Pengertian Zirkonium dan Kegunaannya

Zirkonium (Zr), unsur kimia, logam Grup 4 (IVb) dari tabel periodik, digunakan sebagai bahan struktural untuk reaktor nuklir.

Properti, Kejadian, dan Kegunaan Zirkonium

Zirkonium, ditemukan sebelum 1940-an, menjadi bahan rekayasa yang signifikan untuk aplikasi energi nuklir karena sangat transparan untuk neutron. Unsur diidentifikasi (1789) dalam zircon, ZrSiO₄ (zirkonium orthosilicate), dari oksida oleh kimiawan Jerman Martin Heinrich Klaproth, dan logam diisolasi (1824) dalam bentuk tidak murni oleh kimiawan Swedia Jöns Jacob Berzelius. Logam murni Zirkonium, bahkan ketika 99 persen murni, bersifat keras dan rapuh. Zirkonium merupakan Logam putih, lembut, mudah dibentuk, dan ulet. Zirkonium berkemurnian tinggi pertama kali diproduksi secara masal (1925) oleh ahli kimia Belanda Anton E. van Arkel dan JH de Boer dengan cara dekomposisi termal dari zirkonium tetraiodida, ZrI₄. Pada awal 1940-an, William Justin Kroll Luksemburg mengembangkan proses yang lebih murah untuk membuat logam Zirkonium berdasarkan reduksi zirkonium tetraklorida, ZrCl₄, dengan magnesium. Pada awal abad ke-21, produsen terkemuka zirkonium termasuk Australia, Afrika Selatan, China, dan Indonesia sedangkan Mozambik, India, dan Sri Lanka adalah produsen tambahan.

Iklan oleh Google

Zirkonium relatif melimpah di kerak bumi, tetapi tidak terkonsentrasi di satu tempat, dan karakteristik Zirkonium diamati pada bintang S-tipe. Mineral zirkon, yang umumnya ditemukan dalam endapan aluvial di sungai, pantai laut, atau danau tua, adalah satu-satunya sumber komersial zirkonium. Baddeleyite, yang pada dasarnya adalah zirkonium dioksida murni, ZrO₂, adalah satu-satunya mineral zirkonium penting lainnya, tetapi produk komersial Zirkonium hasil pemulihan dari zirkon lebih murah. Zirkonium diproduksi oleh proses yang sama seperti yang digunakan untuk titanium. Mineral zirkonium ini umumnya memiliki kandungan hafnium yang bervariasi dari beberapa persepuluh dari 1 persen ke beberapa persen. Untuk beberapa tujuan, pemisahan dua elemen ini tidak dilakukan: zirkonium yang mengandung sekitar 1 persen dari hafnium diterima sebagai zirkonium murni.

Penggunaan yang paling penting dari zirkonium adalah dalam reaktor nuklir untuk cladding batang bahan bakar, untuk paduan dengan uranium, dan struktur reaktor-core karena kombinasi unik dari sifat Zirkonium. Zirkonium memiliki kekuatan yang baik pada suhu tinggi, tahan korosi dari pendingin cepat, tidak membentuk isotop radioaktif, dan tahan kerusakan mekanis dari penembakan neutron. Hafnium, hadir di semua bijih zirkonium, harus dihapus secara hati-hati dari logam Zirkonium yang digunakan untuk reaktor karena hafnium sangat menyerap neutron termal.

Pemisahan hafnium dan zirconium umumnya dilakukan dengan prosedur ekstraksi berlawanan cair-cair. Dalam prosedur ini, minyak mentah zirkonium tetraklorida dilarutkan dalam larutan amonium tiosianat, dan metil isobutil keton dilewatkan berlawanan dengan campuran berair, manghasilkan hafnium tetraklorida istimewa yang terekstrak.

Jari-jari atom zirkonium dan hafnium masing-masing adalah 1,45 dan 1,44 Å, sedangkan jari-jari ion Zr₄ ⁺, 0,74 Å, dan Hf₄ ⁺, 0,75 Å. Identitas virtual ukuran atom dan ion, yang dihasilkan dari kontraksi lantanoid, memiliki efek membuat perilaku kimia kedua unsur ini lebih mirip daripada pasangan lain dari unsur yang dikenal. Meskipun sifat kimia hafnium dipelajari kurang dari zirkonium, keduanya sangat mirip dan perbedaan secara kuantitatif sangatlah kecil.

