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Zr 40

Zirconium (Zr)

transition-metal
周期: 5 族: 4 ブロック: d

Solid

標準原子量

91.224 u

電子配置

[Kr] 5s2 4d2

融点

1854.85 °C

沸点

4408.85 °C

密度

6520 kg/m³

酸化数

+1, +2, +3, +4

電気陰性度(Pauling)

1.33

第1イオン化エネルギー

6.634126 eV

発見年

1789

原子半径

155 pm

詳細

名称の由来 From the mineral, zircon.
発見国 Germany
発見者 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.

画像

性質

物理的性質

原子半径(経験値)
155 pm 全元素の原子半径(経験値)を比較 →
共有結合半径
175 pm 全元素の共有結合半径を比較 →
ファンデルワールス半径
186 pm 全元素のファンデルワールス半径を比較 →
金属半径
145 pm 全元素の金属半径を比較 →
密度
6520 kg/m³ 全元素の密度を比較 →
モル体積
0.0141 L/mol
標準温度・圧力(STP)での相
固体 全元素の標準温度・圧力(STP)での相を比較 →
融点
1854.85 °C 全元素の融点を比較 →
沸点
4408.85 °C 全元素の沸点を比較 →
熱伝導率
22.7 W/(m·K) 全元素の熱伝導率を比較 →
比熱容量
0.278 J/(g·K) 全元素の比熱容量を比較 →
モル熱容量
25.36 J/(mol·K) 全元素のモル熱容量を比較 →
結晶構造
六方最密充填構造 全元素の結晶構造を比較 →

化学的性質

電気陰性度(Pauling)
1.33 全元素の電気陰性度(Pauling)を比較 →
電気陰性度(Allen)
1.32
電子親和力
0.426 eV
第1イオン化エネルギー
6.634126 eV 全元素の第1イオン化エネルギーを比較 →
第2イオン化エネルギー
13.130045 eV 全元素の第2イオン化エネルギーを比較 →
第3イオン化エネルギー
23.17008 eV 全元素の第3イオン化エネルギーを比較 →
第4イオン化エネルギー
34.418478 eV 全元素の第4イオン化エネルギーを比較 →
第5イオン化エネルギー
80.348277 eV 全元素の第5イオン化エネルギーを比較 →
酸化数
+1, +2, +3, +4 全元素の酸化数を比較 →
価電子
4 全元素の価電子を比較 →
電子配置
[Kr] 5s2 4d2

熱力学的性質

融解熱
0.17515676 eV 全元素の融解熱を比較 →
蒸発熱
5.938747 eV 全元素の蒸発熱を比較 →
昇華熱
6.311862 eV
原子化熱
6.311862 eV
原子化エンタルピー
6.322226 eV

原子核

陽子数
40 全元素の陽子数を比較 →
中性子数
50 全元素の中性子数を比較 →
既知の同位体
37 全元素の既知の同位体を比較 →
安定同位体
3 全元素の安定同位体を比較 →
最も安定な同位体
Zr-90
発見年
1789

存在度

存在度(地殻)
165 mg/kg 全元素の存在度(地殻)を比較 →
存在度(海洋)
3 × 10−5 mg/L 全元素の存在度(海洋)を比較 →

結晶構造

格子定数a
323 pm

電子構造

各電子殻の電子数
2, 8, 18, 10, 2 全元素の各電子殻の電子数を比較 →

識別子

CAS登録番号
7440-67-7 全元素のCAS登録番号を比較 →
項記号
3F2
InChI
InChI=1S/Zr
InChI Key
QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N

電子配置 測定値

イオンの電荷
陽子 40
電子 40
電荷 中性
電子配置 Zr: 4d² 5s²
電子配置
測定値
[Kr] 4d² 5s²
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d² 5s²
軌道図
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↑
総電子数: 40 不対電子: 2 ?

