்ரா ஆல்காக்சைடுகள் சிலவும் அறியப்படுகின்றன. ஆலைடுகளைப் போலன்றி, ஆல்காக்சைடுகள் முனைவற்ற கரைப்பான்களில் கரைகின்றன. டையைதரசன் எக்சாபுளோரோசிர்க்கோனேட்டு உலோகத் தொழிற்சாலைகளில் வண்ணப்பூச்சு ஒட்டுதலை ஊக்குவிப்பதற்காக இறுதி முடிப்பில் செதுக்கும் முகவராக பயன்படுத்தப்படுகிறது [16].
கரிமவேதியியல் வழிப்பொருள்கள்
கரிமசிர்க்கோனியம் வேதியியல் என்பது கார்பன்-சிர்க்கோனியம் பிணைப்பைக் கொண்ட சேர்மங்களை ஆய்வு செய்யும் ஒரு பிரிவாகும். இதுபோன்ற முதல் சேர்மம் சிர்கோனோசீன் டைபுரோமைடு ((C5H5) 2ZrBr2) ஆகும். சிர்க்கோனோசீன் 1952 இல் பர்மிங்காம் மற்றும் வில்கின்சன் ஆகியோரால் கண்டுபிடித்து அறிவிக்கப்பட்டது. பி. சி. வைல்சு மற்றும் எச். வெய்கோல்ட் ஆகியோரால் 1970 ஆம் ஆண்டில் தயாரிக்கப்பட்ட சிகுவார்ட்சு வினைப்பொருள் ஒரு மெட்டலோசீனாகும் ஆல்கீன்கள் மற்றும் அல்கைன்களின் மாற்றங்களுக்கு பயன்படும் கரிமத் தொகுப்பு வினைகளில் இத்தகைய மெட்டலோசீன் கள் பயனாகின்றன. சில சீக்ளர்-நட்டா வினையூக்கிகளில் சிர்க்கோனியம் ஒரு பகுதிப்பொருளாக பாலிபுரோப்பைலீன் தயாரிப்புக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த பயன்பாடு கார்பனுடன் பிணைப்புகளை மாற்றியமைக்கும் சிர்க்கோனியத்தின் திறனைப் பயன்படுத்துகிறது. Zr(II) இன் பெரும்பாலான அனைவுச் சேர்மங்கள் சிர்கோனோசீனின் வழிப்பெறுதிகள் ஆகும். இதற்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு (C5Me5)2Zr(CO)2. ஆகும், .
பயன்கள்
சிர்கோனியம் சிறிதும் துர்ப்பிடிக்கக் கூடாத கருவிகளான அறுவைச் சிகிச்சைக் கருவிகள்,வேதிப் பொருள் உற்பத்திக் கலங்கள், நுட்பமான இயந்திரப் பொறிகள் போன்றவற்றைத் தயாரிக்கப் பயன்படுகின்றது .அறுவைச் சிகிச்சைக்குப் பின் உடம்பில் தையல் போடுவதற்கு சிர்கோனிய இழைகள் நன்மை தருகின்றன ..அணு உலைகளில் நீர் ஒரு குளிர்விப்பானாகப் (coolant ) பயன்படுத்தப்படுகின்றது.இதன் அரிப்பிலிருந்து அணு உலையின் கட்டுமானத்தைக் காக்க சிர்கோனியப் பூச்சிடுவார்கள் .இதற்குத் தூய சிர்கோனியத்தைவிட சிர்கோனியக் கலப்பு உலோகங்கள் - சிர்கலாய் (zircalloy ) மற்றும் சிர்கோனியம் .செம்பு ,நையோபியக் கலப்பு உலோகம் பயனுறு திறம் கொண்டதாய் விளங்குகின்றன .
சிர்கோனியத்தின் மற்றொரு முக்கியமான பண்பு குறைவேக நியூட்ரான்களை உட்கிரகித்துக் கொள்ளப்படுவதைத் தவிர்க்கின்றது .
சிர்கோனியத்தின் இப் பண்பும் அணு உலைகளில் பயன்படுத்திக் கொள்ளப்படுகின்றது அணு உலைகளில் சிர்கோனியம் அணு எரிபொருளான யுரேனியத் தண்டிற்கு உலோகக் காப்புப் பொருளாக (Cladding ) பயன்படுத்தப் படுகின்றது .ஏனெனில் சிர்கோனியம் நீரால் ஏற்படக் கூடிய அரிப்பைத் தடுத்தாலும் நியூட்ரான்கள் உட்புகுந்து செல்ல அனுமதிக்கின்றது .இத்தகைய பண்பு மக்னீசியம்,அலுமினியம் ,டின் போன்ற உலோகங்களில் காணப்பட்டாலும் அவை யாவும் தாழ்ந்த உருகு நிலை உடையவை .
இயற்கைச் சிர்கோனியத்தில் குடும்பத்தைச் சார்ந்த அணு எண் 72 யைக் கொண்டுள்ள ஹாப்னியம் 2 % கலந்துள்ளது . சிர்கோனியமும் ஹாப்னியமும் ஒத்த வேதியியல் பண்புகளைப் பெற்றிருந்த பெற்றிருந்த போதும் ஹாப்னியம் மிக அதிகமாகக் குறைவேக நியூட்ரான்களை உட்கிரகித்துக் கொள்கிறது(சிர்கோனியத்தை விட 700 மடங்கு )
எனவே சிர்கோனியத்தை அணு உலைகளில் பயன்படுத்த வேண்டுமானால் அதில் உள்ள ஹாப்னியத்தின் செழுமையைப் பெரிதும் குறைக்க வேண்டும்.
