Что такое диоксид циркония

Удельный вес циркония, его свойства, применение, таблица значений

Цирконий
Атомный номер	40
Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	91,224 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	160 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	659,7 (6,84) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d2 5s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	145 пм
Радиус иона	(+4e)79 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,33
Электродный потенциал	0
Степени окисления	0, +1, +2, +3, +4
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	6,506 /см³
Молярная теплоёмкость	25,3 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	22,7 /(·)
Температура плавления	2125
Теплота плавления	19,2 кДж/моль
Температура кипения	4650
Теплота испарения	567 кДж/моль
Молярный объём	14,1 ³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=3,231 c=5,148
Отношение c/a	1,593
Температура Дебая	291

Zr	40
91,224
[Kr]4d25s2
Цирконий

— элемент побочной подгруппы четвёртой группы пятого периода периодической системы химических элементов, атомный номер 40. Обозначается символом
Zr
(лат.
Zirconium
). Простое вещество
цирконий
(CAS-номер: 7440-67-7) — блестящий металл серебристо-серого цвета. Обладает высокой пластичностью, устойчив к коррозии. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния, β-Zr с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температура перехода α↔β 863 °C.

Нахождение в природе

Соединения циркония широко распространены в литосфере. В природе распространены главным образом циркон (ZrSiO4), бадделеит (ZrO2) и различные сложные минералы. Во всех земных месторождениях цирконию сопутствует Hf, который входит в минералы циркона благодаря изоморфному замещению атома Zr.

Циркон является самым распространенным циркониевым минералом. Он встречается во всех типах пород, но главным образом в гранитах и сиенитах. В графстве Гиндерсон (шт. Сев. Каролина) в пегматитах были найдены кристаллы циркона длиной в несколько сантиметров, а на Мадагаскаре были обнаружены кристаллы, вес которых исчисляется килограммами.

Бадделеит был найден Юссаком в 1892 г в Бразилии. Основное месторождение находится в районе Посус-ди-Калдас (Бразилия). Там была найдена глыба бадделеита весом около 30 т, а в водных потоках и вдоль обрыва бадделеит встречается в виде аллювиальной гальки диаметром до 7,5 мм, известной под названием фавас (от португальского fava

— боб). Фавас обычно содержит свыше 90 % двуокиси циркония.

Что такое цирконий

Цирконием называют элемент zirconium (Zr). В таблице Менделеева указан его атомный вес 91,22 и номер 40. Входит в состав продуктов питания, камней, руд.

Соединение циркония с кислородом – это металл серебристо-серого цвета. Напоминает нержавеющую сталь, белое золото. До очистки нередко содержит радиоактивные примеси. После удаления должен соответствовать ГОСТу 21907-76. Он непрозрачный, ковкий, вязкий, устойчив к коррозии, не намагничивается, но притягивается сильным полем.

Цирконий в украшениях используется в виде металлических вставок и оправ, для изготовления сережек.

Его также применяют для синтеза фианитов. Это прозрачные камни с бриллиантовой чистотой и сиянием. Темно-серые, графитовые или черные искусственные самоцветы называют черным цирконием.

Фианиты также бывают:

Циркон отличается от металла тем, что это природный драгоценный камень группы силикатов. В его составе есть элемент Zr, отчего минерал используется для извлечения циркония. По окрасу бывает бесцветным (матарский алмаз), золотистым (сиамский), голубым (старлит) и бурым (малакон).

В дополнение смотрите видеообзор в продолжение описания металла:

Подробнее об отличиях циркона, циркония и фианита читайте в статье.

