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40Zr

지르코늄

지르코늄은 원자번호 40, 원소 기호 Zr인 화학 원소다. 주기율표에서 5주기, 4족, d 블록에 위치한다. 실온에서의 기준 상태는 고체이며 전자 배치는 [Kr] 4d2 5s2이다.

원자번호40

표준 원자량91.222(3)

족4

주기5

블록d

전자 배치[Kr] 4d2 5s2

전자 구조

화학적 성질을 결정하는 요인

지르코늄의 화학에는 d 부분껍질이 관여한다. 전이 금속은 에너지가 비슷한 전자들을 결합에 사용할 수 있어 여러 산화 상태, 배위 화합물, 촉매 작용이 흔하게 나타난다.

전자 배치 [Kr] 4d2 5s2는 화합물의 산화 상태와 함께 읽어야 한다. 전자를 제거하면 점유된 d 오비탈이 달라질 수 있고, 그 결과 색, 자기적 성질, 결합과 반응성이 변한다.

화학적 형태

화합물, 이온과 물질

지르코늄은 산화물, 할로젠화물, 황화물과 배위 화합물 등 다양한 형태를 만든다. 전이 금속에서는 여러 산화 상태가 가능해 조성, 색, 자기적 성질과 촉매 활성이 크게 달라질 수 있다.

물리적 거동

상태와 상전이

실온에서의 기준 상태는 고체이다. 제시된 밀도는 6.52 g/cm³이다. 녹는점은 2 128 K (1 855 °C), 끓는점은 4 650 K (4 377 °C)이다. 압력, 순도와 결정 구조에 따라 실제 측정되는 물리적 성질은 달라질 수 있다.

존재와 활용

지르코늄은 어디에서 발견되고 어떻게 쓰이는가

실제 활용에서 지르코늄은 원자로 · 세라믹 · 합금 같은 분야와 관련된다. 어떤 경우에는 원소 자체가 아니라 특정 화합물, 합금 또는 동위원소의 성질을 이용한다.

실제 활용

실제 사용 사례

원자로

지르코늄은 동위원소와 화학적 형태에 따라 원자로 재료, 연료, 중성자 제어 또는 특수 핵 시스템에 사용된다.

세라믹

지르코늄은 내열성, 경도, 전기적 성질 또는 색을 조절하는 세라믹 화합물에 사용된다.

합금

지르코늄은 금속에 첨가되어 강도, 내식성, 녹는 성질 또는 고온 성능을 조절한다.

주기율표상의 위치

이웃 원소가 알려 주는 것

지르코늄은 5주기 4족에 있다. 여기 표시된 주변 원소에는 스칸듐, 타이타늄, 바나듐, 이트륨, 나이오븀, 하프늄, 탄탈럼 등이 있다. 이 위치 관계를 이용하면 원자 크기, 이온화 에너지와 결합 성향이 주기율표에서 어떻게 변하는지 비교할 수 있다.

참고 데이터

물리적·원자적 성질

분류전이 금속

실온에서의 상태고체

전자 껍질2 · 8 · 18 · 10 · 2

밀도6.52 g/cm³

녹는점2 128 K (1 855 °C)

끓는점4 650 K (4 377 °C)

폴링 전기음성도1.33

1차 이온화 에너지640.1 kJ/mol

전자 친화도41.81 kJ/mol

값은 해당되는 경우 원소 자체 또는 중성 원자를 기준으로 한다. 물리적 데이터는 동소체, 압력과 측정 조건에 따라 달라질 수 있다.

역사

발견과 확인

지르코늄의 발견은 Martin Heinrich Klaproth와 관련되어 있다. 원소의 인식, 순수한 시료의 분리, 현대적인 원자번호의 부여는 반드시 같은 시기에 이루어진 것은 아니다.

동위원소와 원자량

동위원소 조성이 수치에 미치는 영향

표준 원자량은 91.222(3)이다. 이 값은 자연계 물질의 동위원소 조성을 반영한 평균값이며 특정 원자 하나의 질량을 뜻하지 않는다.

지르코늄은 적어도 하나의 안정 동위원소가 있다. 동위원소는 양성자 수가 같아 같은 원소이지만 중성자 수와 원자 질량이 서로 다르다.

안전

취급과 노출

지르코늄의 위험성은 화학적 형태, 노출량과 노출 경로에 따라 달라진다. 순수한 원소, 이온과 화합물은 생물학적·환경적 영향이 크게 다를 수 있으므로 실제 취급 물질의 안전 자료를 확인해야 한다.