지르코늄

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주기율표
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[[수소|{{{#d00,#fc3 H
{{{-5

수소
]]
[[헬륨|{{{#d00,#fc3 He
{{{-5

헬륨
]]
2
[[리튬|{{{#000,#fff Li
{{{-5

리튬
]]
[[베릴륨|{{{#000,#fff Be
{{{-5

베릴륨
]]
[[붕소|{{{#000,#fff B
{{{-5

붕소
]]
[[탄소|{{{#000,#fff C
{{{-5

탄소
]]
[[질소|{{{#d00,#fc3 N
{{{-5

질소
]]
[[산소|{{{#d00,#fc3 O
{{{-5

산소
]]
[[플루오린|{{{#d00,#fc3 F
{{{-5

플루오린
]]
[[네온|{{{#d00,#fc3 Ne
{{{-5

네온
]]
3
[[나트륨|{{{#000,#fff Na
{{{-5

나트륨
]]
[[마그네슘|{{{#000,#fff Mg
{{{-5

마그네슘
]]
[[알루미늄|{{{#000,#fff Al
{{{-5

알루미늄
]]
[[규소|{{{#000,#fff Si
{{{-5

규소
]]
[[인(원소)|{{{#000,#fff P
{{{-5

]]
[[황(원소)|{{{#000,#fff S
{{{-5

]]
[[염소(원소)|{{{#d00,#fc3 Cl
{{{-5

염소
]]
[[아르곤|{{{#d00,#fc3 Ar
{{{-5

아르곤
]]
4
[[칼륨|{{{#000,#fff K
{{{-5

칼륨
]]
[[칼슘|{{{#000,#fff Ca
{{{-5

칼슘
]]
[[스칸듐|{{{#000,#fff Sc
{{{-5

스칸듐
]]
[[티타늄|{{{#000,#fff Ti
{{{-5

티타늄
]]
[[바나듐|{{{#000,#fff V
{{{-5

바나듐
]]
[[크로뮴|{{{#000,#fff Cr
{{{-5

크로뮴
]]
[[망가니즈|{{{#000,#fff Mn
{{{-5

망가니즈
]]
[[철(원소)|{{{#000,#fff Fe
{{{-5

]]
[[코발트|{{{#000,#fff Co
{{{-5

코발트
]]
[[니켈|{{{#000,#fff Ni
{{{-5

니켈
]]
[[구리|{{{#000,#fff Cu
{{{-5

구리
]]
[[아연|{{{#000,#fff Zn
{{{-5

아연
]]
[[갈륨|{{{#000,#fff Ga
{{{-5

갈륨
]]
[[저마늄|{{{#000,#fff Ge
{{{-5

저마늄
]]
[[비소|{{{#000,#fff As
{{{-5

비소
]]
[[셀레늄|{{{#000,#fff Se
{{{-5

셀레늄
]]
[[브로민|{{{#00f,#3cf Br
{{{-5

브로민
]]
[[크립톤|{{{#d00,#fc3 Kr
{{{-5

크립톤
]]
5
[[루비듐|{{{#000,#fff Rb
{{{-5

루비듐
]]
[[스트론튬|{{{#000,#fff Sr
{{{-5

스트론튬
]]
[[이트륨|{{{#000,#fff Y
{{{-5

이트륨
]]
[[지르코늄|{{{#000,#fff Zr
{{{-5

지르코늄
]]
[[나이오븀|{{{#000,#fff Nb
{{{-5

나이오븀
]]
[[몰리브데넘|{{{#000,#fff Mo
{{{-5

몰리브데넘
]]
[[테크네튬|{{{#000,#fff Tc
{{{-5 __

테크네튬
__]]
[[루테늄|{{{#000,#fff Ru
{{{-5

루테늄
]]
[[로듐|{{{#000,#fff Rh
{{{-5

로듐
]]
[[팔라듐|{{{#000,#fff Pd
{{{-5

팔라듐
]]
[[은|{{{#000,#fff Ag
{{{-5

]]
[[카드뮴|{{{#000,#fff Cd
{{{-5

카드뮴
]]
[[인듐|{{{#000,#fff In
{{{-5

인듐
]]
[[주석(원소)|{{{#000,#fff Sn
{{{-5

주석
]]
[[안티모니|{{{#000,#fff Sb
