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Zr 40

Zirconium (Zr)

transition-metal
Période: 5 Groupe: 4 Bloc: d

Solid

Masse atomique relative standard

91,224 u

Configuration électronique

[Kr] 5s2 4d2

Point de fusion

1854,85 °C

Point d’ébullition

4408,85 °C

Masse volumique

6520 kg/m³

États d’oxydation

+1, +2, +3, +4

Électronégativité (Pauling)

1,33

Énergie d’ionisation (1re)

6,634126 eV

Année de découverte

1789

Rayon atomique

155 pm

Détails

Origine du nom From the mineral, zircon.
Pays de découverte Germany
Découvreurs Martin Klaproth

Zirconium is a lustrous transition metal in group 4, chemically close to hafnium and titanium. It occurs mainly in zircon and related heavy minerals, almost always with hafnium as a companion. The metal is valued for its very low thermal-neutron absorption and its stable, adherent oxide film, which give it a central role in nuclear reactor materials and in corrosion-resistant alloys.

Reactor-grade zirconium is essentially free of hafnium. Zircaloy(R) is an important alloy developed specifically for nuclear applications. Zirconium is exceptionally resistant to corrosion by many common acids and alkalis, by sea water, and by other agents. Alloyed with zinc, zirconium becomes magnetic at temperatures below 35°K.

The name derives from the Arabic zargun for "gold-like". It was discovered in zirconia by the German chemist Martin-Heinrich Klaproth in 1789. Zirconium was first isolated by Swedish chemist Jöns Jacob Berzelius in 1824 in an impure state, and finally by the chemists D. Lely, Jr. and L. Hamburger in a pure state in 1914.

Zirconium was discovered by Martin Heinrich Klaproth, a German chemist, while analyzing the composition of the mineral jargon (ZrSiO4) in 1789. Zirconium was isolated by Jöns Jacob Berzelius, a Swedish chemist, in 1824 and finally prepared in a pure form in 1914. Obtaining pure zirconium is very difficult because it is chemically similar to hafnium, an element which is always found mixed with deposits of zirconium. Today, most zirconium is obtained from the minerals zircon (ZrSiO4) and baddeleyite (ZrO2) through a process known as the Kroll Process.

From the Persian zargun, gold like. Zircon, the primary gemstone of zirconium, is also known as jargon, hyacinth, jacinth, or ligure. This mineral, or its variations, is mentioned in biblical writings. The mineral was not known to contain a new element until Klaproth, in 1789, analyzed a jargon from Ceylon and identified the new element, which Werner named zircon (silex circonius), and which Klaproth called Zirkonertz (zirconia). The impure metal was first isolated by Berzelius in 1824 by heating a mixture of potassium and potassium zirconium fluoride in a small decomposition process they developed.

Images

Propriétés

Propriétés chimiques

Électronégativité (Pauling)
1,33 Comparer : Électronégativité (Pauling) de tous les éléments →
Électronégativité (Allen)
1,32
Affinité électronique
0,426 eV
Énergie d’ionisation (1re)
6,634126 eV Comparer : Énergie d’ionisation (1re) de tous les éléments →
Énergie d’ionisation (2e)
13,130045 eV Comparer : Énergie d’ionisation (2e) de tous les éléments →
Énergie d’ionisation (3e)
23,17008 eV Comparer : Énergie d’ionisation (3e) de tous les éléments →
Énergie d’ionisation (4e)
34,418478 eV Comparer : Énergie d’ionisation (4e) de tous les éléments →
Énergie d’ionisation (5e)
80,348277 eV Comparer : Énergie d’ionisation (5e) de tous les éléments →
États d’oxydation
+1, +2, +3, +4 Comparer : États d’oxydation de tous les éléments →
Électrons de valence
4 Comparer : Électrons de valence de tous les éléments →
Configuration électronique
[Kr] 5s2 4d2

Propriétés thermodynamiques

Enthalpie de fusion
0,17515676 eV Comparer : Enthalpie de fusion de tous les éléments →
Enthalpie de vaporisation
5,938747 eV Comparer : Enthalpie de vaporisation de tous les éléments →
Enthalpie de sublimation
6,311862 eV
Enthalpie d’atomisation
6,311862 eV
Enthalpie d’atomisation
6,322226 eV

Propriétés nucléaires

Protons
40 Comparer : Protons de tous les éléments →
Neutrons
50 Comparer : Neutrons de tous les éléments →
Isotopes connus
37 Comparer : Isotopes connus de tous les éléments →
Isotopes stables
3 Comparer : Isotopes stables de tous les éléments →
Isotope le plus stable
Zr-90
Année de découverte
1789

