Цирконий

Химические свойства

Внешняя электронная конфигурация атома Zr 4d25s2. Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом. Компактный цирконий начинает медленно окисляться в пределах 200-400 °С, покрываясь пленкой оксида циркония (IV) ZrO2; выше 800 °С энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен - может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °С, образуя твердый раствор и гидриды ZrH и ZrH2; при 1200-1300 °С в вакууме гидриды диссоциируют и весь водород может быть удален из металла. С азотом цирконий образует при 700-800 °С нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °С с образованием карбида ZrC. Карбид и нитрид циркония - твердые тугоплавкие соединения; карбид циркония - полупродукт для получения ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию с фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и иодом при температуре выше 200 °С, образуя высшие галогениды ZrX4 (где X - галоген).

При 400-500°C Zr реагирует с кислородом:

Zr + O2 = ZrO2

Цирконий взаимодействует с кислотами, если возможно образование его анионных комплексов. Так, мелко раздробленный цирконий растворяется в плавиковой кислоте:

Zr + 6HF = H2[ZrF6] + 2H2,

в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Zr + 4HNO3 + 18HF = 3H2[ZrF6] + 4NO + 8H2O

в царской водке:

3Zr + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[ZrCl6] + 4NO + 8H2O

Цирконий устойчив к растворам щелочей.

Диоксид ZrO2 не реагирует с водой, концентрированными соляной HCl и азотной HNO3 кислотами. Взаимодействует с концентрированной плавиковой и серной кислотами. С расплавленными щелочами ZrO2 реагирует с образованием солей — цирконатов:

ZrO2 + 2КOH = К2ZrO3 + H2O.

При подкислении растворов цирконатов выделяется гидратированный гелеобразный оксид ZrO2·xH2O (гидроксид циркония):

Na2ZrO3 + HCl = NaCl + ZrO2·xH2O.