{{{-5

안티모니
]]
[[텔루륨|{{{#000,#fff Te
{{{-5

텔루륨
]]
[[아이오딘|{{{#000,#fff I
{{{-5

아이오딘
]]
[[제논(원소)|{{{#d00,#fc3 Xe
{{{-5

제논
]]
6
[[세슘|{{{#000,#fff Cs
{{{-5

세슘
]]
[[바륨|{{{#000,#fff Ba
{{{-5

바륨
]]
(란)
[[하프늄|{{{#000,#fff Hf
{{{-5

하프늄
]]
[[탄탈럼|{{{#000,#fff Ta
{{{-5

탄탈럼
]]
[[텅스텐|{{{#000,#fff W
{{{-5

텅스텐
]]
[[레늄|{{{#000,#fff Re
{{{-5

레늄
]]
[[오스뮴|{{{#000,#fff Os
{{{-5

오스뮴
]]
[[이리듐|{{{#000,#fff Ir
{{{-5

이리듐
]]
[[백금|{{{#000,#fff Pt
{{{-5

백금
]]
[[금|{{{#000,#fff Au
{{{-5

]]
[[수은|{{{#00f,#3cf Hg
{{{-5

수은
]]
[[탈륨|{{{#000,#fff Tl
{{{-5

탈륨
]]
[[납|{{{#000,#fff Pb
{{{-5

]]
[[비스무트|{{{#000,#fff Bi
{{{-5

비스무트
]]
[[폴로늄|{{{#000,#fff Po
{{{-5

폴로늄
]]
[[아스타틴|{{{#000,#fff At
{{{-5 __

아스타틴
__]]
[[라돈|{{{#d00,#fc3 Rn
{{{-5

라돈
]]
7
[[프랑슘 |{{{#000,#fff Fr
{{{-5 __

프랑슘
__]]
[[라듐 |{{{#000,#fff Ra
{{{-5

라듐
]]
(악)
[[러더포듐 |{{{#000,#fff Rf
{{{-5 __

러더포듐
__]]
[[더브늄 |{{{#000,#fff Db
{{{-5 __

더브늄
__]]
[[시보귬 |{{{#000,#fff Sg
{{{-5 __

시보귬
__]]
[[보륨 |{{{#000,#fff Bh
{{{-5 __

보륨
__]]
[[하슘 |{{{#000,#fff Hs
{{{-5 __

하슘
__]]
[[마이트너륨 |{{{#000,#fff Mt
{{{-5 __

마이트너륨
__]]
[[다름슈타튬 |{{{#000,#fff Ds
{{{-5 __

다름슈타튬
__]]
[[뢴트게늄 |{{{#000,#fff Rg
{{{-5 __

뢴트게늄
__]]
[[코페르니슘 |{{{#00f,#3cf Cn
{{{-5 __

코페르니슘
__]]
[[니호늄 |{{{#000,#fff Nh
{{{-5 __

니호늄
__]]
[[플레로븀 |{{{#00f,#3cf Fl
{{{-5 __

플레로븀
__]]
[[모스코븀 |{{{#000,#fff Mc
{{{-5 __

모스코븀
__]]
[[리버모륨 |{{{#000,#fff Lv
{{{-5 __

리버모륨
__]]
[[테네신 |{{{#000,#fff Ts
{{{-5 __

테네신
__]]
[[오가네손 |{{{#000,#fff Og
{{{-5 __

오가네손
__]]
(란)
[[란타넘|{{{#000,#fff La
{{{-5

란타넘
]]
[[세륨|{{{#000,#fff Ce
{{{-5

세륨
]]
[[프라세오디뮴|{{{#000,#fff Pr
{{{-5

프라세오디뮴
]]
[[네오디뮴|{{{#000,#fff Nd
{{{-5

네오디뮴
]]
[[프로메튬|{{{#000,#fff Pm
{{{-5 __

프로메튬
__]]
[[사마륨|{{{#000,#fff Sm
{{{-5

사마륨
]]
[[유로퓸|{{{#000,#fff Eu
{{{-5

유로퓸
]]
[[가돌리늄|{{{#000,#fff Gd
{{{-5

가돌리늄
]]
[[터븀|{{{#000,#fff Tb
{{{-5

터븀
]]
[[디스프로슘|{{{#000,#fff Dy
{{{-5

디스프로슘
]]
[[홀뮴|{{{#000,#fff Ho
{{{-5

홀뮴
]]
[[어븀|{{{#000,#fff Er
{{{-5

