Zirkonyum

Zirkonyum ⓘ
Tehlikeler
NFPA 704 (yangın elması)	0 1 0

Zirkonyum, ₄₀Zr ⓘ
Zirkonyum
Telaffuz	/zɜːrˈkoʊniəm/ (zur-KOH-nee-əm)
Görünüş	gümüşi beyaz
Standart atom ağırlığı Ar°(Zr)	91.224±0.002; 91.224±0.002 (kısaltılmış);
Periyodik tabloda zirkonyum
	itriyum ← zirkonyum → niyobyum
Atom numarası (Z)	40
Grup	Grup 4
Dönem	dönem 5
Blok	d-blok
Elektron konfigürasyonu	[[[Kripton\|Kr]]] 4d2 5s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 10, 2
Fiziksel özellikler
STP'de Faz	katı
Erime noktası	2125 K (1852 °C, 3365 °F)
Kaynama noktası	4650 K (4377 °C, 7911 °F)
Yoğunluk (r.t.'ye yakın)	6,52 g/cm3
sıvı olduğunda (m.p.'de)	5,8 g/cm3
Füzyon ısısı	14 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	591 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	25,36 J/(mol-K)
Atomik özellikler
Oksidasyon durumları	-2, 0, +1, +2, +3, +4 (amfoterik bir oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.33
İyonlaşma enerjileri	1.: 640,1 kJ/mol ; 2.: 1270 kJ/mol ; 3.: 2218 kJ/mol ; ;
Atomik yarıçap	ampi̇ri̇k: 160 pm
Kovalent yarıçap	175±7 pm
	Zirkonyumun spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum	ilkel
Kristal yapı	altıgen yakın paketlenmiş (hcp)
Ses hızı ince çubuk	3800 m/s (20 °C'de)
Termal genleşme	5,7 µm/(m⋅K) (25 °C'de)
Termal iletkenlik	22,6 W/(m⋅K)
Elektriksel direnç	421 nΩ⋅m (20 °C'de)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Young modülü	88 GPa
Kayma modülü	33 GPa
Yığın modülü	91.1 GPa
Poisson oranı	0.34
Mohs sertliği	5.0
Vickers sertliği	820-1800 MPa
Brinell sertliği	638-1880 MPa
CAS Numarası	7440-67-7
Tarih
İsimlendirme	zirkondan sonra, "altın renkli" anlamına gelen zargun زرگون.
Keşif	Martin Heinrich Klaproth (1789)
İlk izolasyon	Jöns Jakob Berzelius (1824)
Zirkonyumun ana izotopları
γ	–
β+	89Y
γ	–
	Kategori Zirkonyum; görünüm; konuşmak; Düzenle; \| referanslar

Zirkonyum, Zr sembolüne ve 40 atom numarasına sahip kimyasal bir elementtir. Zirkonyum adı, zirkon mineralinin adından alınmıştır. Kelime, zirkonyumun en önemli kaynağı olan Farsça zargun (zirkon; zar-gun, "altın benzeri" veya "altın gibi") ile ilgilidir. Parlak, gri-beyaz, güçlü bir geçiş metalidir ve hafniyum ile daha az oranda titanyuma benzer. Zirkonyum esas olarak refrakter ve opaklaştırıcı olarak kullanılır, ancak küçük miktarlarda korozyona karşı güçlü direnci nedeniyle alaşım maddesi olarak kullanılır. Zirkonyum, sırasıyla zirkonyum dioksit ve zirkonosen diklorür gibi çeşitli inorganik ve organometalik bileşikler oluşturur. Doğal olarak dördü kararlı olmak üzere beş izotop oluşur. Zirkonyum bileşiklerinin bilinen bir biyolojik rolü yoktur. ⓘ

Sembol: Zr
Atom numarası: 40
Atom ağırlığı: 91.224 g/mol
Normal koşullarda (25 °C 298 K) gümüşümsü beyaz renkli katı
Metal
d-blok elementi ⓘ

