اقرأ في هذا المقال
- أكسيد الزركونيوم الرباعي
- مركب الزركونيوم الرباعي
- استخدامات أكسيد الزركونيوم
- خصائص أكسيد الزركونيوم الرباعي
- معلومات عامة عن الزركونيا
في الكيمياء إن مركب أكسيد الزركونيوم الرباعي ويعرف بثاني أكسيد الزركونيوم عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يتكون من عنصر الزركونيوم وعنصر الأكسجين، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (ZrO2)، ويعرف في بعض الأحيان باسم زركونيا، علما أنه لا ينبغي الخلط بينه وبين الزركون.
أكسيد الزركونيوم الرباعي
أكسيد الزركونيوم (IV) المعروف أيضًا باسم الزركونيا هو عبارة عن جسيمات نانوية سيراميك يمكن استخدامها كمواد حشو نانوية، ويمكن دمجها في مجموعة متنوعة من مركبات البوليمر والمعادن من أجل تحسين الخواص الحرارية الميكانيكية للمادة الأساسية.
وهناك عدة من الخصائص المختلفة لهذا المركب ومنها: صلابة عالية للكسر، التمدد الحراري على غرار الحديد الزهر، قوة الانحناء العالية للغاية وقوة الشد، بالإضافة إلى المقاومة العالية للتآكل، أيضا الموصلية الحرارية المنخفضة، الموصلية الأيونية للأكسجين، كما أن له خصائص ترايبولوجية جيدة جدا.
مركب الزركونيوم الرباعي
- هو أكسيد بلوري أبيض من الزركونيوم، أكثر أشكاله التي تحدث بشكل طبيعي مع هيكل بلوري أحادي الميل هو معدن البادلييت النادر، ونادرًا ما يوجد الشكل البلوري المكعب ذو درجة الحرارة المرتفعة في الطبيعة مثل التازهيرانيت المعدني، ((Zr ،Ti ،Ca) O2) ومعدن مشكوك فيه أركيليت، هذا النموذج المسمى أيضًا الزركونيا المكعبة يتم تصنيعه بألوان مختلفة من أجل استخدامه كحجر كريم ومحاكاة الماس.
- إن مركب أكسيد الزركونيوم الرباعي هو مركب كيميائي غير عضوي، وهو أكسيد بلوري أبيض من الزركونيوم، شكله الأكثر حدوثًا بشكل طبيعي مع هيكل بلوري أحادي الميل هو المعدن النادر البادلييت، علما أنه نادراً ما يوجد الشكل البلوري المكعب ذو درجة الحرارة المرتفعة والذي يسمى بـ “الزركونيا المكعبة”، في الطبيعة.
ولكن يتم تصنيعه بألوان مختلفة من أجل استخدامه كأحجار كريمة، مع العلم أن الزركونيا المكعبة المتنوعة ذات التركيب البلوري المكعب هي عبارة عن أشهر محاكيات الماس، وهناك عدة تطبيقات لهذا المركب ومنها: البوتقات، فوهات الصب، عناصر التسخين، طلاء مضاد للحرارة، الموصلات الأيونية، عوازل كهربائية، مقاعد الصمام.
استخدامات أكسيد الزركونيوم
- ثاني أكسيد الزركونيوم البلوري (أكسيد الزركونيوم الرباعي) المسمى الزركونيا (يجب عدم الخلط بينه وبين الزركون والذي هو معدن، ويتم تصنيع Zirkon ™، وهو منتج في السوق) من أجل استخدامه كصبغة بيضاء من المعادن عن طريق التحويل إلى مركب (Zr(SO4)2)، متبوعًا بعملية التحلل المائي.
ويستخدم أكسيد الزركونيوم الرباعي أيضًا كمادة مقاومة للحرارة (البوتقات، بطانة الفرن)، وهو غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه قابل للذوبان فقط بشكل طفيف في (HCl و HNO3)، ومع ذلك فإنه قابل للذوبان ببطء في (HF) عند التسخين بنسبة مقدارها 66٪ حمض الكبريتيك (H2SO4).
- يظهر مركب أكسيد الزركونيوم الرباعي في الطبيعة كمعدن البادلايت، يُستخرج الخام من الرواسب الطبيعية ويخضع للتركيز والتنقية من خلال عمليات مختلفة، ومع ذلك فإنه يتم الحصول على الأكسيد بشكل أكثر شيوعًا كوسيط في استعادة الزركونيوم من الزركون (ZrSiO4)، وأيضًا فإنه من الممكن أن يتم تحضير الأكسيد في المختبر عن طريق طريقة التحلل الحراري لمركب هيدروكسيد الزركونيوم أو مادة كربونات الزركونيوم، تبعا للمعادلات الكيميائية التالية على التوالي:
Zr (OH) 4 → ZrO2 + 2H2O
Zr (CO3) 2 → ZrO2 + 2CO2
خصائص أكسيد الزركونيوم الرباعي
إن أكسيد الزركونيوم الرباعي عبارة عن مسحوق ثقيل أبيض غير متبلور، له صلابة موس 6.5، مؤشر التبريد 2.2، وهو غير قابل للذوبان في الماء ومعظم الأحماض أو القلويات في درجة حرارة الغرفة، ولكنه قابل للذوبان في حامض النيتريك وحمض الهيدروكلوريك المركز والهيدروفلوريك وحمض الكبريتيك، وهو الأكثر مقاومة للحرارة من الحراريات التجارية، وهو عازل.
