حقائق عن الزركونيوم

بالعربي/ الزركونيوم هو معدن انتقالي رمادي فضي ، وهو نوع من العناصر المرن والمرن ويسهل تكوين مركبات مستقرة. كما أنها شديدة المقاومة للتآكل. استخدم الزركونيوم وسبائكه لعدة قرون بطرق متنوعة. 

يستخدم عادة في البيئات المسببة للتآكل. يمكن العثور على سبائك الزركونيوم في الأنابيب والتجهيزات والمبادلات الحرارية ، وفقًا لـ Chemicool . يستخدم الزركونيوم أيضًا في سبائك الصلب ، والزجاج الملون ، والطوب ، والسيراميك ، والمواد الكاشطة ، والمصابيح الكهربائية ، وخيوط المصباح ، والأحجار الكريمة الاصطناعية وبعض مزيلات العرق ، وفقًا لتحالف تعليم المعادن .

تشمل الاستخدامات الأخرى للزركونيوم المحولات الحفازة ، وطوب الفرن ، وبوتقات المختبر ، والأدوات الجراحية ، وزجاج التلفزيون ، وإزالة الغازات المتبقية من الأنابيب المفرغة ، وكعامل تصلب في السبائك مثل الفولاذ ، وفقًا لـ Lenntech . أيضًا ، تستخدم كربونات الزركونيوم لعلاج اللبلاب السام ، وفقًا لمختبر جيفرسون .

تم العثور على الزركونيوم في النجوم من النوع S والشمس والنيازك والصخور القمرية ، وفقًا لمتبر لوس ألاموس الوطني . يبدو أن الصخور القمرية تحتوي على نسبة عالية من الزركون بشكل مدهش مقارنة بالصخور الأرضية ، وفقًا لتحليل عينات الصخور القمرية من بعثات أبولو المختلفة. 

على الأرض ، مصادر الزركونيوم هي في الأساس معادن الزركون والبادلييت (ثاني أكسيد الزركونيوم) ، والتي يتم تعدينها في الولايات المتحدة وأستراليا والبرازيل وجنوب إفريقيا وروسيا وسريلانكا ، وفقًا لتحالف تعليم المعادن . تبلغ وفرة الزركونيوم الطبيعية في القشرة الأرضية 165 جزءًا في المليون من حيث الوزن ، وفقًا  لموقع Chemicool .

فقط الحقائق

• العدد الذري (عدد البروتونات في النواة): 40
• الرمز الذري (في الجدول الدوري للعناصر): Zr
• الوزن الذري (متوسط ​​كتلة الذرة): 91.22
• الكثافة: 3.77 أوقية لكل بوصة مكعبة (6.52 جرام لكل سم مكعب)
• الحالة في درجة حرارة الغرفة: صلبة
• نقطة الانصهار: 3362 درجة فهرنهايت (1850 درجة مئوية)
• نقطة الغليان: 7952 فهرنهايت (4400 درجة مئوية)
• عدد النظائر الطبيعية (ذرات من نفس العنصر مع عدد مختلف من النيوترونات): 5. يوجد أيضًا 20 نظيرًا صناعيًا تم إنشاؤها في المختبر.
• النظائر الأكثر شيوعًا: Zr-90 (51.5٪ من الوفرة الطبيعية) ، Zr-94 (17.38٪ من الوفرة الطبيعية) ، Zr-92 (17.15٪ من الوفرة الطبيعية) ، Zr-91 (11.2٪ من الوفرة الطبيعية) ، Zr- 96 (2.8٪ من الوفرة الطبيعية)

تاريخ

الزركون ، الحجر الكريم ، يأتي بأصناف الأزرق والأصفر والأخضر والبني والبرتقالي والأحمر وأحيانًا الأرجواني. تأتي الكلمة من كلمة “زرجون” الفارسية أو اللون الذهبي. تم استخدامه في المجوهرات والزخارف الأخرى لعدة قرون ، وفقًا للمؤرخ الهولندي بيتر فان دير كروغت . يقترب من شبه الماس من أي جوهرة طبيعية أخرى ، وفقًا لـ Minerals.net . خلال العصور الوسطى ، كان يُعتقد أن الزركون يحث على النوم ويعزز الثروة والشرف والحكمة ويطرد الأوبئة والأرواح الشريرة.

