في الكيمياء إن مركب هيدريد الزركونيوم عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي، يتكون من عنصر الزركونيوم وعنصر الهيدروجين، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (ZrH2)، يتواجد على شكل مسحوق معدني رمادي أسود أو مادة صلبة سوداء رمادية.
هيدريد الزركونيوم
- إن هيدريد الزركونيوم عبارة عن مسحوق أسود رمادي يمتلك كثافة مقدارها 5.60 جم لكل سم مكعب، وهو مستقر في الماء، قابل للذوبان في حمض الهيدروفلوريك المخفف وقابل للذوبان في الأحماض المركزة، وهيدريد الزركونيوم عبارة عن عامل اختزال قوي في المحلول الحمضي أو في درجات حرارة عالية.
- وهو مستقر تجاه الهواء والماء، له كثافة مقدارها 5.47 غرام لكل سم مكعب، لا يوجد تفاعل مع الماء في ظل الظروف العادية، يشتعل بسهولة ويحترق بلهب شديد، سيزيد الماء من شدة الحريق، يستخدم كعامل ربط للمواد الكاشطة والسيراميك، في تعدين المساحيق، وفي مخاليط الصمامات المتأخرة في قذائف التوهج.
- وهيدريد الزركونيوم عبارة عن محفز الهدرجة في صناعة الأنابيب المفرغة أيضًا، يتم استخدامه كمصدر للهيدروجين النقي ومحفز في تفاعلات الهدرجة، وهناك بعض التطبيقات الأخرى في تعدين المساحيق وكوسيط في المفاعلات النووية وكعامل رغوة معدنية، ويصف هيدريد الزركونيوم سبيكة مصنوعة عن طريق الجمع بين الزركونيوم والهيدروجين مع الصيغة (ZrH2).
- تبلغ درجة انصهار هيدريد الزركونيوم 800 درجة مئوية تقريبًا، ومن الممكن أن يتم جعل مركب هيدريد الزركونيوم أكثر صلابة وأقوى من الزركونيوم وذلك من خلال زيادة محتوى الهيدروجين، ولكن هيدريد الزركونيوم هذا أقل قابلية للدكتات من الزركونيوم، إن مساحيق هيدريد الزركونيوم قابلة للذوبان في حمض الهيدروفلوريك أو الكحول، وتتفاعل بعنف مع الماء أو الأحماض أو المؤكسدات أو المركبات المهلجنة.
- إن مساحيق هيدريد الزركونيوم هي مساحيق معدنية عديمة الرائحة من الرمادي الداكن إلى الأسود، يستخدم مسحوق ميكرون هيدريد الزركونيوم كعوامل اختزال قوية وعوامل رغوة، كما أنه يستخدم كمادة مضافة في السبائك الصلبة، ويستخدم كوسيط نيوتروني في المفاعلات النووية ذات الطيف الحراري.
- علاوة على ذلك فإنه يتم استخدام مركب هيدريد الزركونيوم في تعدين المساحيق وكمحفز للهدرجة وكعامل مختزل وكجهاز تجميع الأنبوب المفرغ، ويستخدم هيدريد الزركونيوم كعامل رغوة في إنتاج الرغوة المعدنية، تشمل الاستخدامات الأخرى العمل كوقود في تركيبات الألعاب النارية، أي بادئات الألعاب النارية.
- لقد تم تحسين هيدريد الزركونيوم من أجل كفاءة الطاقة، وهيدريد الزركونيوم عبارة عن مسحوق هش من الرمادي إلى الأسود يستخدم كجامع في الأنابيب المفرغة، كعامل ربط للمواد الكاشطة والسيراميك، في تعدين المساحيق، وفي مخاليط الصمامات المتأخرة في قذائف التوهج، وهناك مخاطر حريق خطيرة وقابلة للاشتعال، خاصة في وجود المؤكسدات، إذ أن هيدريد الزركونيوم قابل للاشتعال.
- إن مركب هيدريد الزركونيوم عبارة عن عامل اختزال قوي، وهو قابل للاشتعال عندما يكون جاف أو رطب، ومن الخطورة جدا أن يتم التعامل معها، حيث أنه من الممكن أن تنفجر، وهيدريد الزركونيوم عبارة عن مادة متوهجة عندما يتم تسخينها في الهواء.
استخدامات هيدريد الزركونيوم
- إن هيدريد الزركونيوم عبارة عن مادة صلبة رمادية معدنية هشّة ومستقرة في الهواء والماء، علما أن الخصائص الكيميائية لهيدريد الزركونيوم (ZrH2) تشبه إلى حد كبير خصائص هيدريد التيتانيوم، تعتبر الاستخدامات التجارية بمثابة عامل جذب في صناعة الأنابيب المفرغة والأنظمة الأخرى، كمصدر للهيدروجين للمعادن الرغوية، وكخزان للهيدروجين من أجل إدخال الزركونيوم في سبائك المسحوق.