- أكسيد الزركونيوم الرباعي عبارة عن مسحوق أبيض ثقيل غير متبلور أو يكون على شكل بلورات أحادية الميل، يمتلك معامل الانكسار 2.13، والكثافة 5.68 جم لكل سم مكعب، يتحول هذا المركب إلى هيكل رباعي الزوايا عند درجة حرارة أعلى من 1100 درجة مئوية ويكون الشكل المكعب فوق 1900 درجة مئوية، علما أنه يذوب عند 2710 درجة مئوية ويتبخر عند حوالي 4300 درجة مئوية.
- يتميز أكسيد الزركونيوم بأنه أكسيد الفلز الوحيد الذي يمتلك صراحة أربع خواص كيميائية على السطح، وهي الخصائص الحمضية والقاعدية وخصائص الأكسدة والاختزال، علما أنه تتم مناقشة الأنشطة التحفيزية المثيرة للاهتمام والفريدة في بعض الأحيان لمركب أكسيد الزركونيوم الرباعي نفسه فيما يتعلق بخصائص السطح.
- كما أن أكسيد الزركونيوم الرباعي هو عبارة عن عامل مساعد مثير للاهتمام ومفيد، ولقد تم توضيح توليد الحموضة الفائقة عند إضافة كمية صغيرة من أيون الكبريتات إلى مركب أكسيد الزركونيوم الرباعي، علما أنه تتميز أيضًا الخصائص السطحية للأكاسيد الثنائية المحتوية على أكسيد الزركونيوم الرباعي.
معلومات عامة عن الزركونيا
نظرًا لارتفاع تكلفة الزركونيا النقية مقارنةً بالسيراميك الناعم مثل الألومينا (Al2O3) فإنه يتم تشكيل سيراميك أكسيد الزركونيوم الرباعي عادةً بمكونات إضافية، إلى جانب تخفيضات تكلفة المواد، فإنه من الممكن أن توفر هذه المواد المضافة أو المثبتات مزايا وظيفية إضافية، حيث تتوفر محاليل الزركونيا المرتبط بأكسيد عالي النقاء (90.0٪) في الظروف المضغوطة أو المصبوبة أو المخلوطة للتطبيقات التي تتطلب أعلى مستوى متاح من مقاومة الصدمات الحرارية.
- تتميز حراريات الزركونيا بقوة عالية جدًا في درجة حرارة الغرفة والتي يتم الحفاظ عليها حتى درجات حرارة تصل إلى 1500 درجة مئوية؛ ولذلك فهي مفيدة على صورة مواد بناء ذات درجة حرارة عالية للأفران، وفي العادة تستخدم الأسواق التي تتطلب مقاومة تآكل أعلى أو قوة ميكانيكية ساخنة أكبر نظامًا من الزركونيا مع الألومينا أو أكسيد الكروم (Cr2O3)، أو قد يكون مزيجًا معقدًا من الثلاثة، ومن الممكن أن يتم ضبط النسب التركيبية لهذه المركبات بدقة لتزويد مادة بأفضل مفاضلة بين المقاومة الميكانيكية ومقاومة التآكل لتطبيقات محددة.
- يتم إجراء تحقيقات منهجية حول قابلية ترطيب أسطح الزركونيا بواسطة المعادن السائلة والخصائص الميكانيكية للسيرميت والهياكل ذات الطبقات؛ وذلك لأنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بقوة التفاعل بين المعادن والزركونيا، علما أن أكسيد الزركونيوم الرباعي غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه قابل للذوبان في حامض الهيدروفلوريك وحمض الكبريتيك والنتريك والهيدروكلوريك الساخن، وتستخدم معظم التطبيقات أطوار أكسيد الزركونيوم الرباعي المستقرة المخدرة بأكاسيد غير متكافئة.
وفي النهاية نستنج أن مركب أكسيد الزركونيوم الرباعي عبارة عن مركب غير عضوي له الصيغة الكيميائية التالية: (ZrO2)، ويعرف في بعض الأحيان باسم زركونيا، وهو عبارة عن مسحوق أبيض ثقيل غير متبلور أو يكون على شكل بلورات أحادية الميل، يظهر مركب أكسيد الزركونيوم الرباعي في الطبيعة كمعدن البادلايت، يُستخرج الخام من الرواسب الطبيعية ويخضع للتركيز والتنقية من خلال عمليات مختلفة.
