← К таблице
Zr 40

Цирконий (Zr)

Переходный металл
Период: 5 Группа: 4 Блок: s

Твердое вещество

Стандартный атомный вес

91.224 u

Электронная конфигурация

[Kr] 5s2 4d2

Температура плавления

1854.85 °C (2128 K)

Температура кипения

4408.85 °C (4682 K)

Плотность

6520 kg/m³

Степени окисления

+1, +2, +3, +4

Электроотрицательность (Полинг)

1.33

Энергия ионизации (1-я)

Год открытия

1789

Атомный радиус

155 pm

Дополнительно

Происхождение названия От названия минерала циркон.
Страна открытия Германия
Первооткрыватели Мартин Клапрот

Цирконий — блестящий переходный металл группы 4, химически близкий к гафнию и титану. Он встречается главным образом в цирконе и родственных тяжелых минералах, почти всегда вместе с гафнием. Металл ценится за очень низкое сечение поглощения тепловых нейтронов и за стабильную прочно сцепленную оксидную пленку, что определяет его центральную роль в материалах для ядерных реакторов и в коррозионно-стойких сплавах.

Реакторный цирконий практически не содержит гафния. Zircaloy(R) — важный сплав, разработанный специально для ядерных применений. Цирконий исключительно устойчив к коррозии многими обычными кислотами и щелочами, морской водой и другими агентами. При легировании цинком цирконий становится магнитным при температурах ниже 35°K.

Название происходит от арабского zargun — «золотоподобный». Он был открыт в цирконии немецким химиком Мартином-Хайнрихом Клапротом в 1789 году. Цирконий впервые был выделен шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом в 1824 году в нечистом состоянии и, наконец, химиками D. Lely, Jr. и L. Hamburger в чистом состоянии в 1914 году.

Цирконий был открыт Мартином Генрихом Клапротом, немецким химиком, при анализе состава минерала jargon (ZrSiO4) в 1789 году. Цирконий был выделен Йёнсом Якобом Берцелиусом, шведским химиком, в 1824 году и окончательно получен в чистой форме в 1914 году. Получение чистого циркония очень затруднено, поскольку он химически сходен с гафнием, элементом, который всегда встречается в смеси с залежами циркония. В настоящее время большую часть циркония получают из минералов циркона (ZrSiO4) и бадделеита (ZrO2) посредством процесса, известного как процесс Кролла.

От персидского zargun, золотоподобный. Циркон, основной драгоценный камень циркония, также известен как jargon, hyacinth, jacinth или ligure. Этот минерал или его разновидности упоминаются в библейских текстах. Было неизвестно, что минерал содержит новый элемент, пока Клапрот в 1789 году не проанализировал jargon с Цейлона и не идентифицировал новый элемент, который Вернер назвал цирконом (silex circonius), а Клапрот — Zirkonertz (циркония). Нечистый металл впервые был выделен Берцелиусом в 1824 году путём нагревания смеси калия и фторцирконата калия в небольшом процессе разложения, который они разработали.

Читать про Цирконий на Википедии

Изображения

Свойства

Физические

Атомный радиус (эмпир.)
155 pm
Ковалентный радиус
175 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса
186 pm
Металлический радиус
145 pm
Плотность
Молярный объём
0.0141 L/mol
Агрегатное состояние (НУ)
solid
Температура плавления
1854.85 °C
Температура кипения
4408.85 °C
Теплопроводность
22.7 Вт/(м·К)
Удельная теплоёмкость
0.278 Дж/(г·К)
Молярная теплоёмкость
25.36 Дж/(моль·К)
Кристаллическая структура
hcp

Химические

Электроотрицательность (Полинг)
1.33
Электроотрицательность (Аллен)
1.32
Сродство к электрону
Энергия ионизации (1-я)
Энергия ионизации (2-я)
Энергия ионизации (3-я)
Энергия ионизации (4-я)
Энергия ионизации (5-я)
Степени окисления
+1, +2, +3, +4
Валентные электроны
4
Электронная конфигурация