Zirkonyum kristali ⓘ

Zirkonyum çubuğu ⓘ

Zirkonyum metali ilk olarak 1789 yılında Martin Heinrich Klaproth tarafından keşfedilmiştir. 1824 yılında ise Jons Jakob Berzelius tarafından izole edilmiştir. ⓘ

Baddeleyit mineralinin aşağıdaki reaksiyonu sonucunda ZrCl₄ bileşiği elde edilir. Ayrıca Diş hekimliğinde Kuron olarak adlandırılır. ⓘ

ZrO₂ + 2 Cl₂ + 2 C (900 °C) → ZrCl₄ + 2 CO ⓘ

ZrCl₄ + 2 Mg (1100 °C) → 2 MgCl₂ + Zr ⓘ

Reaksiyon çelik kaplarda gerçekleştirilmelidir. Havadaki oksijen ve azot ile etkileşmemesi gerekmektedir. ⓘ

Özellikleri

Zirkonyum çubuk ⓘ

Zirkonyum parlak, grimsi-beyaz, yumuşak, sünek, dövülebilir bir metal olup oda sıcaklığında katıdır, ancak daha düşük saflıklarda sert ve kırılgandır. Toz halindeki zirkonyum oldukça yanıcıdır, ancak katı halinin tutuşma eğilimi çok daha azdır. Zirkonyum alkaliler, asitler, tuzlu su ve diğer maddeler tarafından korozyona karşı oldukça dirençlidir. Bununla birlikte, özellikle flor mevcut olduğunda hidroklorik ve sülfürik asit içinde çözünecektir. Çinko ile alaşımları 35 K'den daha düşük sıcaklıkta manyetiktir. ⓘ

Zirkonyumun erime noktası 1855 °C (3371 °F) ve kaynama noktası 4409 °C'dir (7968 °F). Zirkonyum, Pauling ölçeğine göre 1,33 elektronegatifliğe sahiptir. Elektronegatifliği bilinen d bloğundaki elementler arasında zirkonyum, hafniyum, itriyum, lantan ve aktinyumdan sonra beşinci en düşük elektronegatifliğe sahiptir. ⓘ

Oda sıcaklığında zirkonyum, 863 °C'de gövde merkezli kübik bir kristal yapı olan β-Zr'ye dönüşen altıgen olarak yakın paketlenmiş bir kristal yapı, α-Zr sergiler. Zirkonyum erime noktasına kadar β-fazında bulunur. ⓘ

İzotoplar

Doğal olarak oluşan zirkonyum beş izotoptan oluşur. ⁹⁰Zr, ⁹¹Zr, ⁹²Zr ve ⁹⁴Zr kararlıdır, ancak ⁹⁴Zr'nin 1.10×10¹⁷ yıldan daha uzun bir yarı ömürle çift beta bozunmasına uğrayacağı tahmin edilmektedir (deneysel olarak gözlemlenmemiştir). ⁹⁶Zr 2,4×10¹⁹ yıllık bir yarı ömre sahiptir ve zirkonyumun en uzun ömürlü radyoizotopudur. Bu doğal izotoplar arasında ⁹⁰Zr en yaygın olanıdır ve tüm zirkonyumun %51,45'ini oluşturur. ⁹⁶Zr en az yaygın olanıdır ve zirkonyumun yalnızca %2,80'ini oluşturur. ⓘ

Atom kütlesi 78 ila 110 arasında değişen yirmi sekiz yapay zirkonyum izotopu sentezlenmiştir. ⁹³Zr, 1,53×10⁶ yıllık yarı ömrü ile en uzun ömürlü yapay izotoptur. Zirkonyumun en ağır izotopu olan ¹¹⁰Zr, tahmini 30 milisaniyelik yarı ömrü ile en radyoaktif olanıdır. Kütle numarası 93 veya üzerindeki radyoaktif izotoplar elektron emisyonu ile bozunurken, 89 veya altındakiler pozitron emisyonu ile bozunur. Bunun tek istisnası elektron yakalama yoluyla bozunan ⁸⁸Zr'dir. ⓘ