Zirkonium menyerap oksigen, nitrogen, dan hidrogen dalam jumlah yang menakjubkan. Pada sekitar 800 ° C (1.500 ° F) Zirkoniumbergabung secara kimia dengan oksigen untuk menghasilkan oksida, ZrO₂. Zirkonium tereduksi menjadi seperti bahan wadah tahan api sebagai oksida magnesium, berilium, dan thorium. Afinitas yang kuat untuk oksigen dan gas-gas lainnya menyumbang penggunaannya sebagai getter untuk menghilangkan gas sisa dalam tabung elektron. Pada suhu normal di udara, zirconium bersifat pasif karena pembentukan lapisan pelindung oksida atau nitrida. Bahkan tanpa film ini, logam Zirkonium tahan terhadap aksi asam lemah dan garam asam. Zirkonium baik dilarutkan dalam asam fluorida, di mana prosedur pembentukan kompleks fluoro anionik penting dalam menstabilkan solusi. Pada suhu normal Zirkonium tidak terlalu reaktif tetapi menjadi sangat reaktif dengan berbagai nonmetals pada temperatur tinggi. Karena ketahanan korosi yang tinggi, zirkonium telah digunakan secara luas dalam pembuatan pompa, katup, dan penukar panas. Zirkonium juga digunakan sebagai agen paduan dalam produksi beberapa paduan magnesium dan sebagai aditif dalam pembuatan baja tertentu.

Zirkonium alami adalah campuran dari lima isotop stabil: zirconium-90 (51,46 persen), zirkonium-91 (11,23 persen), zirkonium-92 (17,11 persen), zirkonium-94 (17,40 persen), zirkonium-96 (2,80 persen). Dua alotrop berada di bawah 862 ° C (1584 ° F) struktur-padat heksagonal, di atas suhu tersebut berbentuk body-centred cubic

Senyawa Zirkonium

Zirkonium terdapat terutama di bentuk oksidasi +4 dalam senyawanya. Beberapa senyawa Zirkonium yang kurang stabil, namun diketahui terdapat dalam bentuk oksidasi +3. Peningkatan ukuran atom membuat oksida yang lebih mendasar dan cairan kimianya agak lebih luas dan memungkinkan pencapaian bilangan koordinasi 7 dan, cukup sering pada 8 di sejumlah senyawa zirkonium.

Berbagai senyawa zirkonium memiliki aplikasi penting dalam industri. Di antaranya adalah zirkonium dioksida (juga disebut zirconia), ZrO₂, dengan ciri fisik keras, putih atau kuning-coklat padat dengan titik leleh tinggi-sekitar 2.700 ° C (4892 ° F). Zirkonium jenis ini biasanya digunakan sebagai tiruan permata berlian yang bersifat abrasive, bahan tahan api, dan komponen kacamata asam dan tahan alkali dan keramik yang digunakan dalam sel bahan bakar.

Senyawa industri penting lainnya dari zirkonium termasuk tetraklorida ZrCl₄ dan sulfat Zr (SO₄) ₂ ∙ 4H₂O. Dipersiapkan oleh klorinasi zirkonium karbida atau oksida, zirkonium tetraklorida digunakan untuk menghasilkan senyawa zirkonium organik dan sebagai katalis dalam reaksi seperti cracking minyak bumi dan polimerisasi etilena. Zirkonium sulfat, diproduksi oleh aksi asam sulfat pada zirkonium hydoxide, Zr (OH) ₄, berguna sebagai pelumas, reagen kimia, dan penyamakan kulit putih.

Properti elemen
nomor atom	40
berat atom	91,22
titik leleh	1.852 ° C (3366 ° F)
Titik didih	3578 ° C (6472 ° F)
berat jenis	6.49 pada 20 ° C (68 ° F)
oksidasi negara	+4
konfigurasi elektron	[Kr]4d25s2