Термодинамические

Теплота плавления
0.17515676 eV
Теплота парообразования
5.938747 eV
Теплота возгонки
6.311862 eV
Теплота атомизации
6.311862 eV
Энтальпия атомизации

Ядерные

Протоны
40
Нейтроны
50
Известные изотопы
37
Стабильные изотопы
3
Наиболее стабильный изотоп
Zr-90
Год открытия
1789

Распространённость

Распространённость (земная кора)
165 мг/кг
Распространённость (океан)

Кристаллическая структура

Параметр решётки a
323 pm

Электронная структура

Электронов на оболочке
2, 8, 18, 10, 2

Идентификаторы

Номер CAS
7440-67-7
Термный символ
InChI
InChI=1S/Zr
InChI Key
QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N

Электронная конфигурация Измерено

Заряд иона
Протоны 40
Электроны 40
Заряд Нейтральный
Конфигурация Zr: 4d² 5s²
Электронная конфигурация
Измерено
[Kr] 4d² 5s²
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d² 5s²
Орбитальная диаграмма
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↑
Всего электронов: 40 Неспаренных: 2 ?

Модель атома

Протоны 40
Нейтроны 50
Электроны 40
Массовое число 90
Стабильность Стабильный

Изотопы меняют число нейтронов, массу и стабильность — но не электронную конфигурацию нейтрального атома.

Схематическая модель атома, не в масштабе.

Атомный отпечаток

Спектр испускания / поглощения

25 / 51 (50 50 с интенсивностью)
Измерено
Испускание Видимый: 380–750 нм
Источник: NIST Atomic Spectra Database Длины волн в воздухе

Распределение изотопов

9051.4500%9217.1500%9111.2200%Массовое числоПриродная распространённость (%)
Массовое числоАтомная масса (а.е.м.)Природная распространённостьПериод полураспада
90 Стабильный89,9046977 ± 0,00000251.4500%Стабильный
91 Стабильный90,9056396 ± 0,00000211.2200%Стабильный
92 Стабильный91,9050347 ± 0,00000217.1500%Стабильный
Измерено

Фазовое состояние

1 атм / 101,325 кПа
Твёрдое 25 °C (298.15 K)

Причина: на 1829.8 °C ниже точки плавления (1854.85 °C)

Температура плавления 1854.85 °C
Температура кипения 4408.85 °C
Ниже точки плавления на 1829.8 °C
0 K Текущая температура: 25 °C 6000 K
Шкала фаз

Схематично, не в масштабе

Твёрдое
Жидкое
Газообразное
Плавление
Кипение
25°C
Твёрдое
Жидкое
Газообразное
Текущая

Точки фазовых переходов

Температура плавления Литература
1854.85 °C
Температура кипения Литература
4408.85 °C
Текущая фаза Расчёт
Твёрдое

Энергии переходов

Теплота плавления Литература
0.17515676 eV

Энергия для плавления 1 моля при tплав

Теплота испарения Литература
5.938747 eV

Энергия для испарения 1 моля при tкип

Теплота возгонки Литература
6.311862 eV

Энергия для возгонки 1 моля при tвозг

Плотность

Справочная плотность Литература
6520 kg/m³

При нормальных условиях

Текущая плотность Расчёт
6520 kg/m³

При нормальных условиях

Атомные спектры

Показано 10 из 40 Атомные спектры. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).

Состав спектральных линий ?

ИонЗарядВсего линийВероятности переходовОбозначения уровней
Zr I 045900
Zr II +120700
Zr III +2490490490
Zr IV +376076
Zr V +410400
Zr VI +5427427427
NIST спектральные линии →

Состав энергетических уровней ?