- كما ويستخدم هيدريد الزركونيوم من أجل عملية ربط المعادن والسيراميك والمعدن مع المعدن، وكوسيط في المفاعلات النووية وكمصدر لمسحوق معدن الزركونيوم وسبائكه، وبشكل عام تكون الكثافة الذرية للهيدروجين في العديد من هيدرات المعادن أكبر منها في الهيدروجين السائل أو في الماء، وهيدرات المعادن هي وسيط فعال ومواد واقية من النيوترونات وهي مناسبة بشكل خاص لتقليل حجم الدرع الأساسي.
- تُستخدم سبائك الزركونيوم حاليًا في محطات الطاقة النووية حيث تكون عرضة لالتقاط الهيدروجين، كما وقد يحدث ترسيب للهيدريد عندما يتم الوصول إلى حد قابلية ذوبان الهيدروجين، وقد تم تحديد مراحل هيدريد الزركونيوم المختلفة، ومنذ الخمسينيات من القرن الماضي لقد تم تحديد وتمييز هيدريد الزركونيوم الجديد من خلال الجمع بين الانقسام الدقيق للإلكترون والتحليل الطيفي لفقدان طاقة الإلكترون والحسابات الإلكترونية.
- وهيدريد الزركونيوم ينتمي إلى النظام البلوري المثلثي مع المجموعة الفضائية (P3 m1) وهو متماسك تمامًا مع مصفوفة (α Zr)، وهنا من خلال تطبيق معقد هيدريد الزركونيوم كمحفز فإنه يتم تحقيق هدرجة نقل الكينولين ومشتقات الإندول مع بوران الأمونيا كمصدر للبروتون والهيدريد، وقد تم الحصول على ما يصل إلى نسبة 94 ٪ من المنتجات المهدرجة المقابلة مع تحمل المجموعات الوظيفية المختلفة.
- لقد كشفت الدراسات الميكانيكية الأولية عن مسار تفاعل تنشيط متضافر لـ (N-H و B-H)، ومن الممكن أن يتم استخدام هيدريد الزركونيوم (II) (ZrH2) كسلعة لما يلي: توليف الضغط الساخن التفاعلي لسيراميك (Zr2SC) عن طريق تفاعل الإزاحة مع خليط كربيد الزركونيوم (ZrC) وثاني كبريتيد الزركونيوم (ZrS2)، وفي توليف هيدرات (Mg-Zr) من خلال معالجتها بهيدريد المغنيسيوم (MgH2) من أجل تخزين الهيدروجين.
- كما ويستخدم هيدريد الزركونيوم من أجل تحضير طبقة منظمة كلوريد نيتريد الزركونيوم (ZrNCl) بالتفاعل مع كلوريد الأمونيوم ذو الصيغة الكيميائية التالية: (NH4Cl).
تحضير هيدريد الزركونيوم
- من الممكن أن يتم تحضير مركب هيدريد الزركونيوم عن طريق تسخين أكسيد الزركونيوم بالمغنيسيوم في وجود الهيدروجين، وذلك تبعا للمعادلة الكيميائية التالية:
ZrO2 + 2Mg + H2 → ZrH2 + 2MgO
- بدلاً من ذلك فإنه من الممكن أن يتم صنع الهيدريد عن طريق تسخين أكسيد الزركونيوم بهيدريد الكالسيوم في وجود الهيدروجين، ومن الممكن أيضًا أن يتم الحصول على الهيدريد عن طريق عملية الجمع بين فلز الزركونيوم والهيدروجين عند درجة حرارة مرتفعة، وبالنسبة لأساليب الانتاج فقد تم إنتاج هيدريد الزركونيوم في صورة مسحوق عن طريق اختزال أكسيد الزركونيوم بهيدريد الكالسيوم في مفاعل.
- ومع ذلك فلقد كانت هذه العملية خطرة وحدثت العديد من الحرائق والانفجارات عندما تم إذابة أكسيد الكالسيوم مع حمض الهيدروكلوريك من أجل استعادة مسحوق الهيدريد، مع التوافر الجاهز لمعدن الزركونيوم عبر عملية (Kroll)، فإنه من الممكن أن يتم الحصول على مادة هيدريد الزركونيوم عن طريق الامتصاص الطارد للحرارة للهيدروجين بواسطة الزركونيوم النقي.
- في العادة فإنه يكون الإسفنج عالي المسامية، وتبلغ حرارة التكوين 167.4 جول لكل مول أي ما يساوي مقدار (40 كيلو كالوري لكل مول) من الهيدروجين الممتص.
وفي النهاية نتستنتج أن هيدريد الزركونيوم مركب غير عضوي، يتكون من عنصر الزركونيوم وعنصر الهيدروجين، يمتلك الصيغة الكيميائية: (ZrH2) وهو عبارة عن مادة صلبة رمادية معدنية هشّة، تدخل في العديد من الاستخدامات المختلفة والمتنوعة، منها: من أجل عملية ربط المعادن والسيراميك والمعدن مع المعدن، وكوسيط في المفاعلات النووية وكمصدر لمسحوق معدن الزركونيوم وسبائكه وغيرها الكثير.
