Zirconium

Zirkonium - IUPAC-Name Zirconium, chemisches Symbol Zr, Ordnungszahl 40 - ist ein weiches, biegsames, hämmerbares, stahlartig glänzendes, in Pulverform dagegen schwarzer chemischer Grundstoff aus der Elementgruppe der Übergangsmetalle.

Der Name chemischen Elements ist auf das Mineral Zirkon zurückzuführen, das Zirconium enthält. Die Bezeichnung stammt aus dem Persischen und bedeutet so viel wie goldfarben.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Zirconium

Bezeichnung:Zirconium Andere Namen:Zirkonium Symbol:Zr Ordnungszahl:40 Atommasse:91,224(2) u Periodensystem-Stellung:4. Gruppe, 5. Periode, d-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Übergangselement; Übergangsmetall; Titangruppe; Schwermetall. Entdeckung:1789 - Martin Heinrich Klaproth. Bedeutung des Namens:Zarqun (arabisch), Zargun (persisch), Zargono (syrisch) für helle Zirkonmineralien. Englischer Name:Zirconium CAS-Nummer:7440-67-7 InChI-Key:QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N

Das Zirconium-Atom

Das Zr-Atom - und damit das chemische Element Zirconium - ist eindeutig durch die 40 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Zirkonium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Zirconium-Isotope bzw. Zirkonium-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Elektronenkonfiguration

Symbol

Kurzform

[Kr] 4d² 5s²

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Zirconium-Atom zu trennen.

1. IE:

6,63390 eV

2. IE:

13,13 eV

3. IE:

22,99 eV

4. IE:

34,34 eV

5. IE:

80,348 eV

6. IE:

98,46 eV

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Zirconium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
17998	2532	2307	2223

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
430,3	343,5	329,8	181,1	178,8

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p_1/2	4p_3/2	4d_3/2	4d_5/2	4f_5/2	4f_7/2
50,6	28,5	27,1

Weitere Daten

Atomradius:206 pm (berechnet)
155 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:175(7) pm (nach Cordero et al.)
154 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
127 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
121 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:14,024 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,734; ω_L1: 0,0068; ω_L2: 0,028; ω_L3: 0,031 Coster-Kronig-Übergänge:F₁₂: 0,26; F₁₃: 0,57; F₂₃: 0,1 Austrittsarbeit:3,82 eV Termsymbol:³F₂

Ionenradius

Ionenradien des Zr(IV)-Kations in Abhängigkeit von der Koordinationszahl in Picometern pm:

Ion	KoZ	I_effektiv	I_kristall	Anmerkungen
Zr⁴⁺ Zr⁴⁺ Zr⁴⁺ Zr⁴⁺	4 6 8 9	59 72 84 89	86

Spektrallinien des Zirconiums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Zirconiums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemie des Zirconiums

Wie die anderen Übergangselemente bildet Zirconium eine Vielzahl von anorganischen Verbindungen und Koordinationskomplexen; in der Regel handelt es sich dabei um farblose, diamagnetische Feststoffe. Zirconium liegt dabei meist in der Oxidationsstufe +IV vor. Zr(III)-Verbindungen sind weniger bekannt; Zr(II) ist sehr selten. Weiteres siehe unter Zirconium-Verbindungen.

Chemische Daten

Elektronegativität:1,33 nach Pauling
1,32 nach Allen
2,8489 eV nach Gosh-Gupta
3,64 eV nach PearsonElektronaffinität:0,433 28(9) eV bzw. 41,806(9) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+ 4 (+1, +2, +3, -2)

Standardpotentiale

Normalpotential des Zirconiums:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-2,36	+ IV	Zirconiumoxid-hydroxid	ZrO(OH)₂ (s) + H₂O	+ 4 e^-	⇔	Zr (s) + 4 OH^-	Zirconium	0
-1,553	+ IV	Zirkoniumdioxid	ZrO₂ + 4 H⁺	+ 4 e^-	⇔	Zr (s) + 2 H₂O	Zirkonium	0
-1,45	+ IV	Zirkonium(IV)-Kation	Zr⁴⁺	+ 4 e^-	⇔	Zr (s)	Zirkonium	0

Material- und physikalische Eigenschaften des Zirconiums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Zirconium-Metalls auf.