Beş zirkonyum izotopu da metastabil izomerler olarak mevcuttur: ^83mZr, ^85mZr, ^89mZr, ^90m1Zr, ^90m2Zr ve ^91mZr. Bunlardan ^90m2Zr 131 nanosaniye ile en kısa yarı ömre sahiptir. ^89mZr ise 4.161 dakikalık yarı ömrü ile en uzun ömürlü olanıdır. ⓘ

Oluşum

Zirkonyum mineral konsantrelerinin dünya üretim trendi ⓘ

Zirkonyum, yer kabuğunda yaklaşık 130 mg/kg ve deniz suyunda yaklaşık 0,026 μg/L konsantrasyona sahiptir. Doğada doğal bir metal olarak bulunmaz, bu da suya göre içsel kararsızlığını yansıtır. Zirkonyumun başlıca ticari kaynağı, öncelikle Avustralya, Brezilya, Hindistan, Rusya, Güney Afrika ve Amerika Birleşik Devletleri'nde ve ayrıca dünyanın dört bir yanındaki daha küçük yataklarda bulunan bir silikat minerali olan zirkondur (ZrSiO₄). 2013 yılı itibariyle zirkon madenciliğinin üçte ikisi Avustralya ve Güney Afrika'da gerçekleşmektedir. Zirkon kaynakları dünya çapında 60 milyon tonu aşmaktadır ve dünya çapında yıllık zirkonyum üretimi yaklaşık 900.000 tondur. Zirkonyum ayrıca ticari olarak yararlı baddeleyit ve eudialyte cevherleri de dahil olmak üzere 140'tan fazla başka mineralde de bulunur. ⓘ

Zirkonyum S tipi yıldızlarda nispeten bol miktarda bulunur ve güneşte ve meteoritlerde tespit edilmiştir. Ay'a yapılan birkaç Apollo görevinden geri getirilen Ay kayası örnekleri, karasal kayalara göre yüksek zirkonyum oksit içeriğine sahiptir. ⓘ

EPR spektroskopisi, zirkonyumun alışılmadık 3+ değerlik durumunun araştırılmasında kullanılmıştır. Başlangıçta ScPO₄'ün Fe katkılı tek kristallerinde parazitik bir sinyal olarak gözlemlenen Zr³⁺'ün EPR spektrumu, izotopik olarak zenginleştirilmiş (%9₄,6)⁹¹Zr katkılı ScPO4'ün tek kristallerinin hazırlanmasıyla kesin olarak tanımlanmıştır. Hem doğal olarak bol miktarda bulunan hem de izotopik olarak zenginleştirilmiş Zr katkılı LuPO₄ ve YPO₄ tek kristalleri de büyütülmüş ve incelenmiştir. ⓘ

Üretim

Oluşum

2005'te zirkonyum üretimi ⓘ

Zirkonyum, titanyum mineralleri ilmenit ve rutilin yanı sıra kalay madenciliği ve işlenmesinin bir yan ürünüdür. 2003'ten 2007'ye kadar, zirkon minerali fiyatları ton başına 360 dolardan 840 dolara sürekli olarak artarken, işlenmemiş zirkonyum metalinin fiyatı ton başına 39.900 dolardan 22.700 dolara düşmüştür. Zirkonyum metali zirkona göre çok daha pahalıdır çünkü indirgeme işlemleri maliyetlidir. ⓘ

Kıyı sularından toplanan zirkon içeren kum, daha hafif malzemeleri ayırmak için spiral yoğunlaştırıcılarla saflaştırılır ve bunlar daha sonra plaj kumunun doğal bileşenleri oldukları için suya geri gönderilir. Manyetik ayırma kullanılarak titanyum cevherleri ilmenit ve rutil uzaklaştırılır. ⓘ