Физико-химические свойства

Цирконий — блестящий серебристо-серый металл. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Zr с гексагональной решёткой типа магния (а = 3,231 Å; с = 5,146 Å; z = 2; пространственная группа P63/mmc

Плотность α-циркония (20 °C) 6,5107 г/см³; Tпл — 1855 °C; Tкип — 4409 °C; удельная теплоёмкость (25-100 °C) 0,291 кДж/(кг×К) [0,0693 кал/(г×°C)], коэффициент теплопроводности (50 °C) 20,96 вт/(м×К) [0,050 кал/(см×сек×°C)]; температурный коэффициент линейного расширения (20-400 °C) 6,9×10−6; удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты (20 °C) 44,1 мкОм×см. температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 К.

Внешняя электронная конфигурация атома циркония 4d25s2. Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом.

Компактный цирконий медленно начинает окисляться в пределах 200—400 °C, покрываясь плёнкой циркония двуокиси ZrO2; выше 800 °C энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен — может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °C, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и ZrH2; при 1200—1300 °C в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удалён из металла. С азотом цирконий образует при 700—800 °C нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °C с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид циркония

— твёрдые тугоплавкие соединения;
карбид циркония
— полупродукт для получения хлорида ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию со фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °C, образуя высшие галогениды ZrHal4 (где Hal — галоген). Цирконий устойчив в воде и водяных парах до 300 °C, не реагирует с соляной и серной (до 50 %) кислотами, а также с растворами щелочей (цирконий — единственный металл, стойкий в щелочах, содержащих аммиак). С азотной кислотой и царской водкой он взаимодействует при температуре выше 100 °C. Растворяется в плавиковой и горячей концентрированной (выше 50 %) серной кислотах. Из кислых растворов могут быть выделены соли соответствующих кислот разного состава, зависящего от концентрации кислоты. Так, из концентрированных сернокислых растворов циркония осаждается кристаллогидрат Zr(SO4)2•4H2O; из разбавленных растворов — основные сульфаты общей формулы xZrO2 • ySO3 • zH2O (где х : y > 1). Сульфаты циркония при 800—900 °C полностью разлагаются с образованием двуокиси циркония. Из азотнокислых растворов кристаллизуется Zr(NO3)4 • 5H2O или ZrO(NO3)2 • xH2O (где х = 2-6), из солянокислых растворов — ZrOCl2 • 8H2O, который обезвоживается при 180—200 °C.

История и происхождение названия[ | ]

Цирконий в виде диоксида впервые был выделен в 1789 году немецким химиком М. Г. Клапротом в результате анализа минерала циркона (природного силиката циркония).

В свободном виде цирконий впервые был выделен шведским химиком Берцелиусом в 1824 году[4]. Свободный от примесей чистый цирконий удалось получить лишь более чем через 100 лет (А. ван Аркель, 1925 год).[2]

Происхождение самого слова циркон

неясно. Возможно, оно происходит от арабского
zarkûn
(киноварь) или от персидского
zargun
(золотистый цвет).

Применение циркония и его соединений

В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов XX века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено. Единственным предприятием, специализирующемся на производстве циркония в России (и на территории бывшего СССР), является Чепецкий механический завод (Глазов, Удмуртия).

Металлический цирконий и его сплавы

Ядерная энергетика

Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, теплообменников и других конструкций ядерных реакторов.

Легирование

Пиротехника

Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения — 250 °C) практически без выделения дыма, с высокой скоростью и развивая наиболее высокую температуру из всех металлических горючих (4650 °C). За счет высокой температуры образующаяся двуокись циркония излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и фейерверков), производстве химических источников света применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ — фотоавиабомбы). В этой сфере повышеный интерес имеет не только металлический цирконий, но и его сплавы с церием (значительно больший световой поток). Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями (бертолетова соль) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя гремучую ртуть и азид свинца.

Сверхпроводник

Сверхпроводящий сплав 75 % и 25 % Zr (сверхпроводимость при 4,2 ) выдерживает нагрузку до 100 000 А/см².

Конструкционный материал

В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких химических реакторов, арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов.

применяется в виде различных огнеупоров для футеровки стекловаренных и металлургических печей. Он также применяется в производстве строительной керамики, эмалей и глазурей для сантехнических изделий.