IonЗарядУровни
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 энергетические уровни →
40 Zr 91.224

Zirconium — Визуализатор атомных орбиталей

[Kr]5s24d2
Уровни энергии 2 8 18 10 2
Степени окисления +1, +2, +3, +4
HOMO 4d n=4 · l=2 · m=-2
Zirconium — превью визуализатора атомных орбиталей
Three.js загружается только по запросу
40 Zr 91.224

Zirconium — Визуализатор кристаллической структуры

Primitive Hexagonal · Pearson hP2
Экспериментальные
Pearson hP2
Коорд. № 12
Упаковка 75.514%
Zirconium — превью визуализатора кристаллической решётки
Three.js загружается только по запросу

Ионные радиусы

ЗарядКоординацияСпинРадиус
+44N/A59 пм
+45N/A66 пм
+46N/A72 пм
+47N/A78 пм
+48N/A84 пм
+49N/A89 пм

Соединения

Zr
91.220 а.е.м.
Zr+4
91.220 а.е.м.
Zr
88.909 а.е.м.
Zr
94.908 а.е.м.
Zr
92.906 а.е.м.
Zr
87.910 а.е.м.
Zr
96.911 а.е.м.
Zr
85.916 а.е.м.
Zr
89.905 а.е.м.
Zr+2
91.220 а.е.м.
Zr+3
91.220 а.е.м.
Zr+4
88.909 а.е.м.
Zr+4
93.906 а.е.м.
Zr
93.906 а.е.м.
Zr+4
89.905 а.е.м.
Zr
90.906 а.е.м.
Zr
91.905 а.е.м.
Zr
95.908 а.е.м.

Изотопы (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.

Массовое числоАтомная масса (а.е.м.)Природная распространённостьПериод полураспадаРежим распада
90 Стабильный89,9046977 ± 0,00000251.4500% ± 0.4000%Стабильный
stable
91 Стабильный90,9056396 ± 0,00000211.2200% ± 0.0500%Стабильный
stable
92 Стабильный91,9050347 ± 0,00000217.1500% ± 0.0800%Стабильный
stable
90 Стабильный
Атомная масса (а.е.м.) 89,9046977 ± 0,000002
Природная распространённость 51.4500% ± 0.4000%
Период полураспада Стабильный
Режим распада
stable
91 Стабильный
Атомная масса (а.е.м.) 90,9056396 ± 0,000002
Природная распространённость 11.2200% ± 0.0500%
Период полураспада Стабильный
Режим распада
stable
92 Стабильный
Атомная масса (а.е.м.) 91,9050347 ± 0,000002
Природная распространённость 17.1500% ± 0.0800%
Период полураспада Стабильный
Режим распада
stable

Спектральные линии

Длина волны (нм)ИнтенсивностьСтадия ионизацииТипПереходТочностьИсточник
382.0196 нм5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
382.4611 нм250Zr IIIemission4d.4f 3H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
382.7722 нм300Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
382.923 нм600Zr IIIemission4d.4f 3H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]ИзмереноNIST
383.0087 нм250Zr IIIemission4d.4f 1D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
383.7038 нм10Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
384.2399 нм270Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
390.7626 нм5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
391.0786 нм3Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[13/2]ИзмереноNIST
391.6928 нм100Zr IIIemission4d.4f 3F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
392.0624 нм400Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]ИзмереноNIST
392.5804 нм200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
392.694 нм120Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
393.1478 нм100Zr IIIemission5s.5p 3P* → 4d.5d 3SИзмереноNIST
396.3178 нм500Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]ИзмереноNIST
396.5231 нм10Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]ИзмереноNIST
397.1691 нм200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
397.3984 нм220Zr IIIemission4d.4f 1D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]ИзмереноNIST
398.854 нм10Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]ИзмереноNIST
401.632 нм20Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
401.6949 нм35Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
401.7561 нм3Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
401.8142 нм140Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
403.2482 нм400Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
403.3591 нм180Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
403.6779 нм200Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
408.0264 нм5Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]ИзмереноNIST
408.7114 нм150Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]ИзмереноNIST
412.5432 нм200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]ИзмереноNIST
412.6379 нм400Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
413.2087 нм200Zr IIIemission4d.4f 3G* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
413.7442 нм500Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*ИзмереноNIST
414.6654 нм20Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[9/2]ИзмереноNIST
415.3368 нм2Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]ИзмереноNIST
416.0827 нм250Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]ИзмереноNIST
416.5293 нм15Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]ИзмереноNIST
417.1353 нм20Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]ИзмереноNIST
417.2872 нм300Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]ИзмереноNIST
419.3504 нм275Zr IIIemission4d.4f 3D* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[5/2]ИзмереноNIST
419.7309 нм15Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]ИзмереноNIST
419.8266 нм3000Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*ИзмереноNIST
420.3546 нм200Zr IIIemission4d.4f 3P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[5/2]ИзмереноNIST
423.5695 нм275Zr IIIemission4d.4f 1F* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[7/2]ИзмереноNIST
431.7077 нм2000Zr IVemission4p6.5d 2D → 4p6.6p 2P*ИзмереноNIST
434.2686 нм400Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[13/2]ИзмереноNIST
440.7385 нм20Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[11/2]ИзмереноNIST
456.1637 нм50Zr IIIemission4d.4f 1P* → 4d.(2D<5/2>).5g 2[3/2]ИзмереноNIST
456.922 нм1800Zr IVemission4p6.5g 2G → 4p6.6h 2H*ИзмереноNIST
456.927 нм1800Zr IVemission4p6.5g 2G → 4p6.6h 2H*ИзмереноNIST
460.8973 нм60Zr IIIemission4d.4f 1H* → 4d.(2D<3/2>).5g 2[11/2]ИзмереноNIST
500.71 нмN/AID 803emission2p 2P* → 2s 2SИзмереноNIST

