锆

锆 40Zr
氢（非金属） 氦（惰性气体）
锂（碱金属） 铍（碱土金属） 硼（类金属） 碳（非金属） 氮（非金属） 氧（非金属） 氟（卤素） 氖（惰性气体）
钠（碱金属） 镁（碱土金属） 铝（贫金属） 硅（类金属） 磷（非金属） 硫（非金属） 氯（卤素） 氩（惰性气体）
钾（碱金属） 钙（碱土金属） 钪（过渡金属） 钛（过渡金属） 钒（过渡金属） 铬（过渡金属） 锰（过渡金属） 铁（过渡金属） 钴（过渡金属） 镍（过渡金属） 铜（过渡金属） 锌（过渡金属） 镓（贫金属） 锗（类金属） 砷（类金属） 硒（非金属） 溴（卤素） 氪（惰性气体）
铷（碱金属） 锶（碱土金属） 钇（过渡金属） 锆（过渡金属） 铌（过渡金属） 钼（过渡金属） 锝（过渡金属） 钌（过渡金属） 铑（过渡金属） 钯（过渡金属） 银（过渡金属） 镉（过渡金属） 铟（贫金属） 锡（贫金属） 锑（类金属） 碲（类金属） 碘（卤素） 氙（惰性气体）
铯（碱金属） 钡（碱土金属） 镧（镧系元素） 铈（镧系元素） 镨（镧系元素） 钕（镧系元素） 钷（镧系元素） 钐（镧系元素） 铕（镧系元素） 钆（镧系元素） 铽（镧系元素） 镝（镧系元素） 钬（镧系元素） 铒（镧系元素） 铥（镧系元素） 镱（镧系元素） 镥（镧系元素） 铪（过渡金属） 钽（过渡金属） 钨（过渡金属） 铼（过渡金属） 锇（过渡金属） 铱（过渡金属） 铂（过渡金属） 金（过渡金属） 汞（过渡金属） 铊（贫金属） 铅（贫金属） 铋（贫金属） 钋（贫金属） 砹（类金属） 氡（惰性气体）
钫（碱金属） 镭（碱土金属） 锕（锕系元素） 钍（锕系元素） 镤（锕系元素） 铀（锕系元素） 镎（锕系元素） 钚（锕系元素） 镅（锕系元素） 锔（锕系元素） 锫（锕系元素） 锎（锕系元素） 锿（锕系元素） 镄（锕系元素） 钔（锕系元素） 锘（锕系元素） 铹（锕系元素） 𬬻（过渡金属） 𬭊（过渡金属） 𬭳（过渡金属） 𬭛（过渡金属） 𬭶（过渡金属） 鿏（预测为过渡金属） 𫟼（预测为过渡金属） 𬬭（预测为过渡金属） 鿔（过渡金属） 鉨（预测为贫金属） 𫓧（贫金属） 镆（预测为贫金属） 𫟷（预测为贫金属） 鿬（预测为卤素） 鿫（预测为惰性气体）
 钛
↑
锆
↓
铪
钇 ← 锆 → 铌
外观
银白色
概况
名称·符号·序数锆（zirconium）·Zr·40
元素类别过渡金属
族·周期·区4·5·d
标准原子质量91.224(2)[1]
电子排布[Kr] 4d2 5s2
2, 8, 18, 10, 2
锆的电子层（2, 8, 18, 10, 2）
锆的电子层（2, 8, 18, 10, 2）
历史
发现马丁·克拉普罗特（1789年）
分离永斯·贝采利乌斯（1824年）
物理性质
物态固体
密度（接近室温）
6.52 g·cm−3
熔点时液体密度5.8 g·cm−3
熔点2128 K，1855 °C，3371 °F
沸点4650 K，4377 °C，7911 °F
熔化热14 kJ·mol−1
汽化热591 kJ·mol−1
比热容25.36 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 2639 2891 3197 3575 4053 4678
原子性质
氧化态4, 3, 2, 1, −2
（两性氧化物）
电负性1.33（鲍林标度）
电离能第一：640.1 kJ·mol−1