Медицина

Цирконий обладает высокой стойкостью к воздействию биологических сред, даже более высокой, чем титан, и отличной биосовместимостью, благодаря чему применяется для создания костных, суставных и зубных протезов, а также хирургического инструмента.

Цирконий применяется для изготовления разнообразной посуды, обладающей отличными гигиеническими свойствами благодаря высокой химической стойкости.

Соединения

(т. пл. 2700 °C). Область применения — производство огнеупоров-бакоров (бакор — бадделеит-корундовая керамика). Применяется в качестве заменителя шамота, так как в 3—4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяются в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в керметах — керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C. Двуокись — глушитель эмалей, придает им белый и непрозрачный цвет. На основе кубической модификации двуокиси циркония, стабилизированной скандием, иттрием, редкими землями, получают материал — фианит (от ФИАНа где он был впервые получен), фианит применяется в качестве оптического материала с большим коэффициентом преломления (линзы плоские), в медицине (хирургический инструмент), в качестве синтетического ювелирного камня (дисперсия, показатель преломления и игра цвета больше, чем у бриллианта), при получении синтетических волокон, и производстве некоторых видов проволоки (волочение). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов устойчивых на воздухе при очень высокой температуре. Нагретый цирконий способен проводить ионы кислорода как твердый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода.

ZrB2 — кермет. В различных смесях с нитридом тантала и карбидом кремния материал для производства резцов. Цены на металлический цирконий в 2006 году составили в среднем 120 долларов США за килограмм.

(т. пл. 3530 °C) важнейший конструкционный материал для твердофазных ядерных реактивных двигателей[
источник не указан 232 дня
].

чрезвычайно твёрд и устойчив к окислению на воздухе до 1650 °C, применяется в авиакосмической технике (двигатели, сопла, реакторы, радиоизотопные электрогенераторы)[
источник не указан 232 дня
].

Гидрид циркония применяется в качестве компонента ракетного топлива, в атомной технике как весьма эффективный замедлитель нейтронов. Также гидрид циркония служит для покрытия цирконием в виде тонких плёнок с помощью термического разложения его на различных поверхностях.

Каркасы из стоматологических металлических сплавов

Каркас для металлокерамической конструкции делается из сплавов кобальта и хрома, никеля и хрома, используются и драгоценные металлы – золото, платина, палладий. Толщина основы составляет от 0,3 до 0,5 мм, вместе со слоем керамики толщина протеза составляет около 1,5-2 мм.

В отличие от композитных материалов, которые также применяются для реставрации коронок, и намного дешевле, керамика воспроизводит цвет и структуру натуральной зубной ткани, при этом она не тускнеет и не впитывает красящие вещества.

Металлокерамическая зубная коронка – хороший вариант, если необходимо восстанавливать жевательные зубы эстетично и надежно и у вас нет аллергии на металлы. Металлокерамические протезы имеет следующие преимущества:

Но металлокерамические зубные протезы имеют некоторые недостатки:

Избыток циркония в организме

Медики до сих пор не имеют данных о летальной дозе данного элемента для человеческого организма, хотя его передозировка может вызвать негативные последствия. Избыток вызывается при работе на соответствующих производствах, использовании средств индивидуальной гигиены или при проживании около источников, которые загрязняют окружающую среду.

Нужно отметить, что проявлениями передозировки являются следующие симптомы: фиброз легких, пневмония и раздражение покровов кожи. Цирконий – металл, который может накапливаться в органах, при этом оседая на тканях. Из продуктов получить такую большую дозу нереально.

Лечебные свойства камня

Циркониевый материал является биологически инертным и никак не влияет на здоровье людей. Благодаря такому показателю специалисты ценят этот металл больше, чем титан. Примерно 20 лет назад активно рекламировали циркониевый браслет. Но ученые доказали, что состояние здоровья от их ношения не меняется. Были единичные случаи, когда украшение помогало справиться с мигренями. Спустя некоторое время, выяснилось, что самочувствие улучшалось благодаря эффекту плацебо.

