Nguyên tố hóa học · trang tham khảo

40Zr

Zirconi

Zirconi là nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử 40, ký hiệu Zr. Nó nằm ở chu kỳ 5, nhóm 4, khối d. Ở nhiệt độ phòng, trạng thái tham chiếu là rắn; cấu hình electron là [Kr] 4d2 5s2.

Số hiệu nguyên tử40

Nguyên tử khối chuẩn91.222(3)

Nhóm4

Chu kỳ5

Khốid

Cấu hình electron[Kr] 4d2 5s2

Cấu trúc electron

Yếu tố nào chi phối hóa học của nguyên tố

Phân lớp d tham gia trực tiếp vào hóa học của Zirconi. Ở kim loại chuyển tiếp, các electron có mức năng lượng gần nhau có thể cùng tham gia liên kết, vì vậy thường xuất hiện nhiều trạng thái oxi hóa, phức chất phối trí và hoạt tính xúc tác.

Cấu hình electron [Kr] 4d2 5s2 cần được đọc cùng trạng thái oxi hóa của hợp chất. Khi electron bị lấy đi hoặc được sắp xếp lại, mức chiếm chỗ của orbital d có thể thay đổi, kéo theo thay đổi về màu sắc, từ tính, kiểu liên kết và độ phản ứng.

Các dạng hóa học

Hợp chất, ion và vật liệu

Những dạng hóa học quan trọng của Zirconi gồm kim loại và hợp kim, oxide, halide và phức chất phối trí. Electron s và d có năng lượng gần nhau nên nhiều trạng thái oxi hóa có thể tồn tại; phối tử quanh ion kim loại có thể làm thay đổi mạnh màu sắc, từ tính và độ phản ứng.

Tính chất vật lý

Trạng thái và chuyển pha

Trạng thái tham chiếu ở nhiệt độ phòng là rắn. Mật độ được liệt kê là 6.52 g/cm³. Điểm nóng chảy là 2 128 K (1 855 °C). Điểm sôi là 4 650 K (4 377 °C). Áp suất, độ tinh khiết, cấu trúc tinh thể hoặc dạng thù hình có thể làm thay đổi các giá trị vật lý đo được.

Sự hiện diện và ứng dụng

Zirconi được gặp và sử dụng ở đâu

Trong thực tế, Zirconi thường được gặp trong các ứng dụng liên quan đến lò phản ứng hạt nhân, gốm kỹ thuật và hợp kim. Tùy trường hợp, tính chất được khai thác có thể thuộc về nguyên tố tinh khiết, một hợp chất, hợp kim hoặc một đồng vị cụ thể.

Trong thực tế

Ví dụ về các ứng dụng thực tế

Lò phản ứng hạt nhân

Tùy đồng vị và dạng hóa học, Zirconi có thể được dùng trong vật liệu lò phản ứng, nhiên liệu, điều khiển neutron hoặc các hệ hạt nhân chuyên dụng.

Gốm kỹ thuật

Các hợp chất gốm chứa Zirconi được chọn để đạt độ chịu nhiệt, độ cứng, tính điện hoặc màu sắc mong muốn.

Hợp kim

Zirconi được thêm vào kim loại hoặc hợp kim để điều chỉnh độ bền, khả năng chống ăn mòn, nhiệt độ nóng chảy hoặc tính năng ở nhiệt độ cao.

Vị trí tuần hoàn

Các nguyên tố lân cận cho biết điều gì

Zirconi nằm ở chu kỳ 5, nhóm 4. Trong vùng lân cận hiển thị ở đây có Scandi, Titan, Vanadi, Ytri, Niobi, Hafni và Tantali. Những vị trí này cho phép so sánh trực tiếp kích thước nguyên tử, năng lượng ion hóa, trạng thái oxi hóa và xu hướng liên kết với các nguyên tố gần nhau trong bảng tuần hoàn.

Dữ liệu tham khảo

Tính chất vật lý và nguyên tử

Phân loạikim loại chuyển tiếp

Trạng thái ở nhiệt độ phòngrắn

Các lớp electron2 · 8 · 18 · 10 · 2

Mật độ6.52 g/cm³

Điểm nóng chảy2 128 K (1 855 °C)

Điểm sôi4 650 K (4 377 °C)

Độ âm điện Pauling1.33

Năng lượng ion hóa thứ nhất640.1 kJ/mol

Ái lực electron41.81 kJ/mol

Các giá trị mô tả nguyên tố hoặc nguyên tử trung hòa khi thích hợp. Dữ liệu vật lý có thể phụ thuộc vào dạng thù hình, áp suất và điều kiện đo.

Lịch sử

Phát hiện và nhận diện

Việc phát hiện Zirconi gắn với Martin Heinrich Klaproth. Việc nhận ra một nguyên tố mới, tách được mẫu đủ tinh khiết và gán số hiệu nguyên tử hiện đại không nhất thiết diễn ra cùng một thời điểm, nên lịch sử phát hiện cần được đọc theo từng mốc.

Đồng vị và nguyên tử khối

Thành phần đồng vị làm thay đổi các con số như thế nào

Nguyên tử khối chuẩn là 91.222(3). Giá trị này phản ánh thành phần đồng vị của vật chất tự nhiên trên Trái Đất, không phải khối lượng của một nguyên tử riêng lẻ.

Zirconi có ít nhất một đồng vị bền. Các đồng vị có cùng số proton nên vẫn là cùng một nguyên tố, nhưng khác số neutron và vì vậy khác khối lượng nguyên tử.

An toàn

Xử lý và phơi nhiễm

Nguy cơ liên quan đến Zirconi phụ thuộc vào dạng hóa học, liều lượng và đường phơi nhiễm. Nguyên tố tinh khiết, ion và các hợp chất của nó có thể có tác động sinh học và môi trường rất khác nhau, vì vậy cần kiểm tra dữ liệu an toàn của chất thực tế được sử dụng.