பற்றி எரியும் பொருளுடன் சிர்கோனியப் பொடியைக் கலந்து மிகவும் பிரகாசமான ஒளி தரக் கூடிய வெடிகளை உற்பத்தி செய்கின்றார்கள் .தூய சிர்கோனியப் பொடி எளிதில் தீப்பற்றிக் கொள்ளக் கூடியது
சிர்கோனியம் சில சிறப்புக் கலப்பின உலோகங்களை உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுகின்றது.எஃகில் சிறிதளவு சேர்க்க அதன் பண்புகள் மேம்படுகின்றன
எஃகின் வலிமையையும் ,கடினத் தன்மையும் அதிகரிப்பதுடன் அதன் பட்டறைப் பயனும் உறுதியும் ,பற்றவைப்புத் தன்மையும் சிறப்படைகின்றன ..சிர்கோனிய எஃகை உயர் வெப்பநிலையில் சிறிதும் பாதிப்பின்றிப் பயன்படுத்த முடிகிறது .சிர்கோனிய எஃகால் பொருட்களை வார்க்கும் போது அதன் சிறுமத் தடிப்பைத் குறைத்துக் கொள்ள முடிவதால் மூலப் பொருள் ஆதாயம் கிடைக்கின்றது
காந்தமற்ற உலோகங்களுடன் சிர்கோனியத்தைச் சேர்த்து தயாரிக்கப்பட்ட செம்பு-சிர்கோனியம், காட்மியம் -சிர்கோனியக் கலப்பு உலோகத்தில் மின் கடத்தும் திறன் சிறுதும் பாதிக்கப்படாமல் வலிமை மட்டும் அதிகரிக்கின்றது .அலுமினியத்தோடு சிர்கோனியத்தைச் சேர்க்க நீட்சித் திறன்,வலிமை,அரிப்பெதிர்ப்பு ,வெப்பத் தடை ஆகியவை அதிகரிக்கின்றன. குண்டு துளைக்காத எஃகுத் தகடுகளை உறபத்தி செய்ய இதனாலான கலப்பு உலோகம் பயன் தருகின்றது
சிர்கோனிய உப்புக்கள் வண்ணவண்ண அச்சுப் பதிப்புகளில் பயன் தருகின்றன .சிர்கோனிய சேர்மங்கள் உயர் திறனுடன் கூடிய இயந்திர எரிபொருளான ஆக்டேனை (Octane ) உற்பத்தி செய்யும் வழிமுறையில் ஒரு வினையூக்கியாகச் செயல்படுகின்றது .தோல் பதனிடும் முறையில் பயன்படுத்தப்பட்டு தோலின் தோற்றப் பொலிவை அதிகரிக்கப் உதவுகின்றது .
சிர்கோனியம் டெட்ரா குளோரைடின் மின் கடத்தும் திறன் அதன் மீது செயல்படும் அழுத்தத்திற்கு ஏற்ப மாறுபடுகின்றது .இப்பண்பு ஆற்றல் வகை மாற்றிகளில் பயன்படுத்திக் கொள்ளப்படுகின்றது
ஈய சிர்கோனேட் ஒரு பீசோ(pizo) படிகமாகும்.கேளா ஒலிகளை (Ultrasonic) உற்பத்தி செய்ய இது பயன்படுகின்றது .இப் படிகம் 300o C வெப்பநிலையில் கூட பாதிக்கப் படுவதில்லை .
சிர்கோனியம் போரைடு மற்றும் சிர்கோனியம் டை ஆக்சைடு போன்றவைகள் உயர் வெப்பநிலையைத் தாங்கக் கூடிய கூட்டுப் பொருளாகும் .இதன் உருகு நிலை 2700 C .இது உயர் வெப்ப நிலைகளைத் தாக்குப்பிடிக்கக் கூடிய கண்ணாடி மற்றும் எனாமல்களைத் தயாரிக்கப் பயன்படுகின்றது .காந்தப் புலவிடைப் பாய்ம இயக்கமுறையில் (Magneto Hydro dynamics )சிர்கோனியத்தாலான உலோகத் தண்டுகள் மின் முனையாகக் கொள்கின்றார்கள் .சிர்கோனியா கால்சியம் ஆக்சைடு வெப்ப அதிர்வுகளைத் தாக்குப் பிடிக்கின்றது .இதனால் உலோகங்களை உருக்கி வார்க்கப் பயன்படும் வார்ப்பச்சுக்களைத் தயாரிக்க இது பயன்படுகின்றது .சிர்கோனிய ஆக்சைடுகள் ,டைட்டானிய ஆக்சைடு போல வெள்ளை நிறமிகளாகக் கொள்ளப் படுகின்றன .இது நீரில் கரைவதில்லை .சிர்கான் மணல் சில இரத்தினங்களுக்குரிய மூலப் பொருளாக விளங்குகின்றது .செயற்கை இரத்தினங்களைத் தயாரிக்க இது பயனுள்ளதாக இருக்கின்றது .பீங்கான் தொழிலில் சிர்கான் மணல் பயன்தருகின்றது .அலுமினா -சிர்கோனியத் தேய்ப்புப் பொருளை உற்பத்தி செய்து உலோகப் பரப்புக்களைத் தேய்த்து மெருகேற்றவும் ,மென்மையூட்டவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றது .
நயோபியம் சிர்கோனியம் கலப்பு உலோகம் ஒரு மீக்கடத்தியாகும் .இது மீக் கடத்து காந்தங்களில் பயன்படுகின்றது.
மேற்கோள்கள்
புற இணைப்புகள்
- Chemistry in its element podcast (MP3) from the Royal Society of Chemistry's Chemistry World: Zirconium
- Zirconium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)