Цирконий — металл или драгоценный камень¶
Цирконий — химический элемент 4-й группы периодической таблицы, металл серебристо-белого цвета с атомным номером 40. Термин «цирконий» часто путают с названием минерала циркона (циртита), природного ильменита циркония, который в огранённом виде выступает как поделочный и полудрагоценный камень. Собственно металл цирконий драгоценным камнем не является: он применяется в металлургии, атомной энергетике и химической промышленности.
¶История открытия
Минерал циркон известен с древности — его находили в песках рек Индии, Шри-Ланки и Мьянмы, где он веками использовался в ювелирном деле. Название «циркон» предположительно происходит от персидского «زرگون» (zargun) — «золотистый», либо от арабского «zarqūn» — «красновато-жёлтый».
Сам элемент цирконий был открыт в 1789 году немецким химиком Мартином Клапротом при анализе минерала циркона. Чистый металл впервые выделил шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус в 1824 году, однако его метод давал лишь загрязнённый продукт. Практически чистый цирконий получили только в 1914 году Дирк Костер и Джордж де Хевси, а промышленные методы — арк-плавка и иодидный процесс Ван Аркеля — были разработаны в 1920-х годах.
¶Минерал циркон
Циркон (ZrSiO₄) — силикат циркония, кристаллизующийся в тетрагональной системе. Твёрдость по шкале Мооса составляет 7,5, что делает его достаточно прочным для ювелирной обработки. Цвет минерала варьируется от бесцветного, жёлтого и красного до зелёного, синего и чёрного.
В ювелирном деле циркон относится к категории полудрагоценных камней. Он высоко ценится за высокий показатель преломления света (1,92–1,98) и сильную дисперсию, что придаёт огранённому камню «огненный» блеск, сопоставимый с бриллиантом. В XVIII–XIX веках циркон часто использовался как имитация бриллиантов, а в XX веке появился синтетический аналог — кубический цирконий (циркония), который практически вытеснил природный камень из роли имитатора.
¶Металлический цирконий
Чистый цирконий — металл с плотностью 6,52 г/см³, температурой плавления 1855 °C и кипения 4409 °C. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, низким сечением захвата нейтронов и хорошей механической прочностью при высоких температурах.
¶Применение
Основные области применения металлического циркония:
- Атомная энергетика — оболочки твэлов в реакторах, где цирконий используется из-за низкого сечения захвата нейтронов;
- Химическая промышленность — оборудование для агрессивных сред;
- Металлургия — легирование сталей и сплавов;
- Ювелирное дело — сплавы для оправок и креплений;
- Медицина — имплантаты и хирургические инструменты.
¶Цирконий и циркония
Важно различать цирконий (металл) и цирконию (оксид ZrO₂). Циркония — технический керамический материал с высокой твёрдостью и теплостойкостью, а также основа синтетического ювелирного камня — кубического циркония (CZ), получаемого методом плавления в индукционной печи. Кубический цирконий обладает показателем преломления 2,15–2,18 и дисперсией, близкой к алмазу, что делает его популярной заменой бриллиантов.
¶Циркон как полудрагоценный камень
Природный циркон в ювелирной индустрии занимает промежуточное положение. Он не относится к числу «больших четырёх» драгоценных камней (бриллиант, изумруд, рубин, сапфир), но ценится коллекционерами за разнообразие окрасок и оптические свойства. Наиболее дорогие экземпляры — гиацинтовые цирконы тёплых тонов и голубые камни из Шри-Ланки.
Циркон подвергается термообработке для улучшения цвета и прозрачности; при нагреве выше 900 °C камень может помутнеть из-за рекристаллизации. Обработка также используется для разделения природных и синтетических камней.
¶Интересные факты
- Циркон — один из древнейших минералов на Земле: кристаллы из Западной Австралии датируются возрастом около 4,4 млрд лет и считаются одними из старейших известных образцов земной коры.
- Название «цирконий» для металла и «циркон» для минерала часто путают, но это разные объекты: первый — элемент, второй — минерал.
- Циркон используется в геохронологии: по содержанию урана и свинца в кристаллах определяют возраст пород.
¶Источники
- Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
- «Большая советская энциклопедия», статья «Цирконий» и «Циркон»
- Минералогические справочники по силикатам циркония
- Справочная литература по металлургии редких металлов