Schmelzpunkt:1854 °C Schmelzenthalpie (molar):13,96 kJ mol^-1 Siedepunkt:4377 °C Verdampfungsenthalpie:581,6 kJ mol^-1 Wärmekapazität:25,36 J mol^-1 K^-1 (molar)
0,278 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:290 K Thermische Leitfähigkeit:22,6 W m^-1 K^-1 Wärmeausdehnung:5,7 μm m^-1 K^-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:2,36 × 10⁶ A V^-1 m^-1 Elektrischer Widerstand:421 nΩ m bei 20 °C Dichte:6,52 g cm^-3
5,8 g cm^-3 (flüssig, am Schmelzpunkt) Elastizitätsmodul:97,1 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):83,3 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0120 GPa^-1 300 K Poisson-Zahl:0,34 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:Hexagonal-dichteste Kugelpackung, Mg-Typ - hcp Gitterkonstanten:a = 323 pm, c = 514; Z = 2 Raumgruppe:P6₃/mmc - Nr. 194 Härte:nach Mohs: 5,0
nach Vickers: 0,903 GPa
nach Brinell: 0,650 GPa
nach Brinell (neu): 0,333 GPa Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:1,1 × 10^-4 cm³ mol^-1 Schallgeschwindigkeit:3800 m s^-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol^-1 (Feststoff, Kristall)
608,8 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:566,5 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:39,0 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
181,4 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Neben der genannten α-Modifikation tritt das Metall oberhalb von 863 °C bis zum Schmelzpunkt als beta-Zirkonium (β-Zr) auf und ändert seinen Kristallaufbau zur kubisch-innenzentrierten β-Struktur vom Wolfram-Typ mit a = 361 pm und der Raumgruppe Nr. 229 - lm3m.

Externe Informationsangebote

Informationen, Daten zum Element

Zirkonium
Vortragsskript zur Anorganischen Chemie. Universität Bayreuth

Gruppenelemente - Informationen

Koordinationschemie
Einführung in die Koordinationschemie der Übergangsmetalle / Inneren Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF

Titangruppe
Vorlesungsmaterialien: Chemie der Metalle - IV. Nebengruppe / 4. Gruppe. Universität Freiburg

Übergangsmetalle
Vorlesungsskript: Chemie der Übergangselemente, Koordinationschemie, Stoffchemie - Format: PDF

Übergangsmetalle
Übergangsmetalle Gruppen 3-12; Innere Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF

Verbindungsklassen

Chemikalien-Datenbank
Datenbank mit Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbare Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche

Glucopyranosidatozirconat-Komplexe
Supramolekulare Eigenschaften chiraler organometallischer Glucopyranosidatozirconat-Komplexe. Dissertation, 2009. Universität Hamburg

Metallocene
Dialkylaminoethyl- und Trifluorpropyl-funktionalisierte Metallocene der Elemente Titan und Zirconium: Synthese, Struktur und Polymerisationseigenschaften. Dissertation, 2005. Universität Bielefeld

Optisch aktive Komplexe des Zirkoniums
Optisch aktive Cyclopentadienylliganden mit [2.2.1]-bicyclischen Substituenten aus dem chiral pool und deren Komplexe mit Titan und Zirkonium. Dissertation, 2005. Universität Kaiserslautern

Oxo-Verbindungen der Titangruppe
Strukturen in Abbildungen. Universität Mainz - Format: PDF

Pentafulvenzirconiumkomplexe
Edukte neuartiger Zirconiumderivate mit Chelatliganden. Dissertation, 2002. Universität Oldenburg

Tetraphenylporphyrinkomplexe des Zirconiums
Photophysik und Photochemie von Tetraphenylporphyrinkomplexen des Zirconiums und des Hafniums. Dissertation, 2003. Universität Regensburg

Zirconiumkomplexe mit Pentalenliganden
Synthesen, Strukturen und Reaktionen von Zirconiumkomplexen mit Pentalenliganden. Dissertation, 2001. Universität Bochum

Chemische Reaktionen

Übergangsmetall-katalysierte Reaktionen
Vorlesungsskript. Universität des Saarlandes - Format: PDF

Zirconiumalkoxid-katalysierte Aldol-Tishchenko-Reaktion
Die Zirconiumalkoxid-katalysierte Aldol-Tishchenko-Reaktion von Keton-Aldolen. Dissertation, 2005. Universität Göttingen

Metallorganische Chemie und Reagenzien

Koordinations- und Übergangsmetallchemie
Vorlesungsmaterialien zur Anorganischen Chemie. FH Münster - Format: PDF

Mineralogie

Zirconiumhaltige Minerale
Informationen zum Zirkonium, dem Zirkon (Zircon) und den Zirconiummineralien. Mineralien Atlas

Newsarchiv

Älteste Zirkone aus Mondgestein
Neue Erkenntnisse zur Entwicklung des Mondes. Artikel, Januar 2009

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 14.05.2020.

Permalink: https://www.internetchemie.info/chemische-elemente/zirconium.php