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지르코늄

last modified: 2014-09-14 16:30:18 by Contributors

Zirconium

Zr-usage.JPG
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전이 금속 원소의 일종으로, 원자번호 40번.


주기율표 제4족에 속하는 금속원소. 천연에 풍부하고 공업적으로는 크롤법에 의해 제조하며 내식성이 매우 좋기 때문에 원자로의 재료로서 많이 이용된다.

지르코늄을 포함한 광물은 고대부터 알려져 있었다. 당시에는 "히야신스"나 "자르곤" 등 여러가지 이름으로 불리고 있었는데, 그 광물은 알루미늄의 산화물과 비슷했기 때문에 새로운 원소가 포함되어 있으리라고는 아무도 생각지 못했다. 이것이 잘못이라는 것이 판명된 건 1789년, 독일의 화학자 클라프로트였지만 그는 지르코늄의 분리에는 성공하지 못했다.

지르코늄은 내식성, 흡착성, 침투성이 풍부하기 때문에 내화물재료로서 우주왕복선 등에 쓰인다. 또, 천연금속 중에서도 가장 중성자를 흡수하기 어렵기 때문에 핵연료 피복재료로도 이용된다. 원자로는 중성자를 이용해서 핵분열을 일으키기 때문에 지르코늄의 중성자를 흡수하지 않는 성질을 필요로 한다. 지르코늄 생산량의 1%가 순도 95%의 합금 형태로 핵 연료 피복재로 사용된다.#

내식성도 좋고 경도도 높고 전연성도 좋아서 다 좋은데, 한가지 치명적인 단점이 있다. 고온에서 물과 반응하여 수소를 만든다.
  • Zr + 2 H2O → ZrO2 + 2 H2
이 반응으로 인해 수소 가스가 축적되면 폭발할 수 있는데, 1979년 스리마일 섬 원자력 발전소 사고에서 수소 가스 폭발이 처음으로 관측되었다. 그리고 그로부터 32년 후, 같은 사고가 반복되는데, 이번에는 매우 큰 규모로 치명적인 폭발이 일어난다. 그것도 하루 이틀 간격으로 3차례나. 후쿠시마 원자력 발전소 사고/경과/2011년 3월

지르코늄은 금속 뿐만이 아니라 산화물의 이용도 많다. 산화지르코늄인 지르코니아(Zirconia)는 녹는 점이 높기 때문에 내열성 세라믹스의 재료로서 알려진다. 도자기는 물론이고 금속색이 아닌 흰색의 가위나 식칼, 내열 냄비도 세라믹스이다. 여기에 희토류원소의 산화물이나 마그네슘 등을 첨가하면 안정 지르코니아라는 입방형이나 정방형의 결정으로 변화한다. 특히 입방형 지르코니아는 다이아몬드와 닮았기 때문에 모조품으로도 이용된다(일명 큐빅, or 지르콘). 치과계에서도 지르코니아를 사용하여 보철물을 제작한다.
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