Zirkonium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	ZP
^Zr88	{syn.}	83,4 d	ε	0,670	⁸⁸Y
^Zr89	{syn.}	78,41 h	ε	2,832	⁸⁹Y
^Zr90	51,45 %	Stabil
^Zr91	11,22 %	Stabil
^Zr92	17,15 %	Stabil
^Zr93	{syn.}	1,53 · 10⁶ a	β⁻	0,091	⁹³Nb
^Zr94	17,38 %	Stabil
^Zr95	{syn.}	64,02 d	β⁻	1,125	⁹⁵Nb
^Zr96	2,8 %	> 3,8 · 10¹⁹ a	β⁻β⁻	3,350	⁹⁶Mo

NMR-Eigenschaften

	Spin	γ in rad/(T·s)	E	f_L bei B = 4,7 T in M Hz
⁹¹Zr	-5/2	2,496 · 10⁷	0,00948	18,7

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung

Gefahrensymbole
unbekannt Bitte ergänzen!

R- und S-Sätze

R: ?

S: ?

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Zirkonium [zəˈkəʊniəm, ˌzɛːˈkəʊniəm], auch Zirconium, ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Zr und der Ordnungszahl 40.

[Bearbeiten] Geschichte

Zirkonium wurde 1789 von Martin Heinrich Klaproth entdeckt und nach dem Mineral Zirkon, einem Zirkoniummineral, benannt.

[Bearbeiten] Vorkommen

Minerale, in denen Zirkonium in der Natur vorkommt:

Zirkon (Silikat ZrSiO₄),
Baddeleyit (Dioxid ZrO₂, siehe auch Zirkoniumdioxid).

Diese Minerale finden sich häufig in Granit, einem in der Erdkruste weit verbreitetem Gestein. Die Zirkonkristalle sind sehr klein, typischerweise um 0,1 mm groß, und für radiometrische Altersbestimmungen sehr wichtig.

[Bearbeiten] Gewinnung

Das meiste Zirkonium dürfte aus dem Mineral Zirkon stammen, das man aus sogenannten Seifenlagerstätten abbaut. Solche Lagerstätten entstehen, wenn sich verwitterungsresistente Mineralien zum einen dadurch anreichern, dass alle anderen Minerale des Gesteins, in dem sie enthalten sind, zersetzt werden und zweitens, wenn solche resistenten Minerale durch Strömungen (wie Ebbe und Flut) angereichert werden (so gesehen sind z. B. Sandstrände riesige Quarzseifen).

[Bearbeiten] Eigenschaften

Zirkoniumstab

Massives Zirkonium ist in allen Säuren außer Flusssäure unlöslich. Pulverisiertes Zirkonium verbrennt mit weißer Flamme zu Zirkoniumoxid, bei Anwesenheit von Stickstoff auch zu Zirkoniumnitrid und Zirkoniumoxinitrid. Bei genügender Energiezufuhr aber vermag auch kompaktes Zirkonium zu brennen, was bei der Bearbeitung des Metalls beachtet werden muss. Zirkoniumbrände sind sehr gefährlich. Zum Löschen dürfen weder Wasser (heftige Reaktion unter Wasserstoffbildung) noch Kohlendioxid oder Halon verwendet werden.

[Bearbeiten] Verwendung

Zirkonium findet Verwendung

beim Bau chemischer Anlagen,
in der Kerntechnik: Da der Einfangquerschnitt des Zirkoniums für thermische Neutronen sehr klein ist, werden seine Legierungen wie Zircaloy, die meistens etwas Zinn oder Niob enthalten, für die Hüllrohre von Uranbrennstäben im Reaktorbau (Kernkraftwerk) benutzt.
in der Filmtechnik wird es für nicht-pyrotechnische Aufpralleffekte von z. B. Gewehrkugeln auf Metalloberflächen benutzt. Zirkonium sendet beim Aufprall einen Funkenschwall ab.
beim Militär: Die Brennbarkeit wird auch in Waffen wie der Schrotflinten-Spezialmunition Dragon's Breath und der US-amerikanischen Allzweck-Gleitbombe AGM-154 JSOW ausgenutzt.
in Form von Legierungen für chirurgische Instrumente.
in Form seiner Verbindungen wie Zirkoniumdioxid oder Zirkoniumsilikat zur Herstellung feuerfester Auskleidungen in Tiegeln und Behältern.
als oxidische Keramik
- YSZ (yttria stabilized zirconia, kubische Fluorit-Struktur) wird als Sauerstoffionen(O2-)-leitende Membran in Brennstoffzellen (SOFC, solid oxide fuel cell) und in Sauerstoffsensoren (z. B. Lambdasonde im Auto) eingesetzt und fand bereits um 1900 in der Nernstlampe Verwendung.
- Y-TZP (yttria stabilized tetragonal zirconia) ist eine Keramik mit extrem hoher Bruchzähigkeit und wird z. B. in der Zahntechnik als hochstabiles Kronen- und Brückengerüst, in künstlichen Hüftgelenken und Zahnimplantaten oder als Verbindungselement bei Teleskopen verwendet und löst zunehmend Gold und andere Metalle in der Funktion ab.

In der Halbleiterindustrie werden voraussichtlich ab 2007 bis 2008 für das Gateoxid von Feldeffekttransistoren (FETs) so genannte high-k-Materialien verwendet. Zur Zeit wird Siliziumdioxid (SiO₂) dazu benutzt. Durch die fortschreitende Verkleinerung der Transistoren muss auch das Gateoxid dünner werden. Für die geplanten Prozesse wie 90 nm und 65 nm sind Oxiddicken von 1,1-1,6 nm notwendig. Je dünner das Gateoxid, desto größer ist aber der Leckstrom vom Gate in den Halbleiter. Um den Leckstrom zu verringern, sucht man Materialien mit einer höheren Dielektrizitätskonstante $ε r$ als SiO₂ ( $ε r = 3,9$ ). Zirkoniumoxid (ZrO₂) erreicht $ε r = 25$ , das ebenfalls als high-k-Material eingesetzte Hafniumoxid bis zu $ε r = 20$ .