சிர்கோனியம் அறிமுகம்
சிர்கோனியம், Zr என்ற இரசாயன குறியீடு மற்றும் அணு எண் 40 ஆல் குறிப்பிடப்படுகிறது, இது பளபளப்பான, வெள்ளி சாம்பல் நிற இடைநிலை உலோகம் ஆகும். இது பொதுவாக பூமியின் மேலோட்டில், முதன்மையாக சிர்கான் (சிர்கோனியம் சிலிகேட், ZrSiO₄) என்ற கனிமமாக காணப்படுகிறது. இந்த கனிமம் உலகின் பல்வேறு பகுதிகளில், குறிப்பாக கேரளாவில் உள்ள இந்தியாவின் கடலோரப் பகுதிகள் உட்பட, கன உலோகங்கள் நிறைந்த கடற்கரை மணல் உள்ள இடங்களில் வெட்டி எடுக்கப்படுகிறது. சிர்கோனியத்தின் தனித்துவமான பண்புகள் அணு உலைகள் முதல் மட்பாண்டங்கள் மற்றும் அறுவை சிகிச்சை கருவிகள் வரை பல்வேறு தொழில்துறை பயன்பாடுகளில் இதை மதிப்புமிக்கதாக ஆக்குகின்றன.
சிர்கோனியத்தின் இரசாயன வினைத்திறன்
சிர்கோனியம் மிதமான இரசாயன வினைத்திறனைக் காட்டுகிறது, இது ஆக்ஸிஜனுடன் அதன் வலுவான ஈர்ப்பு மற்றும் ஒரு பாதுகாப்பு ஆக்சைடு அடுக்கு உருவாக்கம் ஆகியவற்றால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகிறது.
காற்றுடன் வினைபுரிதல்
அறை வெப்பநிலையில், மொத்த சிர்கோனியம் உலோகம் காற்றில் எளிதில் வினைபுரிவதில்லை. இது அதன் மேற்பரப்பில் சிர்கோனியம் டை ஆக்சைடு (ZrO₂) இன் மெல்லிய, அடர்த்தியான மற்றும் ஒட்டும் அடுக்கை விரைவாக உருவாக்குகிறது. இந்த செயலற்ற ஆக்சைடு அடுக்கு, அடியில் உள்ள உலோகத்தை மேலும் ஆக்ஸிஜனேற்றம் செய்வதிலிருந்து பாதுகாக்கிறது. இருப்பினும், அதிக வெப்பநிலையில், குறிப்பாக 200°C க்கு மேல், சிர்கோனியம் காற்றில் உள்ள ஆக்ஸிஜனுடன் தீவிரமாக வினைபுரிந்து சிர்கோனியம் டை ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது. தூள் வடிவில், சிர்கோனியம் மிகவும் வினைத்திறன் கொண்டது மற்றும் அதன் அதிக மேற்பரப்புப் பரப்பளவு காரணமாக காற்றில் தானாகவே தீப்பற்றிக் கொள்ளும் (பைரோஃபோரிக்).
நீருடன் வினைபுரிதல்
காற்றுடன் அதன் வினைபுரிதல் போலவே, மொத்த சிர்கோனியம் உலோகம் சுற்றுப்புற வெப்பநிலையில் நீரால் ஏற்படும் அரிமானத்திற்கு அதிக எதிர்ப்பைக் காட்டுகிறது. பாதுகாப்பு சிர்கோனியம் டை ஆக்சைடு அடுக்கு குறிப்பிடத்தக்க வினைபுரிதலைத் தடுக்கிறது. இருப்பினும், அதிக வெப்பநிலையில், குறிப்பாக நீராவிடன், சிர்கோனியம் வெப்ப உமிழ்வாக வினைபுரிந்து சிர்கோனியம் டை ஆக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. இந்த வினை சில தொழில்துறை பயன்பாடுகளில் குறிப்பாக முக்கியமானது.
பாதுகாப்பு மற்றும் பண்புகள்
சிர்கோனியத்தின் பாதுகாப்புப் பண்புகள் அதன் வடிவம் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகளைப் பொறுத்தது.