原子モデル

陽子 40
中性子 50
電子 40
質量数 90
安定性 安定

同位体によって中性子数、質量、安定性は変わりますが、中性原子の電子配置は変わりません。

模式的な原子モデルです。実際の縮尺とは異なります。

原子の指紋

発光/吸収スペクトル

25 / 51 (50 強度データあり:50本)
測定値
発光 可視光:380–750 nm

同位体分布

9051.4500%9217.1500%9111.2200%質量数天然存在比(%)
質量数原子質量(u)天然存在比半減期
90 安定89.9046977 ± 0.00000251.4500%安定
91 安定90.9056396 ± 0.00000211.2200%安定
92 安定91.9050347 ± 0.00000217.1500%安定
測定値

相/状態

1 atm / 101.325 kPa
固体 25 °C (298.15 K)

理由: 融点(1854.85 °C)より1829.8 °C低い

融点 1854.85 °C
沸点 4408.85 °C
融点との差(下) 1829.8 °C
0 K 現在の温度: 25 °C 6000 K
相変化図

模式図、実際の縮尺とは異なります

固体
液体
気体
融解
沸騰
25°C
固体
液体
気体
現在

相転移点

融点 文献値
1854.85 °C
沸点 文献値
4408.85 °C
現在の相 計算値
固体

相転移エネルギー

融解熱 文献値
0.17515676 eV

融点で1 molを融解させるのに必要なエネルギー

蒸発熱 文献値
5.938747 eV

沸点で1 molを蒸発させるのに必要なエネルギー

昇華熱 文献値
6.311862 eV

昇華点で1 molを昇華させるのに必要なエネルギー

密度

基準密度 文献値
6520 kg/m³

標準条件下

現在の密度 計算値
6520 kg/m³

標準条件下

原子スペクトル

全40件中10件を表示しています。 イオンの電荷の昇順で並べています。

スペクトル線データの収録状況 ?

イオン電荷スペクトル線の総数遷移確率準位の表記
Zr I 045900
Zr II +120700
Zr III +2490490490
Zr IV +376076
Zr V +410400
Zr VI +5427427427
NISTスペクトル線データの収録状況 →

準位データの収録状況 ?

イオン電荷準位
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
NIST準位データの収録状況 →
40 Zr 91.224

Zirconium — 原子軌道可視化ツール

[Kr]5s24d2
エネルギー準位 2 8 18 10 2
酸化数 +1, +2, +3, +4
HOMO 4d n=4 · l=2 · m=-2
Zirconium — 原子軌道可視化ツールのプレビュー
Three.jsは必要な場合にのみ読み込まれます
40 Zr 91.224

Zirconium — 結晶構造可視化ツール

単純六方格子 · ピアソン記号 hP2
実験値
ピアソン記号 hP2
配位数 12
充填率 75.514%
Zirconium — 結晶構造可視化ツールのプレビュー
Three.jsは必要な場合にのみ読み込まれます

イオン半径

電荷配位スピン半径
+44データなし59 pm
+45データなし66 pm
+46データなし72 pm
+47データなし78 pm
+48データなし84 pm
+49データなし89 pm

化合物

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

同位体 (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.

質量数原子質量(u)天然存在比半減期崩壊形式
90 安定89.9046977 ± 0.00000251.4500% ± 0.4000%安定
stable
91 安定90.9056396 ± 0.00000211.2200% ± 0.0500%安定
stable
92 安定91.9050347 ± 0.00000217.1500% ± 0.0800%安定
stable
90 安定
原子質量(u) 89.9046977 ± 0.000002
天然存在比 51.4500% ± 0.4000%
半減期 安定
崩壊形式
stable
91 安定
原子質量(u) 90.9056396 ± 0.000002
天然存在比 11.2200% ± 0.0500%
半減期 安定
崩壊形式
stable
92 安定
原子質量(u) 91.9050347 ± 0.000002
天然存在比 17.1500% ± 0.0800%
半減期 安定
崩壊形式
stable