어븀
]]
[[툴륨|{{{#000,#fff Tm
{{{-5

툴륨
]]
[[이터븀|{{{#000,#fff Yb
{{{-5

이터븀
]]
[[루테튬|{{{#000,#fff Lu
{{{-5

루테튬
]]
(악)
[[악티늄|{{{#000,#fff Ac
{{{-5

악티늄
]]
[[토륨|{{{#000,#fff Th
{{{-5

토륨
]]
[[프로트악티늄|{{{#000,#fff Pa
{{{-5

프로트악티늄
]]
[[우라늄|{{{#000,#fff U
{{{-5

우라늄
]]
[[넵투늄|{{{#000,#fff Np
{{{-5 __

넵투늄
__]]
[[플루토늄|{{{#000,#fff Pu
{{{-5 __

플루토늄
__]]
[[아메리슘|{{{#000,#fff Am
{{{-5 __

아메리슘
__]]
[[퀴륨|{{{#000,#fff Cm
{{{-5 __

퀴륨
__]]
[[버클륨|{{{#000,#fff Bk
{{{-5 __

버클륨
__]]
[[캘리포늄|{{{#000,#fff Cf
{{{-5 __

캘리포늄
__]]
[[아인슈타이늄|{{{#000,#fff Es
{{{-5 __

아인슈타이늄
__]]
[[페르뮴|{{{#000,#fff Fm
{{{-5 __

페르뮴
__]]
[[멘델레븀|{{{#000,#fff Md
{{{-5 __

멘델레븀
__]]
[[노벨륨|{{{#000,#fff No
{{{-5 __

노벨륨
__]]
[[로렌슘|{{{#000,#fff Lr
{{{-5 __

로렌슘
__]]
범례

배경색: 원소 분류
알칼리 금속
]]
[[알칼리 토금속 |{{{#000,#fff
display:inline-block; width:7em; margin:-25px 0"
[[란타넘족|{{{#000,#fff
display:inline-block; width:7em; margin:-25px 0"
[[악티늄족|{{{#000,#fff
display:inline-block; width:7em; margin:-25px 0"
[[전이 원소 |{{{#000,#fff
display:inline-block; width:7em; margin:-25px 0"
[[전이후 금속 |{{{#000,#fff
display:inline-block; width:7em; margin:-25px 0"
[[준금속|{{{#000,#fff
display:inline-block; width:7em; margin:-25px 0"
[[비금속|{{{#000,#fff
display:inline-block; width:7em; margin:-25px 0"
[[비금속|{{{#000,#fff
display:inline-block; width:7em; margin:-25px 0"
[[비활성 기체 |{{{#000,#fff

밑줄: 자연계에 없는 인공 원소 혹은 극미량으로만 존재하는 원소로, 정확한 원자량을 측정하기 어려움.
글자색: 표준 상태(298 K(25 °C), 1기압)에서의 원소 상태, ● 고체 · ● 액체 · ● 기체





40Zr
지르코늄 >

 | 
Zirconium

분류
전이 원소
상태
고체
원자량
91.224
밀도
6.52 g/cm3
녹는점
1855 °C
끓는점
4377 °C
용융열
14 kJ/mol
증발열
591 kJ/mol
원자가
4
이온화에너지
640.1, 1270, 2218 kJ/mol
전기음성도
1.33
전자친화도
41.1 kJ/mol
발견
M. H. Klaproth (1789)
CAS 등록번호
7440-67-7
이전 원소
이트륨(Y)
다음 원소
나이오븀(Nb)



Zirconium

1. 개요
2. 역사
3. 특징
4. 용도

파일:attachment/Zr-usage.jpg[1]
파일:zirconium.jpg


1. 개요[편집]


주기율표 제4족에 속하는 금속원소. 천연에 풍부하고 공업적으로는 마그네슘을 이용한 크롤법에 의해 제조하며 내식성이 매우 좋기 때문에 원자로의 재료로서 많이 이용된다.