اكتشف مارتن هاينريش كلابروث ، الكيميائي الألماني ، الزركونيوم في عام 1789 في عينة من الزركون من سريلانكا ، وفقًا لموقع Chemicool . تم العثور على تركيبة العينة لتكون 25 في المائة سيليكا ، 0.5 في المائة أكسيد الحديد ، و 70 في المائة أكسيد جديد أسماه زيركونيردي (أو “زركون الأرض”). وجد Klaproth أيضًا في وقت لاحق الزركونرد في الياقوت ، وهو نوع أصفر شاحب من الزركون ، لكنه لم يتمكن من فصل المعدن ، وفقًا لفان دير كروغت.

حاول السير همفري ديفي ، الكيميائي الإنجليزي ، فصل الزركونيوم للحصول على الزركونيوم النقي في عام 1808 باستخدام التحليل الكهربائي ، لكنه لم ينجح ، وفقًا لـ Chemicool. ومع ذلك ، فقد اقترح اسم الزركونيوم للمعدن نفسه ، وفقًا لفان دير كروغت. 

قام عالم الكيمياء السويدي Jons J. Berzelius بعزل الزركونيوم في عام 1824 ، وفقًا لـ Chemicool. أنتج الزركونيوم كمسحوق أسود نتيجة تسخين أنبوب حديدي يحتوي على خليط من فلوريد الزركونيوم والبوتاسيوم (Kr ₂ ZrF ₆ ).

أنتج الكيميائيان الهولنديان أنطون إدوارد فان أركيل وجان هندريك دي بوير ، الكيميائيين الهولنديين ، الزركونيوم النقي في عام 1925 عن طريق تسخين رابع كلوريد الزركونيوم (ZrCl ₄ ) بالمغنيسيوم ، وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء . أنتجت هذه الطريقة لوحًا بلوريًا من الزركونيوم النقي ، وفقًا لـ Chemicool.

من يعرف؟

• أحيانًا يتم الخلط بين الزركون والزركونيا المكعبة ، وهو محاكى ألماس اصطناعي غير مكلف. ومع ذلك ، وفقًا لـ Minerals.net ، كلاهما مادتان منفصلتان تمامًا ، وليس لهما صلة ببعضهما البعض باستثناء أنهما يحتويان على عنصر الزركونيوم في تركيبتهما الكيميائية. 
• وفقًا لـ Lenntech ، يتم إنتاج ما يقرب من 7000 طن من معدن الزركونيوم سنويًا.
• يتحد الزركونيوم مع السيليكات لإنتاج الزركون الطبيعي شبه الكريم ، وفقًا لموقع Chemicool . يخلق الزركونيوم مع ثاني أكسيد الزركونيا المكعبة ، والتي تستخدم عادة كبديل للماس.
• الزركونيوم له سمية منخفضة للغاية ويقدر أن البشر يتناولون حوالي 50 ميكروغرامًا (1.8 × 10-6 أونصات) يوميًا ، يمر معظمها عبر الجهاز الهضمي دون أن يتم امتصاصه ، وفقًا لـ Lenntech .
• يتكون جسم الإنسان من حوالي 0.000001 بالمائة من الزركونيوم ، وفقًا لتحالف تعليم المعادن .
• قد يكون استخدام زركونات الليثيوم مفيدًا في امتصاص ثاني أكسيد الكربون الزائد في الغلاف الجوي ، وفقًا لـ Chemicool .
• يعود تاريخ الصخور المحتوية على الزركون التي تم العثور عليها في أستراليا في عام 2000 إلى 4.4 مليار سنة ، وأظهرت نسبة نظائر الأكسجين (O16 / O18) أن الحياة بدأت على الأرض قبل ما يقرب من 500 مليون سنة مما كان يعتقد سابقًا ، وفقًا لمقال كتبه جون Emsley ، كاتب علمي ، نُشر في Nature عام 2014.
• وفقًا لموقع Chemicool ، يمكن أن يشتعل مسحوق الزركونيوم تلقائيًا في الهواء . بسبب هذه الخاصية ، يستخدم مسحوق الزركونيوم أحيانًا في الأجهزة المتفجرة ، وفقًا لإيمسلي.
• وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ، يمكن أن يسبب مسحوق الزركونيوم تهيجًا للعين عند التعرض لفترة قصيرة ويمكن أن يكون ضارًا للرئتين عند التعرض الطويل أو المتكرر.