Çoğu zirkon doğrudan ticari uygulamalarda kullanılır, ancak küçük bir yüzdesi metale dönüştürülür. Çoğu Zr metali, Kroll işleminde zirkonyum (IV) klorürün magnezyum metali ile indirgenmesiyle üretilir. Elde edilen metal, metal işleme için yeterince sünek olana kadar sinterlenir. ⓘ

Zirkonyum ve hafniyumun ayrıştırılması

Ticari zirkonyum metali tipik olarak %1-3 oranında hafniyum içerir ve hafniyum ile zirkonyumun kimyasal özellikleri çok benzer olduğu için bu durum genellikle sorun teşkil etmez. Bununla birlikte, nötron emici özellikleri büyük ölçüde farklılık gösterir ve nükleer reaktörler için hafniyumun zirkonyumdan ayrılmasını gerektirir. Çeşitli ayırma şemaları kullanımdadır. Tiyosiyanat-oksit türevlerinin sıvı-sıvı ekstraksiyonu, hafniyum türevinin metil izobütil ketonda suda olduğundan biraz daha fazla çözünür olduğu gerçeğinden yararlanır. Bu yöntem çoğunlukla Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılmaktadır. Hindistan'da, TBP-Nitrat çözücü ekstraksiyon işlemi ayrıştırma için kullanılır ⓘ

Zr ve Hf, benzer hafniyum türevine göre suda daha az çözünen potasyum hekzaflorozirkonatın (K₂ZrF₆) fraksiyonel kristalizasyonu ile de ayrıştırılabilir. ⓘ

Ekstraktif damıtma olarak da adlandırılan tetraklorürlerin fraksiyonel damıtılması öncelikle Avrupa'da kullanılmaktadır. ⓘ

Sıcak ekstrüzyon ve farklı haddeleme uygulamaları ile birleştirilmiş dörtlü VAM (vakum ark eritme) işleminin ürünü, yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı gaz otoklavlama kullanılarak kürlenir. Bu işlem hafniyumla kirlenmiş ticari sınıftan yaklaşık 10 kat daha pahalı olan reaktör sınıfı zirkonyum üretir. ⓘ

Nükleer uygulamalar için hafniyum zirkonyumdan ayrılmalıdır çünkü hafniyum zirkonyumdan 600 kat daha büyük bir nötron emme kesitine sahiptir. Ayrılan hafniyum reaktör kontrol çubukları için kullanılabilir. ⓘ

Bileşikler

Diğer geçiş metalleri gibi zirkonyum da çok çeşitli inorganik bileşikler ve koordinasyon kompleksleri oluşturur. Genel olarak, bu bileşikler zirkonyumun +4 oksidasyon durumuna sahip olduğu renksiz diamanyetik katılardır. Çok daha az sayıda Zr(III) bileşiği bilinmektedir ve Zr(II) çok nadirdir. ⓘ

Oksitler, nitrürler ve karbürler

En yaygın oksit, zirkonya olarak da bilinen zirkonyum dioksit, ZrO₂'dir. Bu berrak ila beyaz renkli katı, özellikle kübik formunda olağanüstü kırılma tokluğuna (bir seramik için) ve kimyasal dirence sahiptir. Bu özellikler zirkonyayı termal bariyer kaplaması olarak kullanışlı hale getirir, ancak aynı zamanda yaygın bir elmas ikamesidir. Zirkonyum monoksit, ZrO da bilinmektedir ve S-tipi yıldızlar emisyon çizgilerinin tespit edilmesiyle tanınır. ⓘ

Zirkonyum tungstat, ısıtıldığında tüm boyutlarda küçülme gibi alışılmadık bir özelliğe sahiptir, oysa diğer maddelerin çoğu ısıtıldığında genişler. Zirkonil klorür, nispeten karmaşık [Zr₄(OH)₁₂(H₂O)₁₆]Cl₈ formülüne sahip, suda çözünebilen nadir bir zirkonyum kompleksidir. ⓘ

Zirkonyum karbür ve zirkonyum nitrür refrakter katılardır. Karbür, delme aletleri ve kesme kenarları için kullanılır. Zirkonyum hidrit fazları da bilinmektedir. ⓘ

