| Symbool | Zr |
|---|---|
| Atoomnummer | 40 |
| Atoommassa | 91,224 u |
| Categorie | Overgangsmetaal |
| Groep | 4 |
| Periode | 5 |
| Blok | d-blok |
| Fase bij 20 °C | vast |
| Smeltpunt | 1855 °C |
| Kookpunt | 4409 °C |
| Dichtheid | 6,52 g/cm³ |
| Elektronenconfiguratie | [Kr] 4d2 5s2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 18, 10, 2 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,33 |
| Oxidatiegetallen | +4 |
| Ontdekt | 1789 door Martin Heinrich Klaproth |
| Engelse naam | Zirconium |
Eigenschappen van zirkonium
Zirkonium lijkt in uiterlijk en gedrag op titaan, dat er in groep 4 boven staat. Het is sterk, buigzaam en vormt direct een dun, taai oxidelaagje dat het beschermt tegen zuren, basen en zeewater. Daardoor is het bestand tegen bijna alles behalve fluorwaterstofzuur en heet geconcentreerd zwavelzuur. Fijn zirkoniumpoeder is daarentegen zeer brandbaar en kan spontaan ontbranden. In verbindingen heeft zirkonium bijna altijd oxidatiegetal +4. Zirkonium en hafnium lijken chemisch zo sterk op elkaar dat ze altijd samen voorkomen en heel moeilijk te scheiden zijn. Toch moet dat voor kernreactoren, omdat hafnium juist veel neutronen invangt. Bij zeer hoge temperaturen reageert zirkonium met stoom tot zirkoniumoxide en waterstofgas, wat bij het ongeluk in Fukushima tot waterstofexplosies leidde. Zirkoniumdioxide (ZrO2) is extreem hard en hittebestendig. Natuurlijk zirkonium bestaat uit vijf isotopen.
Naam. De naam komt van het mineraal zirkoon, een woord dat teruggaat op het Perzische zargun, goudkleurig.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Zirkonium staat in periode 5 en groep 4 van het periodiek systeem, in het d-blok.
Een neutraal atoom heeft 40 protonen in de kern en 40 elektronen, verdeeld over 5 schillen: 2, 8, 18, 10, 2. Het periodenummer (5) is gelijk aan het aantal schillen.
Buren in het systeem: links/ervoor: Yttrium (Y, 39); rechts/erna: Niobium (Nb, 41); erboven in dezelfde groep: Titanium (Ti); eronder in dezelfde groep: Hafnium (Hf).
Andere elementen in groep 4: Titanium, Hafnium, Rutherfordium.
Voorkomen
Zirkonium is een vrij algemeen element in de aardkorst, algemener dan koper of zink. Het belangrijkste mineraal is zirkoon (ZrSiO4), dat in vrijwel elk graniet in kleine korrels voorkomt. Omdat zirkoon zo hard en bestendig is, hoopt het zich op in strandzand en rivierafzettingen, samen met titaanmineralen. Australië en Zuid-Afrika zijn de grootste producenten. Het metaal wordt gemaakt via zirkoniumtetrachloride, dat met magnesium wordt gereduceerd (het Krollproces). Zirkoonkorrels uit Australië zijn met 4,4 miljard jaar de oudste bekende stukjes aardkorst.
Toepassingen
- Zircaloy, een zirkoniumlegering, vormt de bekleding van splijtstofstaven in kerncentrales omdat het weinig neutronen absorbeert.
- Zirkoniumoxide is het witte, ijzersterke keramiek voor tandkronen, bruggen en implantaten.
- Kubisch zirkonia is een kunstmatig kristal dat sterk op diamant lijkt en veel in goedkope sieraden zit.
- Zirkoon wordt gebruikt in vuurvaste stenen, gietvormen en om tegels en sanitair een witte glazuur te geven.
- Vanwege de corrosiebestendigheid worden pompen, leidingen en warmtewisselaars in de chemische industrie van zirkonium gemaakt.
Veelgestelde vragen
Wat is het verschil tussen zirkoon en zirkonia?
Zirkoon is een natuurlijk mineraal, zirkoniumsilicaat, dat al eeuwenlang als edelsteen wordt gebruikt. Zirkonia (kubisch zirkoniumoxide) is een kunstmatig kristal dat sinds de jaren zeventig in laboratoria wordt gemaakt als goedkope vervanger van diamant. Beide bevatten zirkonium, maar het zijn verschillende stoffen.
Waarom wordt zirkonium in kerncentrales gebruikt?
Zirkonium vangt heel weinig neutronen in, zodat de kettingreactie in de splijtstof niet wordt afgeremd. Daarnaast is het sterk, goed bestand tegen heet water en straling, en roest het nauwelijks. Daarom zijn de buizen rond de uraniumpellets bijna altijd van een zirkoniumlegering gemaakt.
Zijn zirkonium tandkronen veilig?
Ja, tandkronen van zirkoniumoxide gelden als zeer veilig. Het materiaal is biologisch inert, wat betekent dat het lichaam er nauwelijks op reageert, en het geeft geen metaalsmaak. Het is bovendien sterk en heeft een natuurlijke witte kleur, waardoor het mooi bij echte tanden past.