Abondance

Abondance (croûte terrestre)
165 mg/kg Comparer : Abondance (croûte terrestre) de tous les éléments →
Abondance (océan)
3 × 10−5 mg/L Comparer : Abondance (océan) de tous les éléments →

Structure cristalline

Paramètre de maille a
323 pm

Structure électronique

Électrons par couche
2, 8, 18, 10, 2 Comparer : Électrons par couche de tous les éléments →

Identifiants

Numéro CAS
7440-67-7 Comparer : Numéro CAS de tous les éléments →
Symbole de terme
3F2
InChI
InChI=1S/Zr
Clé InChI
QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N

Configuration électronique Mesuré

Charge ionique
Protons 40
Électrons 40
Charge Neutre
Configuration Zr: 4d² 5s²
Configuration électronique
Mesuré
[Kr] 4d² 5s²
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d² 5s²
Diagramme d’orbitales
1s
2/2
2s
2/2
2p
6/6
3s
2/2
3p
6/6
4s
2/2
3d
10/10
4p
6/6
5s
2/2
4d
2/10 2↑
Nombre total d’électrons: 40 Non appariés: 2 ?

Modèle atomique

Protons 40
Neutrons 50
Électrons 40
Nombre de masse 90
Stabilité Stable

Les isotopes diffèrent par leur nombre de neutrons, leur masse et leur stabilité — pas par la configuration électronique de l’atome neutre.

Modèle atomique schématique, non à l’échelle.

Empreinte atomique

Spectre d’émission / d’absorption

25 / 51 (50 50 avec intensité)
Mesuré
Émission Visible : 380–750 nm

Distribution isotopique

9051,4500%9217,1500%9111,2200%Nombre de masseAbondance naturelle (%)
Nombre de masseMasse atomique (u)Abondance naturelleDemi-vie
90 Stable89,9046977 ± 0,00000251,4500%Stable
91 Stable90,9056396 ± 0,00000211,2200%Stable
92 Stable91,9050347 ± 0,00000217,1500%Stable
Mesuré

Phase / État

1 atm / 101,325 kPa
Solide 25 °C (298,15 K)

Explication: 1829,8 °C en dessous du point de fusion (1854,85 °C)

Point de fusion 1854,85 °C
Point d’ébullition 4408,85 °C
Écart en dessous du point de fusion 1829,8 °C
0 K Température actuelle: 25 °C 6000 K
Échelle des phases

Schématique, non à l’échelle

Solide
Liquide
Gaz
Fusion
Ébullition
25°C
Solide
Liquide
Gaz
Actuel

Points de transition de phase

Point de fusion Littérature scientifique
1854,85 °C
Point d’ébullition Littérature scientifique
4408,85 °C
Phase actuelle Calculé
Solide

Énergies de transition

Enthalpie de fusion Littérature scientifique
0,17515676 eV

Énergie nécessaire pour faire fondre 1 mol au point de fusion

Enthalpie de vaporisation Littérature scientifique
5,938747 eV

Énergie nécessaire pour vaporiser 1 mol au point d’ébullition

Enthalpie de sublimation Littérature scientifique
6,311862 eV

Énergie nécessaire pour sublimer 1 mol au point de sublimation

Masse volumique

Masse volumique de référence Littérature scientifique
6520 kg/m³

Dans les conditions standard

Masse volumique actuelle Calculé
6520 kg/m³

Dans les conditions standard

Spectres atomiques

Affichage de 10 sur 40. Tri par charge ionique croissante.

Raies répertoriées ?

IonChargeNombre total de raiesProbabilités de transitionDésignations des niveaux
Zr I 045900
Zr II +120700
Zr III +2490490490
Zr IV +376076
Zr V +410400
Zr VI +5427427427
Raies répertoriées par le NIST →

Niveaux répertoriés ?

