15.05.2018

Физико-химические свойства циркония и его соединений


Порядковый номер циркония в периодической системе элементов 40, атомная масса 91,22. В природном цирконии имеются изотопы со следующими массовыми числами: 90 (51,5%), 91 (11,2%), 92 (17,1%), 94 (17,4%), 96 (2,8%).

Известны две кристаллические модификации циркония. До 1143 К устойчива гексагональная решетка с плотной упаковкой (а = 0,3223 нм, с = 0,5123 нм). Выше 1143 К цирконий имеет кубическую объемноцентрированную решетку (а = нм). Теплота аллотропического превращения 4,35 кДж/г*атом. Плотность твердого а-циркония составляет 6,47 г/см3, в-циркония 6,40 г/см3, плотность жидкого циркония 5,89 г/см3. Температура плавления циркония 2123 К, скрытая теплота плавления 16,7 кДж/г-атом. Температура кипения циркония 4700 К, скрытая теплота испарения 580 кДж/г-атом.

Давление пара циркония в интервале температур 1949—2054 К определяется уравнением
При взаимодействии с кислородом цирконий образует двуокись циркония ZrO2. Температура плавления двуокиси циркония 2973 К, скрытая теплота плавления 87 кДж/моль. Температурная зависимость теплоемкости твердой двуокиси циркония в интервале температур 298—1478 К определяется уравнением
Выше 1478 К теплоемкость твердой двуокиси циркония составляет 74,53 Дж/(моль*град).

Из диаграммы состояния системы Zr-Al (рис. 166) следует, что в этой системе имеются соединения ZrAl3 (47,0% Al), ZrAl2 (37,2% Al), ZrAl (22,8% Al), Zr4Al3 (18,2% Al), Zr5Al3 (15,1% Al) и др.

В p-цирконии в твердом состоянии растворяется -9% Al; растворимость алюминия в а-цирконии значительно ниже, при 970 К она равна 0,35%.

Добавки алюминия резко снижают температуру плавления циркония: при 11 % Al температура ликвидуса сплава снижается до 1620 К. Температура плавления наиболее тугоплавкого соединения ZrAl2 составляет 1918 К, ZrAl3 плавится при температуре 1853 К, Zr4Al3 — при 1803 К.
В системе Zr—Si (рис. 167) при концентрациях кремния от 7 до 30% температура ликвидуса превышает точку плавления как чистого кремния, так и чистого циркония. В системе имеется ряд силицидов, наиболее тугоплавким из которых является Zr6Si5 (температура плавления 2520 К). Растворимость кремния в металлическом цирконии весьма мала (0,1—0,2%).

На рис. 168 показана диаграмма состояния системы Zr—Fe, из которой следует, что железо образует с цирконием одно соединение ZrFe2 с температурой плавления около 1900 К. В области высоких концентраций циркония имеется эвтектика ZrFe2—Zr (~84% Zr), температура плавления которой равна 1207 К. Растворимость железа в в-цирконии доходит до 5%; в а-цирконии железо практически нерастворимо.

Температура плавления алюминотермического силикоциркония 1650—1800° С, а его плотность — 4,4 г/см3.





Яндекс.Метрика