第二：1270 kJ·mol−1

第三：2218 kJ·mol−1
原子半径160 pm
共价半径175±7 pm
锆的原子谱线
杂项
晶体结构六方密堆积
磁序顺磁性
电阻率（20 °C）421 nΩ·m
热导率22.6 W·m−1·K−1
膨胀系数（25 °C）5.7 µm·m−1·K−1
声速（细棒）（20 °C）3800 m·s−1
杨氏模量88 GPa
剪切模量33 GPa
体积模量91.1 GPa
泊松比0.34
莫氏硬度5.0
维氏硬度820–1800 MPa
布氏硬度638–1880 MPa
CAS号7440-67-7
同位素
主条目：锆的同位素
同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰变
方式 能量​（MeV） 产物
88Zr 人造 83.4 天 ε 0.670 88Y
89Zr 人造 78.360 小时 β+ 1.811 89Y
90Zr 51.45% 稳定，带50粒中子
91Zr 11.22% 稳定，带51粒中子
92Zr 17.15% 稳定，带52粒中子
93Zr 痕量 1.61×106 年 β− 0.060 93mNb
β− 0.091 93Nb
94Zr 17.38% 稳定，带54粒中子
95Zr 人造 64.032 天 β− 1.126 95Nb
96Zr 2.80% 2.0×1019 年[2] β−β− 3.356 96Mo

锆（）（英语：），是一种化学元素，化学符号为Zr，原子序数为40，原子量为91.224 u。锆的原文名称zirconium来自锆石（），为锆元素的主要来源[3]。锆石的字源来自波斯语：زرگون（zargun），字面意思为「似金」。这是一种银白色、坚硬且带有光泽的过渡金属，性质与同族的铪极为相似，与钛的相似性稍低。

锆主要作为耐热剂与遮光剂，而少量的锆则基于它的高度抗腐蚀性被用作合金用剂。锆可以形成多种不同的无机化合物和有机金属化学，如二氧化锆及二氯二茂锆等。大自然中存在五种锆的同位素，其中三种能够稳定存在。锆的化合物在生物体内没有已知的功用。

字源

锆的名称来自锆石（德语：），锆石的字源来自波斯语：‎（zargun），字面意思为「金色之光」。

发现

1787年，利用来自斯里兰卡的黄锆石，马丁·克拉普罗特抽取出一种新的氧化物，根据锆石的名称，命名为德语：。1824年贝采利乌斯用金属钾，还原该氧化物，分离出锆金属。

特性

锆在室温时为具延展性、有光泽的灰白色金属，但在纯度较低时则硬且易碎的[4][5]。粉末状时极易燃，固体则不是。锆对于酸、碱、盐水及其他物质具有高度的抗腐蚀性[6]，但会溶解于盐酸和硫酸，尤其是当氟存在时[7]。锆与锌的合金在低于35K（-238 °C，-396.67 °F）时具有磁性[6]。 锆的熔点与沸点分别为1,855 °C（3,371 °F）与4,371 °C（7,900 °F）[6]。锆的电负度为1.33，在d区元素里排名倒数第五，在铪、钇、镧和锕之前[8]。室温时锆呈六方最密堆积的结晶，称为α-锆；而在摄氏863°时则会转变为体心立方结晶的β-锆。锆会处于β-锆状态直到温度上升至熔点[9]。

同位素

自然界中存在五种锆的同位素，其中锆90、锆91、锆92和锆94是稳定的，虽然锆94预测将会以多于1.10×1017年的半衰期进行双贝他衰变，但目前在实验中并未观测到此变化。锆96的半衰期为2.4×1019年，是锆最长寿的放射性同位素。锆90是锆的同位素中最为常见的，占51.45%；锆96的含量最少，只占2.80%[10]。 目前已合成出28种锆的人工同位素，原子量从78到110。 锆-93的半衰期为1.35×106年，为最长寿的人工同位素。最重的人工锆同位素锆110则具有最强的放射性，半衰期约为30毫秒。质量数大于等于93的放射性同位素以电子发射衰变，而质量数小于等于89的放射性同位素则以正子发射衰变。唯一的例外是锆88，以电子捕获衰变[10]。另有五种锆的同位素（锆83m、锆85m、锆89m、锆90m1、锆90m2和锆91m）以核同质异能素存在。其中，锆90m2的半衰期最短，只有131奈秒，锆89m最长，有4.161分钟[10]。