IonChargeNiveaux
Zr I 0262
Zr II +1136
Zr III +2140
Zr IV +335
Zr V +4102
Zr VI +597
Zr VII +62
Zr VIII +72
Zr IX +82
Zr X +92
Niveaux répertoriés par le NIST →
40 Zr 91.224

Zirconium — Visualiseur d’orbitales atomiques

[Kr]5s24d2
Niveaux d’énergie 2 8 18 10 2
États d’oxydation +1, +2, +3, +4
HOMO 4d n=4 · l=2 · m=-2
Zirconium — Aperçu du visualiseur d’orbitales atomiques
Three.js se charge uniquement à la demande
40 Zr 91.224

Zirconium — Visualiseur de structure cristalline

Hexagonal primitif · Pearson hP2
Expérimental
Pearson hP2
N° de coord. 12
Compacité 75.514%
Zirconium — Aperçu du visualiseur de structure cristalline
Three.js se charge uniquement à la demande

Rayons ioniques

ChargeCoordinenceSpinRayon
+44N/D59 pm
+45N/D66 pm
+46N/D72 pm
+47N/D78 pm
+48N/D84 pm
+49N/D89 pm

Composés

Zr
91,220 u
Zr+4
91,220 u
Zr
88,909 u
Zr
94,908 u
Zr
92,906 u
Zr
87,910 u
Zr
96,911 u
Zr
85,916 u
Zr
89,905 u
Zr+2
91,220 u
Zr+3
91,220 u
Zr+4
88,909 u
Zr+4
93,906 u
Zr
93,906 u
Zr+4
89,905 u
Zr
90,906 u
Zr
91,905 u
Zr
95,908 u

Isotopes (3)

Naturally occurring zirconium contains five isotopes. Fifteen other isotopes are known to exist. Zircon, ZrSiO4, the principal ore, is pure ZrO2 in crystalline form having a hafnium content of about 1%. Zirconium also occurs in some 30 other recognized mineral species. Zirconium is produced commercially by reduction of chloride with magnesium (the Kroll Process), and by other methods. It is a grayish-white lustrous metal. When finely divided, the metal may ignite spontaneously in air, especially at elevated temperatures. The solid metal is much more difficult to ignite. The inherent toxicity of zirconium compounds is low. Hafnium is invariably found in zirconium ores, and the separation is difficult.

Nombre de masseMasse atomique (u)Abondance naturelleDemi-vieMode de désintégration
90 Stable89,9046977 ± 0,00000251,4500% ± 0,4000%Stable
stable
91 Stable90,9056396 ± 0,00000211,2200% ± 0,0500%Stable
stable
92 Stable91,9050347 ± 0,00000217,1500% ± 0,0800%Stable
stable
90 Stable
Masse atomique (u) 89,9046977 ± 0,000002
Abondance naturelle 51,4500% ± 0,4000%
Demi-vie Stable
Mode de désintégration
stable
91 Stable
Masse atomique (u) 90,9056396 ± 0,000002
Abondance naturelle 11,2200% ± 0,0500%
Demi-vie Stable
Mode de désintégration
stable
92 Stable
Masse atomique (u) 91,9050347 ± 0,000002
Abondance naturelle 17,1500% ± 0,0800%
Demi-vie Stable
Mode de désintégration
stable

Raies spectrales

Longueur d’onde (nm)IntensitéDegré d’ionisationTypeTransitionPrécisionSource
382.0196 nm5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
382.4611 nm250Zr IIIemission4d.4f 3H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
382.7722 nm300Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
382.923 nm600Zr IIIemission4d.4f 3H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]MesuréeNIST
383.0087 nm250Zr IIIemission4d.4f 1D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
383.7038 nm10Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
384.2399 nm270Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
390.7626 nm5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
391.0786 nm3Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[13/2]MesuréeNIST
391.6928 nm100Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
392.0624 nm400Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]MesuréeNIST
392.5804 nm200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
392.694 nm120Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
393.1478 nm100Zr IIIemission5s.5p 3P* → 4d.5d 3SMesuréeNIST
396.3178 nm500Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]MesuréeNIST
396.5231 nm10Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]MesuréeNIST
397.1691 nm200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
397.3984 nm220Zr IIIemission4d.4f 1D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]MesuréeNIST
398.854 nm10Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]MesuréeNIST
401.632 nm20Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
401.6949 nm35Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
401.7561 nm3Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
401.8142 nm140Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
403.2482 nm400Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
403.3591 nm180Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
403.6779 nm200Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
408.0264 nm5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]MesuréeNIST
408.7114 nm150Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]MesuréeNIST
412.5432 nm200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]MesuréeNIST
412.6379 nm400Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
413.2087 nm200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
413.7442 nm500Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*MesuréeNIST
414.6654 nm20Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]MesuréeNIST
415.3368 nm2Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]MesuréeNIST
416.0827 nm250Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]MesuréeNIST
416.5293 nm15Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]MesuréeNIST
417.1353 nm20Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]MesuréeNIST
417.2872 nm300Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]MesuréeNIST
419.3504 nm275Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]MesuréeNIST
419.7309 nm15Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]MesuréeNIST
419.8266 nm3000Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*MesuréeNIST
420.3546 nm200Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]MesuréeNIST
423.5695 nm275Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]MesuréeNIST
431.7077 nm2000Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*MesuréeNIST
434.2686 nm400Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[13/2]MesuréeNIST
440.7385 nm20Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]MesuréeNIST
456.1637 nm50Zr IIIemission4d.4f 1P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]MesuréeNIST
456.922 nm1800Zr IVemission4p6.5g 2G → 4p6.6h 2H*MesuréeNIST
456.927 nm1800Zr IVemission4p6.5g 2G → 4p6.6h 2H*MesuréeNIST
460.8973 nm60Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]MesuréeNIST
500.71 nmN/DID 803emission2p 2P* → 2s 2SMesuréeNIST

