Oxid zirkoničitý
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.
| 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. | |
Výroba editovat
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
Keramika editovat
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
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
Reference editovat
- ↑ 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
- VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5.
Související články editovat
Externí odkazy editovat
Obrázky, zvuky či videa k tématu Oxid zirkoničitý na Wikimedia Commons