البحث الحالي

لأنه إذا كان الزركونيوم شديد التحمل للتآكل وقوته ، فهو موجود في عدة مركبات في مختلف الاستخدامات الطبية. وفقًا لمفهوم Zirconia Concept ، بدأ استخدام مركبات الزركونيوم في الطب في عام 1969 عندما تم استخدامه لتصنيع الأطراف الاصطناعية للورك. تم تطوير الأطراف الصناعية من الزركونيا (ZrO ₂ ) كبديل للتيتانيوم والصلب والألمنيوم ، وقد ثبت أنها أكثر مرونة وتوافقًا حيويًا أفضل. ما يقرب من 300000 مريض على مدى العقود الأربعة الماضية مع الأطراف الصناعية من الزركونيا لم يظهروا أي ردود فعل سلبية. 

يستخدم الزركونيا أيضًا على نطاق واسع في ترميم الأسنان ، وفقًا لمفهوم Zirconia ، ويتم تثبيته عادةً باستخدام الإيتريا (ZrO ₂ Y ₂ O ₃ ). مركب اليتريا-زركونيا له فوائد عديدة على المواد الأخرى. إنه أكثر توافقًا مع جسم الإنسان ولديه ضعف قوة الانحناء وأربع مرات مقاومة ضغط الفولاذ. كما أن لديها مقاومة أكبر لقواعد الأحماض الموجودة في العديد من الأطعمة. 

تشمل الأفكار الجديدة الأخرى لاستخدام سبائك الزركونيوم في المجال الطبي براءة اختراع تم تسجيلها في عام 1999 من قبل المخترعين الأمريكيين James Davidson و Lee Tuneberg. يصفون سبيكة تحتوي على النيوبيوم والتيتانيوم والزركونيوم والموليبدينوم (NbTiZrMo) وفوائدها في طب الأسنان والأجهزة الطبية الأخرى. يعطي الزركونيوم الموجود في السبيكة خواصًا ميكانيكية أعلى ويقلل أيضًا من درجة حرارة الانصهار (جنبًا إلى جنب مع التيتانيوم) ، وزيادة الاستقرار ، ومقاومة التآكل المحسنة.

براءة اختراع أخرى قدمها Shuichi Miyazaki و Heeyoung Kim و Yosuke Sato ، العلماء اليابانيون ، في عام 2012 تصف سبيكة الزركونيوم التي تتمتع بخصائص فائقة المرونة يمكن استخدامها في المجالات البيولوجية والطبية. والزركونيوم مخلوط بالتيتانيوم والنيوبيوم والقصدير أو الألومنيوم أو كليهما. تشبه السبيكة مرونة العظام البشرية ، وفقًا للقيم التي قدمها معامل يونغ ، مما يجعلها مادة مثالية للاستخدامات داخل جسم الإنسان بما في ذلك العظام الاصطناعية والمفاصل والأسنان بالإضافة إلى أسلاك تقويم الأسنان والدعامات وألواح العظام و الغرسات الطبية الأخرى.

على الرغم من أن الزركونيوم والعناصر الأخرى في السبائك المخصصة للاستخدامات الطبية وطب الأسنان غير سامة ، لا تزال هناك دراسات جارية للتأكد من أن المواد نفسها ليس لها آثار جانبية ضارة على المدى الطويل. إحدى هذه الدراسات التي أجرتها مجموعة من العلماء في إيطاليا ونشرت في PLOS Oneفي عام 2016 ، وجد مجموعة من المشاركين الذين يعانون من السمنة المفرطة أنه قد يكون هناك صلة بين غرسات الزركونيوم وبعض المشاكل الصحية ، مثل الالتهاب واضطرابات الهيكل العظمي والنسيج الضام. كان مقدار التغيير في بعض الواسمات البيولوجية (miRNAs) صغيرًا جدًا ويُعتقد أنها تتراكم بمرور الوقت ، مما يجعل من الصعب تحديد السبب الدقيق. بينما هناك حاجة إلى مزيد من البحث ، ساعدت الدراسة في فهم العلاقة بين جسم الإنسان والأجهزة الطبية المزروعة. الهدف ، وفقًا للمؤلفين ، هو الاستفادة من mrRNAs للمساعدة في التئام الجروح وتكامل الغرسة المضيفة.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com