நச்சுத்தன்மை
உலோக சிர்கோனியம் பொதுவாக நச்சுத்தன்மையற்றதாகக் கருதப்படுகிறது. இது உயிரியலுடன் இணக்கமானது, அதாவது இது உயிருள்ள திசுக்களில் தீங்கு விளைவிக்கும் அல்லது அழற்சி விளைவிக்கும் எதிர்வினையை ஏற்படுத்தாது, அதனால்தான் இது மருத்துவ உள்வைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பெரும்பாலான சிர்கோனியம் சேர்மங்களும் குறைந்த நச்சுத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன. இருப்பினும், நீண்ட காலத்திற்கு சிர்கோனியம் தூசி அல்லது புகையை உள்ளிழுப்பது சுவாசக் கோளாறுகளை ஏற்படுத்தும்.
கதிரியக்கத் தன்மை
இயற்கையாகவே கிடைக்கும் சிர்கோனியம் கதிரியக்கத் தன்மை அற்றது. அதன் ஐந்து நிலையான ஐசோடோப்புகள் (⁹⁰Zr, ⁹¹Zr, ⁹²Zr, ⁹⁴Zr, ⁹⁶Zr) அனைத்தும் கதிரியக்கத் தன்மை அற்றவை. இயற்கையாகவே கிடைக்கும் சிர்கோனியத்தை, சில கதிரியக்க சிர்கோனியம் ஐசோடோப்புகளில் இருந்து (எ.கா., சிர்கோனியம்-93) வேறுபடுத்துவது முக்கியம், இவை அணு உலைகளில் பிளவுப் பொருட்களாக உற்பத்தி செய்யப்படலாம் ஆனால் இயற்கையாகக் காணப்படுவதில்லை.
எரியக்கூடிய தன்மை
மொத்த சிர்கோனியம் உலோகம் சாதாரண நிலைமைகளில் எரியக்கூடியதாகக் கருதப்படாவிட்டாலும் மற்றும் அதிக உருகுநிலை (1855°C) கொண்டதாக இருந்தாலும், மிக நுண்ணிய தூள் வடிவில் உள்ள சிர்கோனியம் அதிக எரியக்கூடியது மற்றும் பைரோஃபோரிக் ஆகும். அதாவது இது அறை வெப்பநிலையில் காற்றில் தானாகவே தீப்பற்றிக் கொள்ளும். சிர்கோனியம் தூள் சம்பந்தப்பட்ட தீயை அணைப்பது சவாலானது மற்றும் சிறப்பு அணைக்கும் முகவர்கள் தேவை, ஏனெனில் நீர் மற்றும் பல பொதுவான தீயை அணைக்கும் பொருட்கள் எரியும் உலோகத்துடன் வினைபுரிந்து, தீயை மேலும் தீவிரப்படுத்தலாம் அல்லது ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்கலாம்.
ஒரு முக்கிய இரசாயன வினை
சிர்கோனியம் சம்பந்தப்பட்ட மிகவும் பிரபலமான மற்றும் மிக முக்கியமான இரசாயன வினைகளில் ஒன்று, அதிக வெப்பநிலையில் உள்ள நீராவிடன் அதன் வினைபுரிதல் ஆகும். இந்த வினை அணுசக்தி உற்பத்தியில் குறிப்பாகப் பொருத்தமானது, அங்கு சிர்கோனியம் கலவைகள் (சிர்காலாய் என அழைக்கப்படுபவை) யுரேனியம் எரிபொருள் கம்பிகளுக்கு உறைப்பூச்சாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
வினை பின்வருமாறு: Zr(s) + 2H₂O(g) → ZrO₂(s) + 2H₂(g)
சாதாரண இயக்க நிலைமைகளின் கீழ், சிர்காலாய் உறைப்பூச்சில் உள்ள பாதுகாப்பு ஆக்சைடு அடுக்கு குளிரூட்டும் நீருடன் குறிப்பிடத்தக்க வினைபுரிதலைத் தடுக்கிறது. இருப்பினும், ஒரு அணு உலை அதிக வெப்பமடையும் நிகழ்வை எதிர்கொண்டால், உறைப்பூச்சு அதிக வெப்பநிலையை அடையலாம், அங்கு அது நீராவிடன் விரைவாக வினைபுரிந்து, சிர்கோனியம் டை ஆக்சைடு மற்றும் அதிக அளவில் எரியக்கூடிய ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. இத்தகைய சூழ்நிலைகளில் ஹைட்ரஜன் வாயுவின் திரட்சி ஒரு தீவிர பாதுகாப்பு கவலையை ஏற்படுத்துகிறது, இது புகுஷிமா டாய்ச்சி அணுசக்தி பேரழிவு போன்ற சம்பவங்களில் காணப்பட்டது.