Kurşun zirkonat titanat (PZT), ultrasonik dönüştürücüler, hidrofonlar, common rail enjektörleri, piezoelektrik transformatörler ve mikro-aktüatörler gibi uygulamalarla en yaygın kullanılan piezoelektrik malzemedir. ⓘ

Halidler ve psödohalidler

ZrF₄, ZrCl₄, ZrBr₄ ve ZrI₄ olmak üzere dört yaygın halojenürün tümü bilinmektedir. Hepsi polimerik yapıya sahiptir ve karşılık gelen monomerik titanyum tetrahalidlerden çok daha az uçucudur. Hepsi oksihalidler ve dioksitler olarak adlandırılanları vermek üzere hidrolize olma eğilimindedir. ⓘ

Karşılık gelen tetraalkoksitler de bilinmektedir. Halojenürlerin aksine, alkoksitler polar olmayan çözücülerde çözünür. Dihidrojen hekzaflorozirkonat, metal kaplama endüstrisinde boya yapışmasını teşvik etmek için bir aşındırma maddesi olarak kullanılır. ⓘ

Organik türevler

Zirkonosen diklorür, temsili bir organozirkonyum bileşiği. ⓘ

Organozirkonyum kimyası, polipropilen üretmek için kullanılan Ziegler-Natta katalizörlerinin anahtarıdır. Bu uygulama, zirkonyumun karbona tersinir şekilde bağ oluşturma yeteneğinden faydalanır. Birmingham ve Wilkinson tarafından 19₅₂ yılında rapor edilen zirkonosen dibromür ((C₅H5)₂ZrBr2) ilk organozirkonyum bileşiğidir. P. C. Wailes ve H. Weigold tarafından 1970 yılında hazırlanan Schwartz reaktifi, organik sentezde alken ve alkinlerin dönüşümleri için kullanılan bir metalosendir. ⓘ

Zr(II) komplekslerinin çoğu zirkonosen türevleridir, bir örnek (C₅Me₅)₂Zr(CO)₂'dir. ⓘ

Tarih

Zirkonyum içeren mineral zirkon ve ilgili minerallerden (jargoon, sümbül, jacinth, ligure) İncil yazılarında bahsedilmiştir. Klaproth'un Seylan adasından (şimdiki Sri Lanka) bir jargoonu analiz ettiği 1789 yılına kadar mineralin yeni bir element içerdiği bilinmiyordu. Yeni elemente Zirkonerde (zirkonya) adını verdi. Humphry Davy 1808 yılında bu yeni elementi elektroliz yoluyla izole etmeye çalıştı, ancak başarısız oldu. Zirkonyum metali ilk kez 1824 yılında Berzelius tarafından demir bir tüp içinde potasyum ve potasyum zirkonyum florür karışımının ısıtılmasıyla saf olmayan bir biçimde elde edildi. ⓘ

Anton Eduard van Arkel ve Jan Hendrik de Boer tarafından 1925 yılında keşfedilen kristal çubuk işlemi (İyodür İşlemi olarak da bilinir), metalik zirkonyumun ticari üretimi için ilk endüstriyel işlemdir. Zirkonyum tetraiyodürün oluşumunu ve ardından termal ayrışmasını içerir ve 1945 yılında William Justin Kroll tarafından geliştirilen ve zirkonyum tetraklorürün magnezyum ile indirgendiği çok daha ucuz Kroll prosesi ile değiştirilmiştir:

Ayrıştırılamadı (sözdizim hatası): {\displaystyle \ce{ZrCl4 + 2Mg -> Zr + 2MgCl2 <span title="Kaynak: İngilizce Vikipedi, Bölüm "History"" class="plainlinks">[https://en.wikipedia.org/wiki/Zirconium#History <span style="color:#dddddd">ⓘ</span>]</span>}}

Uygulamalar

1995 yılında çoğunluğu zirkon olmak üzere yaklaşık 900.000 ton zirkonyum cevheri çıkarılmıştır. ⓘ