Propriétés étendues

Rayons covalents (données étendues)

Rayon covalent (Pyykkö)
154 pm
Rayon covalent (Pyykkö, liaison double)
127 pm
Rayon covalent (Pyykkö, liaison triple)
121 pm

Rayons de van der Waals

Batsanov
230 pm
Alvarez
252 pm
UFF
312,4 pm
MM3
254 pm

Rayons atomiques et métalliques

Rayon atomique (Rahm)
269 pm
Rayon métallique (C12)
160 pm

Échelles de numérotation

Mendeleev
44
Pettifor
49
Glawe
49

Échelles d’électronégativité

Ghosh
0
Miedema
3
Gunnarsson–Lundqvist
5
Robles–Bartolotti
4

Polarisabilité et dispersion

Polarisabilité dipolaire
112 a.u.
Polarisabilité dipolaire (incertitude)
13 a.u.
C₆ (Gould–Bučko)
1360 Ha·Bohr6

Paramètres de Miedema

Volume molaire de Miedema
14 cm3/mol
Densité électronique de Miedema
3

Risque d’approvisionnement et économie

Concentration de la production
39
Risque relatif d’approvisionnement
6
Répartition des réserves
40
Stabilité politique (principal producteur)
75
Stabilité politique (principal détenteur de réserves)
75

Transitions de phase et allotropes

Point de fusion2127,15 K
Point d’ébullition4679,15 K

Catégories d’états d’oxydation

+4 main
+2 extended
+3 extended
+1 extended

Données de référence avancées

Constantes d’écran (10)
nOrbitaleσ
1s0,841
2p4,0072
2s10,6262
3d14,4331
3p16,1545
3s15,6385
4d26,9284
4p26,54
4s25,0984
5s33,5545
Détail des rayons cristallins (6)
ChargeCNSpinrcrystal (pm)Origine
4IV73from r^3 vs V plots,
4V80calculated,
4VI86from r^3 vs V plots,
4VII92
4VIII98
4IX103
Modes de désintégration des isotopes (56)
IsotopeModeIntensité
77B+—
77B+p—
77p—
78B+—
78B+p—
79B+100%
79B+p—
80B+100%
81B+100%
81B+p0,1%
Facteurs de diffusion des rayons X (724)
Énergie (eV)f₁f₂
1—0,18706
1,0149—0,19051
1,0299—0,19402
1,0452—0,1976
1,0608—0,20124
1,0765—0,20499
1,0925—0,20885
1,1087—0,21277
1,1252—0,21677
1,142—0,22085

Données complémentaires

Sources

Sources of this element.

Zirconium is produced from the mineral zircon (ZrSiO4). It is found in abundance in S-type stars, and has been identified in the sun and meteorites. Analysis of lunar rock samples obtained during the various Apollo missions to the moon show a surprisingly high zirconium oxide content, compared with terrestrial rocks.

Références (1)

Références

(9)
2 Atomic Mass Data Center (AMDC), International Atomic Energy Agency (IAEA)
Zr

The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.

3 IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW)
Zirconium

Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.

4 IUPAC Periodic Table of the Elements and Isotopes (IPTEI)

The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.

Note sur la licence: Copyright (c) 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry. The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) contribution within Pubchem is provided under a CC-BY-NC-ND 4.0 license, unless otherwise stated.
5 Jefferson Lab, U.S. Department of Energy
Zirconium

Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/

Note sur la licence: Please see citation and linking information: https://education.jlab.org/faq/index.html
6 Los Alamos National Laboratory, U.S. Department of Energy
Zirconium

The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.

7 NIST Physical Measurement Laboratory
Zirconium

The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database

8 PubChem Elements
Zirconium

This section provides all form of data related to element Zirconium.

9 PubChem Elements
Zirconium

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