Oxid zirkoničitý
| Oxid zirkoničitý | |
|---|---|
 práškovitý oxid zirkoničitý | |
 bílý briliant | |
| Obecné | |
| Systematický název | Oxid zirkoničitý |
| Triviální název | Zirkonia |
| Anglický název | Zirconium dioxide |
| Německý název | Zirconium(IV)-oxid |
| Sumární vzorec | ZrO2 |
| Vzhled | bílé krystalky nebo prášek |
| Identifikace | |
| Registrační číslo CAS | 1314-23-4 |
| Vlastnosti | |
| Molární hmotnost | 123,22 g/mol |
| Teplota tání | 2 700 °C |
| Teplota varu | ≈ 4 500 °C |
| Teplota změny krystalové modifikace | 1 175 °C (α → β) 2 350 °C (β → γ) |
| Hustota | 5,73 g/cm3 |
| Index lomu | nDa= 2,13 nDb= 2,19 nDc= 2,20 |
| Tvrdost | 6,5–7 |
| Relativní permitivita εr | 12,5 |
| Součinitel tepelné vodivosti | 1,95 Wm−1K−1 (100 °C) |
| Měrná magnetická susceptibilita | 1,407×10−6 cm3g−1 |
| Měrný elektrický odpor | 10 000 Ώm (385 °C) 220 Ώm (700 °C) 3,6 Ώm (1 200 °C) |
| Struktura | |
| Krystalová struktura | jednoklonná (α) čtverečná (β) krychlová (γ) |
| Hrana krystalové mřížky | α-modifikace a= 514,5 pm b= 520,8 pm c= 531,1 pm β= 99°23´ β-modifikace a= 495 pm c= 516 pm |
| Termodynamické vlastnosti | |
| Standardní slučovací entalpie ΔHf° | −1 081,0 kJ/mol |
| Standardní molární entropie S° | 50,35 JK−1mol−1 |
| Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf° | −1 022,4 kJ/mol |
| Izobarické měrné teplo cp | 0,456 JK−1g−1 |
| Bezpečnost | |
| R-věty | žádné nejsou |
| S-věty | S22 |
Některá data mohou pocházet z datové položky. | |
Oxid zirkoničitý ZrO2, někdy označovaný jako zirkonia, je bílá krystalická látka s hustotou 5,73 g/cm3. Pokud neobsahuje příliš příměsí má při pokojové teplotě jednoklonnou (monoklinickou) krystalovou strukturu – tak jako vzácně se vyskytující minerál baddeleyit. Při vyšších teplotách (1 175 °C) dochází k fázové přeměně na čtverečnou (tetragonální) strukturu (typu rutilu) a při velmi vysokých teplotách (2 350 °C) se stává stabilní krychlová (kubická) struktura (typu fluoritu), která taje až při 2 700 °C.
Výroba
[editovat | editovat zdroj]Oxid zirkoničitý patří do skupiny oxidové keramiky a jeho výchozí surovinou je minerál zirkon, který je chemicky křemičitanem zirkoničitým ZrSiO4. Jeden z postupů výroby ZrO2 ze ZrSiO4 spočívá v odkřemičitění (desilikatizaci) zirkonu žíháním se směsí CaO/MgO při cca 1 500 °C.[1]
Při 1700 °C probíhá rozklad na jednoduché oxidy:
ZrSiO4(s) + 4 C(s) → SiO(s) + ZrC(s) + 3 CO(s)
ZrC(s) + 2 O2(g) → ZrO2(s) + CO2(s)
Využití
[editovat | editovat zdroj]Keramika
[editovat | editovat zdroj]Příměs oxidu vápenatého CaO či oxidu hořečnatého MgO či oxidu yttritého Y2O3 nebo oxidu ceritého Ce2O3 a dalších způsobuje, že příslušný tuhý roztok oxidu zirkoničitého s příslušnou příměsí (například v molárním poměru 47:3) si zachovává kubickou strukturu při všech teplotách, takže při změnách teploty nedochází k fázovým přeměnám a příslušná („stabilizovaná“) keramika (například ve formě kelímků či trubic) neztrácí pevnost. Používá se ve sklárnách a slévárnách jako velmi kvalitní žáruvzdorný materiál pro tavicí nádoby (pánve) a vnitřní stěny tavicích pecí, který je však ve srovnání s klasickými žáruvzdornými materiály výrazně dražší.
Z oxidu zirkoničitého se vyrábějí čepele keramických nožů.
Stabilizující příměsi CaO, MgO či Y2O3 v krystalové mřížce ZrO2 jsou příčinou značné koncentrace vakancí v aniontové podmřížce, takže tento materiál je při vyšších teplotách elektricky vodivý a může sloužit jako tuhý elektrolyt.
Značné elektrické vodivosti této keramiky využil již na konci 19. století (1897) Walther Nernst, který zkonstruoval bíle svítící lampu, v níž namísto kovového vlákna (která září v dnešních žárovkách) byla zdrojem světla zářící tzv. Nernstova tyčinka ze ZrO2 (je třeba si uvědomit, že vynález Nernstovy tyčinky časově předcházel objevu výroby tažných wolframových vláken v roce 1908.[2])
Elektrochemické vlastnosti této keramiky využili K. Kiukolla a C. Wagner[3] k sestavení koncentračních elektrochemických článků, ve kterých hrál kubický ZrO2 s 15% CaO roli tuhého elektrolytu. Tyto galvanické články umožňují určovat hodnotu chemického potenciálu kyslíku v různých chemických soustavách.
V současné době je tato zirkonoxidová keramika součástí kyslíkových čidel (sond), které detekují obsah kyslíku ve zplodinách spalovacích zařízení a signál těchto čidel je využíván pro automatickou regulaci – optimalizaci procesu spalování. Pro své elektrochemické vlastnosti je stabilizovaný ZrO2 vhodný také jako elektrolyt pro palivové články.
Šperkařství
[editovat | editovat zdroj]Významné je také využití kubické (stabilizované) formy oxidu zirkoničitého ve šperkařství jako náhrady diamantu (briliantů). Kubický ZrO2 se diamantu podobá jednak vysokým indexem lomu a tvrdostí (v Mohsově stupnici 8,5 oproti 10 u diamantu), avšak výrazně se liší v hustotě (5,6–6,0 g/cm3 oproti 3,5 g/cm3 u diamantu).
Odkazy
[editovat | editovat zdroj]Reference
[editovat | editovat zdroj]- ↑ http://www.ingentaconnect.com/content/mksg/sjm/2004/00000033/00000003/art00006
- ↑ Archivovaná kopie. www.materialmoments.org [online]. [cit. 2008-01-03]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2011-07-27.
- ↑ J. Electrochem. Soc. 104 (1957) 308, 379
Literatura
[editovat | editovat zdroj]- VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.
Související články
[editovat | editovat zdroj]Externí odkazy
[editovat | editovat zdroj]
Obrázky, zvuky či videa k tématu Oxid zirkoničitý na Wikimedia Commons