Расширенные свойства

Ковалентные радиусы (расш.)

Ковалентный радиус (Пюккё)
 
Ковалентный радиус (Пюккё, двойная связь)
 
Ковалентный радиус (Пюккё, тройная связь)
 

Радиусы Ван-дер-Ваальса

Batsanov
 
Alvarez
 
UFF
 
MM3
 

Атомные и металлические радиусы

Атомный радиус (Рам)
 
Металлический радиус (C12)
 

Шкалы нумерации

Mendeleev
Pettifor
Glawe

Шкалы электроотрицательности

Ghosh
Miedema
Gunnarsson–Lundqvist
Robles–Bartolotti

Поляризуемость и дисперсия

Дипольная поляризуемость
 
Дипольная поляризуемость (погр.)
 
C₆ (Gould–Bučko)
 

Параметры Мидемы

Молярный объём Мидемы
 
Электронная плотность Мидемы

Риск поставок и экономика

Концентрация производства
Относительный риск поставок
Распределение запасов
Политическая стабильность (топ-производитель)
Политическая стабильность (топ-запасы)

Фазовые переходы и аллотропы

Температура плавления2127.15 K
Температура кипения4679.15 K

Категории степеней окисления

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

Расширенные справочные данные

Константы экранирования (10)
nОрбитальσ
1s0.841
2p4.0072
2s10.6262
3d14.4331
3p16.1545
3s15.6385
4d26.9284
4p26.54
4s25.0984
5s33.5545
Детализация кристаллических радиусов (6)
ЗарядCNСпинrcrystal (pm)Источник
4IV73from r^3 vs V plots,
4V80calculated,
4VI86from r^3 vs V plots,
4VII92
4VIII98
4IX103
Режимы распада изотопов (56)
ИзотопРежимИнтенсивность
77B+—
77B+p—
77p—
78B+—
78B+p—
79B+100%
79B+p—
80B+100%
81B+100%
81B+p0.1%
Факторы рассеяния X‑лучей (724)
Энергия (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

Дополнительные данные

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.

Источники (1)

Источники

(9)
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.

Посетить источник Лицензия
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.

Посетить источник Лицензия
Примечание к лицензии: 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/

Посетить источник Лицензия
Примечание к лицензии: 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.

Посетить источник Лицензия
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

Посетить источник Лицензия
8 PubChem Elements
Zirconium

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

Лицензия
9 PubChem Elements
Zirconium

The element property data was retrieved from publications.

Лицензия

Последнее обновление:

Данные проверены:

Содержимое проверено на основе последних научных данных.