Bileşikler

Zirkonun çoğu doğrudan yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır. Refrakter, sert ve kimyasal saldırılara karşı dirençli olduğu için zirkon birçok uygulama alanı bulmaktadır. Ana kullanımı, seramik malzemelere beyaz, opak bir görünüm kazandıran bir opaklaştırıcıdır. Kimyasal direnci nedeniyle zirkon, erimiş metaller için kalıplar gibi agresif ortamlarda da kullanılır. ⓘ

Zirkonyum dioksit (ZrO₂) laboratuvar potalarında, metalürjik fırınlarda ve refrakter malzeme olarak kullanılır. Mekanik olarak güçlü ve esnek olduğundan, seramik bıçaklara ve diğer bıçaklara sinterlenebilir. Zirkon (ZrSiO₄) ve kübik zirkonya (ZrO₂) mücevherlerde kullanılmak üzere değerli taşlar halinde kesilir. ⓘ

Zirkonyum dioksit, taşlama taşları ve zımpara kağıdı gibi bazı aşındırıcıların bir bileşenidir. ⓘ

Metal

Zirkonun küçük bir kısmı, çeşitli niş uygulamalar bulan metale dönüştürülür. Zirkonyumun korozyona karşı mükemmel direnci nedeniyle, genellikle cerrahi aletler, hafif filamentler ve saat kasaları gibi agresif ortamlara maruz kalan malzemelerde alaşım maddesi olarak kullanılır. Zirkonyumun yüksek sıcaklıklarda oksijenle olan yüksek reaktivitesinden, patlayıcı primerler ve vakum tüplerindeki alıcılar gibi bazı özel uygulamalarda yararlanılır. Aynı özellik (muhtemelen) Zr nanopartiküllerinin BLU-97/B Kombine Etkili Bomba gibi patlayıcı silahlara piroforik malzeme olarak dahil edilmesinin amacıdır. Yanan zirkonyum bazı fotografik flaş ampullerinde ışık kaynağı olarak kullanılmıştır. Gözenek boyutu 10 ila 80 arasında olan zirkonyum tozu zaman zaman piroteknik bileşimlerde kıvılcım oluşturmak için kullanılır. Zirkonyumun yüksek reaktivitesi parlak beyaz kıvılcımlara yol açar. ⓘ

Nükleer uygulamalar

Nükleer reaktör yakıtları için kaplama, zirkonyum arzının yaklaşık %1'ini, esas olarak zirkon alaşımları şeklinde tüketmektedir. Bu alaşımların istenen özellikleri düşük nötron yakalama kesiti ve normal hizmet koşulları altında korozyona karşı dirençtir. Bu amaca hizmet etmek için hafniyum safsızlıklarını gidermek için etkili yöntemler geliştirilmiştir. ⓘ

Zirkonyum alaşımlarının bir dezavantajı, yakıt çubuğu kaplamasının bozulmasına yol açan hidrojen üreten su ile reaktivitesidir:

{\ce {Zr + 2H2O -> ZrO2 + 2H2}}

Hidroliz 100 °C'nin altında çok yavaştır, ancak 900 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda hızlıdır. Çoğu metal benzer reaksiyonlara maruz kalır. Redoks reaksiyonu yakıt gruplarının yüksek sıcaklıklardaki kararsızlığı ile ilgilidir. Bu reaksiyon, Fukushima I Nükleer Santrali'nin (Japonya) 1, 2 ve 3 numaralı reaktörlerinde, 11 Mart 2011'deki deprem ve tsunami felaketi nedeniyle reaktör soğutmasının kesintiye uğramasının ardından meydana gelmiş ve Fukushima I nükleer kazasına yol açmıştır. Bu üç reaktörün bakım salonundaki hidrojenin havalandırılmasının ardından, atmosferik oksijen ile hidrojen karışımı patlayarak tesislere ve muhafaza binalarından en az birine ciddi hasar vermiştir. ⓘ

