logo
Лекции по МРМ

2.5.2. Важнейшие свойства циркония и гафния и их химических соединений

Компактный цирконий по внешнему виду напоминает сталь, порошкообразный цирконий – темно-серого цвета.

Плотность – 6,52 г/см3; температура плавления – 1852  10 оС; температура кипения  3600 оС. Аналог циркония – гафний – плотность 13,3 г/см3; температура плавления – 2130  15 оС; температура кипения – около 5400 оС.

Физические и особенно механические свойства циркония сильно зависят от чистоты металлов. Чистый цирконий пластичен, легко обрабатывается механически, стоек на воздухе.

При нагревании компактных металлов до 400 – 600 оС он покрывается пленкой окиси ZrO2, затрудняя дальнейшее окисление.

Порошкообразный Zr при 180 - 285 оС окисляется на воздухе с воспламенением.

Цирконий поглощает водород при 300 - 400 оС с образованием твердого раствора водорода в металле и гидридов (ZrH и ZrH2). При 1200 - 1300 оС в вакууме водород может быть удален из металла. Выше 900 оС с азотом образует нитриды и с углеродом карбиды. В отличие от водорода азот и углерод не удаляются в вакууме. До 100 оС цирконий стоек против HCl, HNO3 и H2SO4 – до 50 % -й концентрации.

Цирконий растворяется в HF и концентрированной H2SO4 при 100 оС.

Для циркония возможна степень окисления +2, +3, +4. Наиболее характерна валентность +4.

Оксиды: высший оксид циркония – ZrO2 получается при прокаливании гидроокиси циркония или сульфатов, нитратов. Чистая двуокись белого цвета, она нерастворима в HCl, HNO3 и разбавленной H2SO4, растворяется в HF и концентрированной H2SO4 при нагревании; температура плавления ZrO2 – 2700 - 2900 оC. При сплавлении со щелочами и щелочноземельными металлами образует соли циркониевой кислоты, типа Na2ZrO3, K2ZrO4, CaZrO3.

ZrO2 + 2 MeOH = Me2ZrO3 + H2O (2.121)

Хлориды: ZrCl4 – одно из соединений для получения металлического циркония. Получается по реакции:

ZrO2 + 2 C + 2 Cl2 = ZrCl4 + 2 CO (2.122)

Температура плавления – 440 оС. ZrCl4 весьма гигроскопичен и гидролизует в водном растворе и во влажном воздухе с образованием оксихлорида циркония:

ZrCl4 + H2O = ZrOCl2 + 2 HCl (2.123)

Иодиды: ZrI4 – температура плавления  500 оС. Это соединение используется для получения циркония высокой чистоты.