Свойство металла нагреваться помогает ему взаимодействовать с серными кислотами. Многих интересует, сколько элементов могут реагировать с циркониевым металлом. Как показывает практика, есть два основных: кислород и галоген.

Получение[ | ]

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 31 августа 2021 года

В промышленности исходным сырьём для производства циркония являются циркониевые концентраты с массовым содержанием диоксида циркония не менее 60—65 %, получаемые обогащением циркониевых руд.

Основные методы получения металлического циркония из концентратов — хлоридный, фторидный и щелочной процессы.

Хлоридный процесс основан на переводе циркония в летучий тетрахлорид ZrCl4 (T

Образовавшийся гексафторцирконат калия выщелачивают горячей водой и очищают фракционной перекристаллизацией от примеси гексафторгафната K2HfF6, после чего металлический цирконий получают электролизом расплава смеси гексафторцирконата калия и хлоридов калия и натрия.

Щелочной процесс является методом получения технически чистого диоксида циркония ZrO2, из которого металлический цирконий получают хлоридным или фторидным методом. В этом процессе цирконий переводится в растворимую форму спеканием концентрата с гидроксидом натрия при 600—650 °С, карбонатом натрия при 900—1100 °С либо со смесью карбоната и хлорида кальция при 1000—1300 °С, после чего образовавшиеся цирконаты натрия Na2ZrO3 или кальция CaZrO3 выщелачиваются соляной либо серной кислотами:

Водные растворы хлорида или сульфата цирконила далее очищаются и гидролизуются, осадок ZrO(OH)2 прокаливают и получают технический диоксид циркония ZrO2.

Источник

Что такое диоксид циркония?

Диоксид циркония (ZrO₂) – материал, получаемый путём химической обработки циркона (ZrSiO₄) – минерала, относящегося к силикатам.

Запись на приём

Диоксид циркония (ZrO₂) – материал, получаемый путём химической обработки циркона (ZrSiO₄) – минерала, относящегося к силикатам.

Диоксид циркония используется в медицине (в частности, в ортопедии) достаточно давно. В стоматологии диоксид циркония нашёл применение десять-пятнадцать лет назад; с тех пор получил очень широкое распространение и прочно «укоренился» среди наиболее востребованных материалов в ортопедической стоматологии и дентальной имплантации.

Популярность материала обусловлена такими его свойствами:

Диоксид циркония привлёк к себе внимание как материал, способный объединить в себе «плюсы» керамических и металлокерамических изделий.

Металлокерамические протезы зарекомендовали себя как надёжный и высокоэстетический способ восстановления зубов. Однако, были выявлены следующие недостатки металлокерамических конструкций:

Цельнокерамические протезы, в свою очередь, показывали недостаточную прочность по сравнению с металлокерамическими аналогами.

С применением диоксида циркония можно получить прочные (не уступающие металлическим) изделия, обладающие оптическими свойствами, сходными с натуральными тканями зуба. Материал при этом не вызывает аллергии, не токсичен и, как уже было сказано выше, биосовместим.

Из диоксида циркония изготавливают:

Обработка циркониевых заготовок для получения требуемого изделия происходит с применением CAD/CAM-технологий (автоматизированного изготовления на основе компьютерного моделирования).

Сеть стоматологических клиник «Здоровая Улыбка» располагает собственным фрезерным (CAD/CAM) центром, что даёт следующие преимущества:

Автоматизированное изготовление позволяет добиться высокой точности, благодаря чему исключается раздражающее или иное негативное воздействие на десну, достигается необходимое прилегание края коронки к десне. Благодаря свойствам диоксида циркония удаётся добиться высоких показателей краевого (маргинального) прилегания каркаса и протеза по уступу.

