Наша планета богата полезными ископаемыми ,в том числе и металлами. Одним из наиболее распространенных , считается цирконий. Его можно отыскать в любых уголках Земли. Что представляет собой этот металл, каковы его свойства и где он находит применение?
Химические свойства
Простое вещество цирконий является элементом побочной подгруппы IV группы пятого периода периодической системы Д. И. Менделеева. Ему присвоен атомный номер 40, а его атомная масса составляет 91,224. Это серо-стальной металл с желтоватым оттенком и с характерным блеском. Его получают методом переплавки циркониевых отходов и с рудного концентрата, поскольку в чистом виде в земной коре не встречается.
В природе металлический цирконий распространен в виде химических природных соединений - более 40 солей или оксидов. В конце 18 века немецкий ученый Клапрот выделил окисел циркония из камня гиацинта. Он относится к драгоценной разновидности этого камня. До 20 века металл не удавалось получить в чистом виде, но в 20-х годах ученые все-таки добились успеха.
В очищенном виде он обладает многими свойствами, которыми отличается золото:
- пластичный;
- ковкий;
- антикоррозийный;
- жаростойкий;
- парамагнитный.
Металл не боится воздействия хлорированной и морской воды. Он не теряет своих высоких качеств при низких и высоких температурах. Устойчив к аммиаку, кислотам и щелочам. В основном его используют для добавления к сплавам других металлов, что повышает его технологичность и делает его свойства почти уникальными. Свое название он получил от персидского слова "царгун" (золотой камень).
Довольно часто цирконий путают с цирконом, который является силикатом циркония. Металл может менять свою окраску и по цвету бывает:
- зеленый;
- коричневый;
- черный;
- желтый;
- иногда красный.
Его цвет зависит от примесей, которые входят в состав. В число примесей, окрашивающих камень, часто входят - кальций, медь, железо, цинк, уран, стронций, титан. Также в составе присутствуют и редкоземельные элементы.
Нахождение в природе
Рудные залежи циркония широко распространены в недрах земли. Залежи можно увидеть в нескольких формах в виде:
- аморфных окислов;
- солей;
- монокристаллов.
В африканских месторождениях находят кристаллы весом до 1 кг. Больше всего циркония (металла) сосредоточенно на территории Австралии, Индии, ЮАР, Бразилии и Северной Америки. В этих государствах самые большие запасы этого металла. В России находится почти 10% мировых запасов циркония в Сибири и на Урале. Чаще всего в руде он встречается совместно с гафнием, поскольку тот близок к нему по своим свойствам. Каждый их них имеет свои привлекательные характеристики, но в совмещенном виде их использовать нельзя. Многоступенчатая очистка позволяет разделить эти два элемента, но такой производственный процесс делает цирконий значительно дороже.
В природе встречаются крупные зеленые и непрозрачные цирконии, но они могут вызывать повышенную радиацию. Такие экземпляры нельзя подвергать огранке, хранить в домах и перевозить в больших объемах. По распространению среди металлов во всем мире цирконий занимает 12 место. Несмотря на этот факт, он длительное время был непопулярным элементом, даже в сравнении с редкими радиоактивными элементами. Это объясняется тем, что его запасов рассеяно на земле много, но очень крупных запасов не так много.
Применение металлического циркония
Благодаря своим уникальным свойствам и качествам, этот элемент может применяться во многих отраслях. Его используют в виде сплавов в разных сферах современной промышленности:
- самолетостроение;
- ядерная энергетика;
- ракетостроение;
- приборостроение;
- литейное производство;
- военная промышленность;
- медицинское оборудование.
Из-за высокой устойчивости, которая даже превышает показатели титана, он стал пользоваться большой популярностью в медицинской отрасли. Его применяют для протезирования и производства хирургических инструментов.
Издавна металлический цирконий использовался для создания ювелирных украшений. Он способен приобретать многие оттенки, поскольку он анодированный металл. Это позволяет ювелирам воплощать самые разные художественные замыслы в создании украшений. Изделия смотрятся элегантно и красиво выглядят, поэтому ценятся на мировом рынке ювелирных украшений.
Благодаря высокой степени коррозийной защиты этот легирующий элемент помогает сделать многокомпонентные магниевые сплавы намного устойчивее к проявлениям коррозии. Он также улучшает вязкость сплавов, повышает их ударопрочность. В сплавах с медью, кроме, прочности сохраняет электропроводность. В сплавах с алюминием этот уникальный элемент значительно повышает их эксплуатационные качества.
Широко используется элемент в металлургической промышленности и проявляет себя как высокоэффективный раскислитель. Это качество в несколько раз превышает показатели марганац и титана. Цирконий улучшает вязкость марок сталей, тем самым помогает им быть более устойчивыми к ударным нагрузкам. Он способствует пластичности, выводя из сплавов серу и газ. В качестве легирующего элемента также применяется в цветной металлургии и для повышения теплоемкости алюминиевых сплавов.
Лечебные свойства
Из-за своих особых физических и химических свойств цирконий стал активно применяться в медицине. Благодаря своей нейтральности к воздействию щелочной, кислотной и водной среде, а также аммиака его добавляют в составы для изготовления медицинских инструментов. Он стимулирует скорейшее заживление ран и проявляет антимикробное действие. Благодаря таким свойствам в ранах не образуется гной и в них не проникают инфекции.
Элемент не является аллергеном, поэтому облегчает аллергические реакции. Не пропускает радиационное излучение и считается прекрасным антисептиком. В медицине его стали использовать для изготовления шовных нитей. Поскольку металл очень пластичный он дает возможность сохранить структуру костей при переломах. Благодаря этому кости быстрей срастаются.
Его также активно используют в стоматологии и ортопедическом протезировании. На ткани организма он не оказывает раздражающего воздействия и нейтрален по отношению к любой среде. Многие виды металлов вызывают аллергическую реакцию в ротовой полости, чего не скажешь о цирконии. Благодаря своим характеристикам и редким свойствам он стал незаменим в изготовлении медицинских инструментов и имплантатов.
Он содержится в некоторых продуктах питания, но в минимальных количествах. Например, в баранине, овсянке, рисе, фисташках, бобовых и других продуктах питания есть цирконий, но его там слишком мало, чтобы вызвать негативные последствия для здоровья.
Считается, что украшения с цирконием положительно влияют на организм. Если после прокалывания ушей сразу надеть серьги с цирконием, то ранки быстрей заживут. Металл хорошо влияет на состояние кожи, поэтому рекомендуется носить браслеты и другие изделия на теле. Он оказывает целебное воздействие при кожных заболеваниях, артрозах, артритах, гипертонической болезни. Несмотря на такие проявления, официальная медицина пока таких подтверждений не дает.