スペクトル線

波長(nm)強度電離段階種類遷移精度出典
382.0196 nm5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
382.4611 nm250Zr IIIemission4d.4f 3H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
382.7722 nm300Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
382.923 nm600Zr IIIemission4d.4f 3H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]測定値NIST
383.0087 nm250Zr IIIemission4d.4f 1D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
383.7038 nm10Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
384.2399 nm270Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
390.7626 nm5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
391.0786 nm3Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[13/2]測定値NIST
391.6928 nm100Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
392.0624 nm400Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]測定値NIST
392.5804 nm200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
392.694 nm120Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
393.1478 nm100Zr IIIemission5s.5p 3P* → 4d.5d 3S測定値NIST
396.3178 nm500Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]測定値NIST
396.5231 nm10Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]測定値NIST
397.1691 nm200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
397.3984 nm220Zr IIIemission4d.4f 1D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]測定値NIST
398.854 nm10Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]測定値NIST
401.632 nm20Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
401.6949 nm35Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
401.7561 nm3Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
401.8142 nm140Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
403.2482 nm400Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
403.3591 nm180Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
403.6779 nm200Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
408.0264 nm5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]測定値NIST
408.7114 nm150Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]測定値NIST
412.5432 nm200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]測定値NIST
412.6379 nm400Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
413.2087 nm200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
413.7442 nm500Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*測定値NIST
414.6654 nm20Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]測定値NIST
415.3368 nm2Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]測定値NIST
416.0827 nm250Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]測定値NIST
416.5293 nm15Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]測定値NIST
417.1353 nm20Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]測定値NIST
417.2872 nm300Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]測定値NIST
419.3504 nm275Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]測定値NIST
419.7309 nm15Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]測定値NIST
419.8266 nm3000Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*測定値NIST
420.3546 nm200Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]測定値NIST
423.5695 nm275Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]測定値NIST
431.7077 nm2000Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*測定値NIST
434.2686 nm400Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[13/2]測定値NIST
440.7385 nm20Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]測定値NIST
456.1637 nm50Zr IIIemission4d.4f 1P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]測定値NIST
456.922 nm1800Zr IVemission4p6.5g 2G → 4p6.6h 2H*測定値NIST
456.927 nm1800Zr IVemission4p6.5g 2G → 4p6.6h 2H*測定値NIST
460.8973 nm60Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]測定値NIST
500.71 nmデータなしID 803emission2p 2P* → 2s 2S測定値NIST

詳細な性質

共有結合半径(詳細)

共有結合半径(Pyykkö)
154 pm
共有結合半径(Pyykkö、二重結合)
127 pm
共有結合半径(Pyykkö、三重結合)
121 pm

ファンデルワールス半径

Batsanov
230 pm
Alvarez
252 pm
UFF
312.4 pm
MM3
254 pm

原子半径と金属半径

原子半径(Rahm)
269 pm
金属半径(C12)
160 pm

番号付けの尺度

Mendeleev
44
Pettifor
49
Glawe
49

電気陰性度の尺度

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

分極率と分散

双極子分極率
112 a.u.
双極子分極率(不確かさ)
13 a.u.
C₆ (Gould–Bučko)
1360 Ha·Bohr6

ミーデマパラメータ

ミーデマモル体積
14 cm3/mol
ミーデマ電子密度
3

供給リスクと経済性

生産集中度
39
相対供給リスク
6
埋蔵量の分布
40
政治的安定性(最大生産国)
75
政治的安定性(最大埋蔵国)
75

相転移と同素体

融点2127.15 K
沸点4679.15 K

酸化数の分類

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

専門参考データ

遮蔽定数 (10)
n軌道σ
1s0.841
2p4.0072
2s10.6262
3d14.4331
3p16.1545
3s15.6385
4d26.9284
4p26.54
4s25.0984
5s33.5545
結晶半径の詳細 (6)
電荷CNスピンrcrystal (pm)由来
4IV73from r^3 vs V plots,
4V80calculated,
4VI86from r^3 vs V plots,
4VII92
4VIII98
4IX103
同位体の崩壊形式 (56)
同位体モード強度
77B+—
77B+p—
77p—
78B+—
78B+p—
79B+100%
79B+p—
80B+100%
81B+100%
81B+p0.1%
X線散乱因子 (724)
エネルギー (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

追加データ

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.

参考文献 (1)

参考文献

(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.

ライセンスに関する注記: 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/

ライセンスに関する注記: 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

The element property data was retrieved from publications.

最終更新:

データ検証済み:

内容は最新の科学データと照合して確認されています。