Конструкции, выполненные из диоксида циркония пригодны для протезирования как жевательных, так и (зачастую) зубов переднего ряда.

Источник

Коронки из диоксида циркония

Восстановление сильно разрушенных зубов отнимает много времени и сил, поэтому хочется решить проблему раз и навсегда. Сейчас стоматологи имеют возможность пользоваться новейшими методиками реставрационной техники с применением современных материалов, в том числе и диоксида циркония, из которого получаются красивые и прочные ортопедические конструкции. Подробнее об этом уникальном материале рассказывает Startsmile.

Содержание статьи

Что такое оксид, или диоксид, циркония?

Оксид или диоксид циркония используют для изготовления коронок, виниров и абатментов на имплантаты. И хотя формально цирконий — это металл, конструкции из ZrO2 принято относить к безметалловым: они лишены недостатков традиционной металлокерамики, в том числе визуальных — диоксид циркония белого цвета.

У этого материала есть несколько неоспоримых преимуществ.

Всегда ли нужно выбирать виниры и коронки из диоксида циркония?

Из диоксида циркония можно изготовить любой протез: коронку, в том числе и на зубной имплантат, вкладку или винир. И все они будут обладать определенными преимуществами перед аналогичными конструкциями из других материалов.

✔ Чаще всего диоксид циркония используют при восстановлении жевательных зубов. Благодаря своей прочной структуре он легко выдерживает нагрузку, которая приходится на моляры, не скалывается и не разрушается даже по прошествии длительного времени. В то же время циркониевые коронки на боковые зубы не будут выглядеть искусственно.

✔ Для протезирования передних зубов, как правило, применяют протезы из цельной керамики, поскольку диоксид циркония при всех своих плюсах хуже пропускает свет, а потому выглядит менее естественно. Однако если мы говорим о протезировании на имплантатах, для зоны улыбки идеально подойдет керамическая коронка на циркониевом каркасе и циркониевый абатмент.

✔ Виниры из диоксида циркония очень прочные и служат, как правило, дольше цельнокерамических и композитных. Если вы хотите поставить циркониевые виниры, не стоит гнаться за низкой ценой: для хорошего результата важно, чтобы заготовки были высокого качества и обладали определенной степенью прозрачности.

Какие бывают коронки из диоксида циркония и как они изготавливаются?

Есть два типа циркониевых протезов.

Какой бы вариант вы ни выбрали, для изготовления ортопедической конструкции из диоксида циркония нужно специальное оборудование. Каркас или сам протез, если мы говорим о монолитном решении, вытачивается на фрезеровальном станке с программным управлением. Станок напрямую управляется компьютером, поэтому результат будет точным, без влияния человеческого фактора.

Чтобы придать будущей коронке эстетичный вид, каркас покрывается несколькими слоями керамики. После нанесения каждого слоя он обжигается в печи для прочности. В конце зубной техник придает коронке нужный оттенок.

В случае с монолитной конструкцией этап нанесения керамической массы отсутствует.

Какие плюсы имеют абатменты и коронки из диоксида циркония с опорой на имплантаты?

Циркониевые коронки идеально подходят для протезирования зубов на имплантатах: они легче, чем конструкции на любом другом металле, и не выделяются на фоне естественных зубов. Что касается абатментов из диоксида циркония, то благодаря высокой эстетике они используются для протезирования в зоне улыбки. Подходят и для жевательных зубов с силу своей прочности.

Какова цена коронки из диоксида циркония в Москве?

Цена на коронки из диоксида циркония в Москве зависит от многих факторов. Поэтому точную стоимость лечения можно определить только после консультации с врачом. В целом же можно сказать, что цены начинаются от 30 000 рублей за обычную коронку и 37 000 рублей — за коронку на имплантат. Для сравнения: цена металлокерамического протеза на зуб начинается от 10 000 рублей. Однако качество и эстетика диоксида циркония превосходят металлокерамику во много раз.

Источник