Zirkonyum, TRIGA reaktörlerinde kullanılan uranyum zirkonyum hidrit (UZrH) nükleer yakıtının bir bileşenidir. ⓘ

Hava ile reaksiyonu: Zirkonyum metalinin yüzeyini kaplayan oksit tabakası havaya karşı inaktif olmasına neden olur. Buna rağmen havada yakılması ile zirkonyum(IV) oksit bileşiğini oluşturur ⓘ

(Zr (k) + O₂ (g) → ZrO₂ (k)) ⓘ

Su ile reaksiyonu: Zirkonyum metali normal koşullar altında su ile reaksiyon vermez.
Asit ile Reaksiyonu: Zirkonyum metalinin yüzeyini kaplayan oksit tabakası asitlere karşı inaktif olmasına neden olur. Sadece hidroflorik asit içerisinde çözünerek floro kompleksleri oluşturur.
Baz ile Reaksiyonu: Zirkonyum metali normal koşullar altında alkali çözeltilerle reaksiyona girmez. ⓘ

Uzay ve havacılık endüstrileri

Zirkonyum metali ve ZrO₂'den imal edilen malzemeler, ısıya karşı direncin gerekli olduğu uzay araçlarında kullanılmaktadır. ⓘ

Jet motorları ve sabit gaz türbinlerindeki yakıcılar, kanatlar ve kanatlar gibi yüksek sıcaklıktaki parçalar, genellikle zirkonya ve yttria karışımından oluşan ince seramik katmanlarla giderek daha fazla korunmaktadır. ⓘ

Tıbbi kullanımlar

Zirkonyum içeren bileşikler, diş implantları ve kronları, diz ve kalça protezleri, orta kulak kemikçik zinciri rekonstrüksiyonu ve diğer restoratif ve protez cihazlar dahil olmak üzere birçok biyomedikal uygulamada kullanılmaktadır. ⓘ

Zirkonyum, kronik böbrek hastalığı olan hastaların yararına yaygın olarak kullanılan bir özellik olan üreyi bağlar. Örneğin, zirkonyum ilk olarak 1973 yılında piyasaya sürülen REDY sistemi olarak bilinen sorbent kolonuna bağlı diyalizat rejenerasyon ve resirkülasyon sisteminin birincil bileşenidir. REDY sistemindeki sorbent kolon kullanılarak 2.000.000'dan fazla diyaliz tedavisi gerçekleştirilmiştir. REDY sisteminin yerini 1990'larda daha ucuz alternatifler almış olsa da, yeni sorbent bazlı diyaliz sistemleri ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından değerlendirilmekte ve onaylanmaktadır. Renal Solutions taşınabilir, düşük sulu bir diyaliz sistemi olan DIALISORB teknolojisini geliştirmiştir. Ayrıca, Giyilebilir Yapay Böbrek'in geliştirme versiyonları sorbent bazlı teknolojileri içermektedir. ⓘ

Sodyum zirkonyum siklosilikat hiperkalemi tedavisinde ağız yoluyla kullanılır. Potasyum iyonlarını gastrointestinal sistem boyunca diğer iyonlara tercihen yakalamak için tasarlanmış seçici bir sorbenttir. ⓘ

Alüminyum zirkonyum tetraklorohidreks gly veya AZG olarak adlandırılan hidroksit, klorür ve glisin ile monomerik ve polimerik Zr⁴⁺ ve Al³⁺ komplekslerinin bir karışımı, birçok deodorant ürününde terlemeyi önleyici olarak bir preparatta kullanılır. Derideki gözenekleri tıkama ve terin vücuttan çıkmasını önleme kabiliyeti nedeniyle seçilmiştir. ⓘ

Feshedilmiş uygulamalar

Zirkonyum karbonat (3ZrO₂-CO₂-H₂O) zehirli sarmaşık tedavisinde losyonlarda kullanılmış ancak zaman zaman cilt reaksiyonlarına neden olduğu için kullanımdan kaldırılmıştır. ⓘ