2. 역사[편집]


지르코늄을 포함한 광물은 고대부터 알려져 있었다. 당시에는 "히야신스"나 "자르곤" 등 여러가지 이름으로 불리고 있었는데, 그 광물은 알루미늄의 산화물과 비슷했기 때문에 새로운 원소가 포함되어 있으리라고는 아무도 생각지 못했다. 이것이 실수라는 것이 판명된 건 1789년, 독일의 화학자 마르틴 하인리히 클라프로트에 의해서였지만 그는 지르코늄의 분리에는 성공하지 못했다. 이후 1808년 영국의 험프리 데이비는 전기분해를 통해 순수한 지르코늄을 얻으려 했지만 실패했고, 1824년 베르셀리우스불순물이 섞인 형태로 분리하였다.

다만 19세기 시점에서 지르코늄의 원자량은 정확히 알아낼 수 없었다. 지르코늄의 원자량은 실제보다 높게 측정되었는데, 이는 20세기 초에 들어서야 잘못되었다는 것이 밝혀졌다. 1923년에 Coster 와 Hevesey 가 하프늄 이라는 원소를 발견하여 보고했는데, 질량이 지르코늄의 두 배에 육박하나,[2] +4가 이온이 안정하고 원자 반지름도 유사한 특징이 있다. 이로 인해 화학적 성질이 유사하여 지르코늄 화합물에서 하프늄 화합물을 인지하기는 쉽지 않았고,[3] 따라서 하프늄에 의해 지르코늄의 질량이 실제보다 무거운 것처럼 보인 것. #

3. 특징[편집]


지르코늄은 내식성, 흡착성, 침투성이 풍부하기 때문에 내화물재료로서 우주왕복선 등에 쓰인다. 또, 중성자를 잘 흡수하지 않기 때문에 핵연료 피복재료로도 이용된다. 원자로는 중성자를 이용해서 핵분열을 일으키기 때문에 지르코늄의 중성자를 잘 흡수하지 않는 성질을 필요로 한다. 마그네슘이나 베릴륨처럼 지르코늄보다 중성자를 덜 흡수하는 재질도 존재하지만, 단가와 내식성, 높은 녹는점 등의 기계적 특성 등을 고려하면 지르코늄이 제일 적합하다. 지르코늄 생산량의 1%가 순도 95%의 합금 형태로 핵 연료 피복재로 사용된다.# 비등경수로에서는 니켈이 포함된 지르코늄-2를 사용하며, 한국에서도 사용되는 가압경수로 노형의 경우 니켈이 수소를 흡수해 피복재에 취성이 생기는 문제로 인해 니켈을 제외하고 철의 비중을 늘린 지르코늄-4 합금을 사용한다.

그리고 핵분열실험의 방어재로도 쓰이기 때문에 고농도의 Zr은 IAEA의 관리대상 품목이기도 하다. 그렇기에 순도가 높은 지르콘계열 합성물 연구실험은 언제나 지르콘의 농도를 높이는 삽질부터 시작하는 판국이기도 하다. 75%이상은 관리대상이라 구하려면 여러가지 인증을 받아야한다나...

연도가 오래된 연구실이나 퇴임교수들에게 대대로 물려받은 연구실에 가보면 관리대상이 되기 이전의 고농도 지르코늄화합물이 있기도 한다. 하지만 실제 실험에는 안 쓴다, 아니 못 쓴다. 사실 관리지정이 된 게 10여 년 전이니...이미 변성될 확률이 높다. 까지도 않은 지르코늄 화합물이 있다면 대단한 거지만, 실험재료가 동일한 물건이 이제 없을 텐데... 재현성을 고려하자면 써도 골치고 안 써도 골치다. (재료 및 화학합성 관련 논문 작성 시에는 사용한 원료의 순도와 제조회사는 필수기입요소다. 기입해야 재현성 실험의 오차가 줄어드니까... 경우에 따라서는 LOT 넘버까지 기재해야 할 정도...)

내식성도 좋고 경도도 높고 전연성도 좋아서 다 좋은데, 한 가지 치명적인 단점이 있다. 약 화씨 2200도, 섭씨로는 1200도 근방에서 물과의 산화반응 속도가 급격하게 증가하며, 이 때 많은 양의 수소를 만든다.[4] 또한, 이는 발열반응이기에 이 반응이 일어나기 시작하면 이미 냉각은 물건너갔다고 생각하면 되고, 이로 인해 원자력 안전에서 화씨 2200도는 반드시 지켜야 할 마지노선으로 취급받는다.
  • [math(\text{Zr} + \text{2H}_\text{2}\text{O})] → [math(\text{ZrO}_\text{2} + \text{2H}_\text{2})]
이 반응으로 인해 수소 가스가 축적되면 폭발할 수 있는데, 1979년 스리마일 섬 원자력 발전소 사고에서 수소 가스 폭발이 처음으로 관측되었다. 그리고 그로부터 32년 후, 같은 사고가 반복되는데, 이번에는 매우 큰 규모로 치명적인 폭발이 일어난다. 그것도 하루 이틀 간격으로 3차례나. 후쿠시마 원자력 발전소 사고/경과/2011년 3월


