Вместе с титаном в состав побочной подгруппы IV группы входят цирконий и гафний. Цирконий был открыт М. Клапротом за несколько лет до титана — в 1789 г. Название ему дали по минералу циркону. Цирконий — не редкий, но рассеянный элемент. В земной коре его больше, чем меди, олова или цинка, однако распылённость циркония настолько велика, что его применение долгое время оставалось ограниченным из-за очень высокой стоимости производства.
Цирконий, очищенный методом иодидного рафинирования.
Порошок циркония ярко вспыхивает в пламени, образуя целый сноп искр. Продуктом этой реакции является оксид ZrO2: Zr+О2=ZrO2. Мельчайшая циркониевая пыль пирофорна, т. е. самовоспламеняется на воздухе.
Ещё более рассеянным элементом оказался гафний. Его открыли голландец Дирк Костер (1889—1950) и венгр Дьёрдь Хевеши (1885—1966) в 1923 г. в виде примеси к цирконию. Гафний назвали в честь древнего наименования Копенгагена — Гафниа, хотя вначале для него предлагали имя «даний».
Химия циркония и гафния в целом похожа на химию титана. Следует отметить два основных отличия. Первое: для этих двух металлов характерна только одна степень окисления (+4). Второе: цирконий и гафний ещё более инертны, чем титан. Растворить их можно лишь в смеси плавиковой и концентрированной азотной кислот:
Zr+4HNO3+7HF=H3ZrF7+4NO2+4H2O.
В этой реакции азотная кислота является окислителем, а плавиковая связывает ионы металла в прочный комплекс. При взаимодействии циркония с иодом образуется иодид циркония ZrI4 — жёлтое кристаллическое вещество, легко возгоняющееся при температуре около 430 °С.
Оксид ZrO2 очень тугоплавок (tпл=2700 °С) и инертен при высоких температурах. С добавками оксидов иттрия или кальция его применяют как огнеупорный материал, используют в производстве защитных плёночных покрытий, а также тугоплавких и прочных стёкол.
Похожие статьи