Güvenlik

Zirkonyumun bilinen bir biyolojik rolü olmamasına rağmen, insan vücudu ortalama 250 miligram zirkonyum içerir ve beslenme alışkanlıklarına bağlı olarak günlük alım miktarı yaklaşık 4,15 miligramdır (3,5 miligram gıdalardan ve 0,65 miligram sudan). Zirkonyum doğada yaygın olarak bulunur ve tüm biyolojik sistemlerde bulunur, örneğin: tam buğdayda 2,86 μg/g, kahverengi pirinçte 3,09 μg/g, ıspanakta 0,55 μg/g, yumurtada 1,23 μg/g ve kıymada 0,86 μg/g. Ayrıca, zirkonyum ticari ürünlerde (örneğin deodorant çubukları, aerosol ter önleyiciler) ve ayrıca su arıtmada (örneğin fosfor kirliliğinin kontrolü, bakteri ve pirojenle kirlenmiş su) yaygın olarak kullanılmaktadır. ⓘ

Zirkonyum tozuna kısa süreli maruziyet tahrişe neden olabilir, ancak sadece gözlerle temas tıbbi müdahale gerektirir. Zirkonyum tetraklorüre kalıcı maruziyet, sıçanlarda ve kobaylarda ölüm oranının artmasına ve köpeklerde kan hemoglobini ve kırmızı kan hücrelerinin azalmasına neden olur. Bununla birlikte, ~%4 zirkonyum oksit içeren standart bir diyet verilen 20 sıçan üzerinde yapılan bir çalışmada, büyüme hızı, kan ve idrar parametreleri veya ölüm oranı üzerinde herhangi bir olumsuz etki görülmemiştir. ABD Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi (OSHA) zirkonyum maruziyeti için yasal sınır (izin verilen maruziyet sınırı) 8 saatlik bir iş günü boyunca 5 mg/m³'tür. Ulusal Mesleki Güvenlik ve Sağlık Enstitüsü (NIOSH) tarafından önerilen maruziyet sınırı (REL) 8 saatlik iş günü boyunca 5 mg/m³ ve kısa vadeli sınır 10 mg/m³'tür. 25 mg/m³ seviyelerinde, zirkonyum yaşam ve sağlık için hemen tehlikelidir. Ancak, zirkonyum endüstriyel bir sağlık tehlikesi olarak kabul edilmez. Ayrıca, zirkonyuma bağlı advers reaksiyon raporları nadirdir ve genel olarak kesin neden-sonuç ilişkileri kurulmamıştır. Zirkonyumun kanserojen veya genotoksik olduğuna dair hiçbir kanıt doğrulanmamıştır. ⓘ

Çok sayıda radyoaktif zirkonyum izotopu arasında ⁹³Zr en yaygın olanları arasındadır. Özellikle nükleer enerji santrallerinde ve 1950'ler ile 1960'lardaki nükleer silah testleri sırasında ²³⁵U ve ²³⁹Pu'nun nükleer fisyonunun bir ürünü olarak salınır. Çok uzun bir yarı ömre sahiptir (1.53 milyon yıl), bozunması sadece düşük enerjili radyasyonlar yayar ve çok tehlikeli olarak kabul edilmez. ⓘ

Kullanım alanları

Zirkonyum metali korozyona dayanıklılığı ve nötronlara karşı geçirgen olması nedeniyle nükleer reaktörlerin yapı malzemesi olarak,
Yanıcı özelliğinden dolayı askeriyede,
ZrO₂, erime noktasının yüksek olması nedeniyle ateşe dayanıklı malzemelerin yapımında, cam ve seramik endüstrisinde,
Düşük sıcaklıklara süperiletken özelliği nedeniyle zirkonyum-niobyum alaşımları süperiletken mıknatısların yapımında,
Korozyona dayanıklılığı nedeniyle birçok aletin yapımında,
Rengi dolayısıyla estetik diş hekimliği uygulamalarında altyapı malzemesi olarak kullanılmaktadır. ⓘ