4. 용도[편집]


지르코늄은 금속 뿐만이 아니라 산화물의 이용도 많다. 산화지르코늄인 지르코니아(Zirconia)는 녹는 점이 높기 때문에 내열성 세라믹스의 재료로서 알려진다. 도자기는 물론이고 금속색이 아닌 흰색의 가위나 식칼, 내열 냄비도 세라믹스이다. 여기에 희토류 원소의 산화물이나 마그네슘 등을 첨가하면 안정 지르코니아라는 입방형이나 정방형의 결정으로 변화한다. 특히 입방형 지르코니아는 다이아몬드와 닮았기 때문에 모조품으로도 이용된다(일명 큐빅이나 지르콘).

치과계에서도 지르코니아를 사용하여 보철물(크라운)을 제작한다. 가격이 금니 이상으로 비싸지만 보험처리 해주세요 튼튼하고[5] 치아색이라는 장점까지 있어서 보철물중에서 가격을 생각하지 않는다면 가장 완벽하다는 평가를 듣는다.

어느 회사자사의 한정판 초프리미엄(?)폰 뒷판에 지르코늄 세라믹을 넣었다.

ZrN(질화지르코늄)은 내마모성이 매우 뛰어나기 때문에 고급 공구나 나이프의 코팅재로도 많이 쓰인다.

-늄으로 끝나는 원소여서 끝말잇기에서 다른 -륨, -늄 원소들과 같이 한방단어로 사용된다.
파일:크리에이티브 커먼즈 라이선스__CC.png 이 문서의 내용 중 전체 또는 일부는 2023-12-17 23:47:36에 나무위키 지르코늄 문서에서 가져왔습니다.

[1] 참고로 여기서 탄두에 쓰인다는 이야기는 소이탄에만 해당되는 이야기이다. 일반적인 탄환은 구리 도금한 납 탄두를 쓰며, 철갑탄 관통자로는 텅스텐이나 우라늄을 쓴다. FN 5.7×28mm처럼 연철알루미늄을 쓰는 경우도 있다.[2] 지르코늄 원자의 질량은 91.2 amu, 하프늄 원자의 질량은 178.5 amu 이다.[3] 화합물에서 구조상전이 온도가 달라지는 것과 같은 차이가 나타난다. 예를 들면 지르코니아(ZrO2) 와 하프니아 (HfO2)는 온도가 높아짐에 따라 monoclinic -> tetragonal -> cubic 순서로 구조상전이하는데, 상전이 온도에서 큰 차이가 있다.[4] 사실 실험용 지르콘계 화합물은 거의 모두가 상온에서도 극히 소량 물과 반응해서 수소를 내보낸다. 미량이라 문제는 안 되지만 순도가 떨어지고 이산화지르콘이 혼합되니, 연구자의 입장에서는 골치 아프다.[5] 지르코니아는 강도가 강한 편에 속하면서도 마주보는 이빨의 마모율이 매우 낮은편이고,냉온 자극에 있어서도 다른 재료(아말감, 레진, 세라믹, 금 등)보다 치아에 훨씬 자극이 덜 한 편이다. 또한 내식성과 생체친화성, 청결성(지르코늄 특성상 치태가 거의 생기지 않음)으로 인해 특히 씹거나 으깨는 힘이 많이 요구되고 안쪽에 있어서 칫솔이 잘 닿지 않아 + 변화가 잘 눈에 띄지 않아 충치 발전이 쉬운 어금니 보철에도 이용되는 편. 물론 값 때문에 사용빈도는 당연히 밀리는 편이다. (아말감이야 겨우 1-2만원 선이지만 레진만 해도 6-10만원이 넘어가는데 광물을 소재로 쓰는 지르코니아 보철물의 가격은 보험처리 안하면 치과 드릴 공포보다 영수증이 더 무서울 정도로 비싸다.)