矿藏

锆在地壳中每公斤约有130毫克的含量，海水 [11]中则每升约含有0.026微克。自然中找不到锆的天然金属，反映其对水的不稳定性。锆的主要商品来源为锆石（ZrSiO4），一种主要出产于澳洲、巴西、印度、俄罗斯、南美洲和美国的硅酸盐矿物 [4]，在世界各地也有少量分布[5]。根据2013年的数据显示，三分之二的锆石开采来自澳洲和南美洲[12]。 全球锆石含量约有六千万公吨 [13]，而每年生产约九十万吨[11]。锆元素也出现在其他140种矿物中，包括具商业价值的矿物如斜锆石和kosnarite[14]。 锆元素在S-型星中的含量相对丰富，且在太阳及陨石中皆可检测出。数次阿波罗任务所带回的月球岩石样本含有相对于地球岩石较高的氧化锆含量[6]。

用途

锆不易腐蚀，主要在核子反应堆用作燃料棒的护套材料，以及用作抗腐蚀的合金。由于锆的中子截面积非常小，中子几乎可以完全透过锆，因此锆合金在核裂变反应堆中可以作为核燃料的包覆管结构材料，如锆2和锆4合金。唯一的坏处是到摄氏1260度以上时会跟水蒸汽反应产生氢气，造成氢爆。

锆也用在X光绕射仪器，当使用的为钼靶时，则利用锆以过滤其他不需要的频率。

在有机化学，锆是过渡金属参与的有机合成方法学研究中比较新颖的一种金属，锆可以和碳形成五元环或者六元环，然后被其他基团进攻而离去，从而构筑有机物的骨架。利用锆化学的方法可以合成很多新奇的化合物，比如中国科学院上海有机所刘元红研究组曾经通过锆化学的方法合成和分离出连五烯结构的化合物立方氧化锆莫氏硬度可达8.5。

锆合金常用于金属之切割，白色的二氧化锆为陶瓷刀的主要成分，非常硬，但不耐摔，一摔即碎。

参考文献
  1. Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. . Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英语）.
  2. Pritychenko, Boris; Tretyak, V. . National Nuclear Data Center. [2008-02-11]. （原始内容存档于2008-10-12）.
  3. Harper, Douglas. . Online Etymology Dictionary.
  6. Lide, David R. (编). . 4. New York: CRC Press. 2007–2008: 42. ISBN 978-0-8493-0488-0.
  7. Considine, Glenn D. (编). . . New York: Wylie-Interscience. 2005: 1778–1779. ISBN 978-0-471-61525-5.
  8. Winter, Mark. . University of Sheffield. 2007 [2008-03-05]. （原始内容存档于2008-03-18）.
  9. Schnell I & Albers RC. . Journal of Physics: Condensed Matter. January 2006, 18 (5): 16. Bibcode:2006JPCM...18.1483S. doi:10.1088/0953-8984/18/5/001.
  10. Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik. . Nuclear Physics A. 2003, 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. ISSN 0375-9474. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  11. Peterson, John; MacDonell, Margaret. . (PDF). Argonne National Laboratory. 2007: 64–65 [2008-02-26]. （原始内容 (PDF)存档于2008-05-28）.
  12. (PDF). 2014 [2019-07-14]. （原始内容存档 (PDF)于2019-01-11）.
  13. (PDF). Mineral Commodity Summaries. January 2008: 192–193 [2008-02-24]. （原始内容存档 (PDF)于2012-07-02）.
  14. Ralph, Jolyon & Ralph, Ida. . Mindat.org. 2008 [2008-02-23]. （原始内容存档于2012-11-09）.

外部链接
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