Chemisches Element · Referenzseite

40Zr

Zirconium

Zirconium ist Element 40 (Zr) in Periode 5, Gruppe 4 und im d-Block. Bei Raumtemperatur ist der Referenzzustand fest. Die Elektronenkonfiguration lautet [Kr] 4d2 5s2.

Ordnungszahl40

Standard-Atomgewicht91.222(3)

Gruppe4

Periode5

Blockd

Elektronenkonfiguration[Kr] 4d2 5s2

Elektronenstruktur

Was seine Chemie bestimmt

Bei Zirconium spielt die d-Unterschale eine wichtige Rolle für die Chemie. Elektronen ähnlicher Energie können an Bindungen beteiligt sein; dadurch sind mehrere Oxidationsstufen und Koordinationsverbindungen möglich.

Die Konfiguration [Kr] 4d2 5s2 verändert sich bei der Ionenbildung. Damit können sich Farbe, Magnetismus, Bindungsverhalten und Reaktivität deutlich ändern.

Chemische Formen

Verbindungen, Ionen und Materialien

Zirconium bildet Metalllegierungen sowie Verbindungen in mehreren Oxidationsstufen. Häufig sind Oxide, Halogenide, Sulfide und Koordinationskomplexe; welche Formen stabil sind, hängt stark von Reaktionsbedingungen und Liganden ab.

Physikalisches Verhalten

Aggregatzustand und Phasenübergänge

Der Referenzzustand von Zirconium bei Raumtemperatur ist fest. Zu den angegebenen Stoffdaten gehören Dichte: 6.52 g/cm³; Schmelzpunkt: 2 128 K (1 855 °C); Siedepunkt: 4 650 K (4 377 °C). Messwerte können von Reinheit, Druck, Kristallstruktur oder allotroper Form abhängen.

Vorkommen und Anwendungen

Wo Zirconium vorkommt und wofür es verwendet wird

Zirconium kommt in natürlichen Rohstoffen, Mineralen oder chemischen Verbindungen vor und wird technisch unter anderem in Bereichen wie Kernreaktoren, Keramik und Legierungen eingesetzt.

In der Praxis

Konkrete Anwendungsbeispiele

Kernreaktoren

Zirconium wird in Reaktormaterialien, Brennstoffen, Neutronenkontrolle oder spezialisierten kerntechnischen Systemen eingesetzt beziehungsweise untersucht.

Keramik

Verbindungen von Zirconium werden in Keramiken eingesetzt, wenn Härte, Temperaturbeständigkeit, elektrische oder optische Eigenschaften benötigt werden.

Legierungen

Zirconium wird Legierungen zugesetzt, um Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schmelzverhalten oder Hochtemperatureigenschaften zu verändern.

Position im Periodensystem

Was die Nachbarelemente zeigen

Zirconium steht in Periode 5, Gruppe 4 und im d-Block. Im dargestellten Ausschnitt liegen links davon Vanadium, Yttrium; rechts davon Niob, Hafnium. Solche Vergleiche zeigen, welche Eigenschaften sich innerhalb einer Periode oder Gruppe regelmäßig verändern und welche Besonderheiten das Element selbst besitzt.

Referenzdaten

Physikalische und atomare Eigenschaften

KlassifikationÜbergangsmetall

Aggregatzustand bei RaumtemperaturFest

Elektronenschalen2 · 8 · 18 · 10 · 2

Dichte6.52 g/cm³

Schmelzpunkt2 128 K (1 855 °C)

Siedepunkt4 650 K (4 377 °C)

Pauling-Elektronegativität1.33

Erste Ionisierungsenergie640.1 kJ/mol

Elektronenaffinität41.81 kJ/mol

Die Werte beziehen sich, soweit anwendbar, auf das Element oder das neutrale Atom. Stoffdaten können von allotroper Form, Druck, Reinheit und Messbedingungen abhängen.

Geschichte

Entdeckung und Identifizierung

Die Entdeckung beziehungsweise Identifizierung von Zirconium wird mit Martin Heinrich Klaproth verbunden. Entdeckung, Isolierung einer reinen Probe und Einordnung über die moderne Ordnungszahl erfolgten historisch nicht immer im selben Schritt.

Isotope und Atomgewicht

Wie die Isotopenzusammensetzung die Zahlen verändert

Das Standard-Atomgewicht beträgt 91.222(3). Es beschreibt die mittlere natürliche Isotopenzusammensetzung terrestrischen Materials und nicht die Masse eines einzelnen Atoms.

Isotope von Zirconium besitzen dieselbe Protonenzahl, unterscheiden sich aber in der Zahl der Neutronen. Dadurch ändern sich Atommasse und bei radioaktiven Isotopen auch Kernstabilität und Halbwertszeit.

Sicherheit

Umgang und Exposition

Die Gefährdung durch Zirconium hängt von chemischer Form, Dosis und Aufnahmeweg ab. Element, Ionen und Verbindungen können biologisch sehr unterschiedlich wirken; maßgeblich sind die Sicherheitsdaten der tatsächlich verwendeten Substanz.