Ζιρκόνιο: παρ’ ολίγον διαμάντι

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο ζιρκόνιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήµα» µάς ταξιδεύει και σε µία άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Από τη δεκαετία του 1940, βγαίνοντας από έναν πόλεμο όπου η έρευνα είχε κάνει άλματα, είχαν αρχίσει να ανακαλύπτουν τις αρετές του ζιρκονίου. Ιδεώδες για τους πυρηνικούς αντιδραστήρες και τα ατομικά υποβρύχια: στις υψηλές θερμοκρασίες δεν αλλοιωνόταν και δεν απορροφούσε νετρόνια για να δημιουργηθούν ανεπιθύμητα ραδιενεργά ισότοπα. Ετσι, οι σωληνώσεις γύρω από τις εγκαταστάσεις των αντιδραστήρων και εκεί που εμπλουτίζεται το ουράνιο φτιάχνονται από ένα κράμα αποτελούμενο κατά 98% από ζιρκόνιο, 1,5% από ψευδάργυρο, με το υπόλοιπο να είναι νικέλιο, χρώμιο και σίδηρο. Η ανθεκτικότητά του στις υψηλές θερμοκρασίες του έδωσε το εισιτήριο ακόμη και για το διαστημικό λεωφορείο, το «Space Shuttle», διότι η τριβή με την ατμόσφαιρα κατά την επιστροφή υποβάλλει τα υλικά σε υψηλότατες θερμοκρασίες.

Με κάλυψη από ζιρκόνιο, τα διαστημόπλοια αντέχουν περισσότερο στις υψηλές θερμοκρασίες της τριβής

Ο ζιρκονίτης είναι ένα ορυκτό που περιέχει ζιρκόνιο και μία από τις ποικιλίες του –γιατί εμφανίζεται σε διάφορες αποχρώσεις –έχει χρώμα χρυσαφί. Από την περσική λέξη «zar», που σημαίνει χρυσός και την «gun», που σημαίνει χρώμα, προέκυψε η «zargun» που μεταλλάχθηκε στα αραβικά σε «zarqun» και έφθασε σ’ εμάς τελικά ως «zirconium». Ως μία ημιπολύτιμη πέτρα το ορυκτό που περιέχει ζιρκόνιο, ο ζιρκονίτης ήταν γνωστός από τα χρόνια της Βίβλου. Σε μία διαφανή, άχρωμη μορφή, για αιώνες θεωρούσαν πως πρόκειται για κατώτερης ποιότητας διαμάντι. Μόλις το 1789 ο Martin Heinrich Klaproth (1743-1817), αναλύοντας μια τέτοια πέτρα και έπειτα από χημική επεξεργασία, κατέληξε σε ένα οξείδιο του ζιρκονίου και κατάλαβε ότι εκεί μέσα κρυβόταν ένα καινούργιο στοιχείο.

Ατομικός Αριθμός: 40

Ατομικό Βάρος: 91.224

Σημείο Τήξης 1.852 βαθμοί Κελσίου

Αριθμός ισοτόπων: 35

Παραγωγή:1,5 εκατομμύριο τόνοι τον χρόνο πυριτικού ζιρκονίου και από αυτό 1.200 τόνοι καθαρό ζιρκόνιο

Αφθονία: Είναι το 18ο σε ποσότητα στοιχείο επάνω στη Γη.

Δύο φορές πιο άφθονο από τον χαλκό και τον ψευδάργυρο και 10 φορές πιο άφθονο από τον μόλυβδο (και τώρα τον αντικαθιστά στα χρώματα που τον προσέθεταν σε αυτά για να στεγνώνουν πιο εύκολα).

Δεν ζητάει και πολλά πράγματα από εμάς ή το περιβάλλον και δεν μας επιβαρύνει, διότι το μέταλλο αυτό δεν είναι τοξικό. Με την παρουσία του σε πολλούς βράχους και την ανθεκτικότητά του μας βοηθάει στο να χρονολογούμε διάφορα ευρήματα. Βρέθηκε σε αφθονία και στα δείγματα από τη Σελήνη που έφεραν πίσω στη Γη οι αστροναύτες. Δεν προσβάλλεται από τις βάσεις και τα οξέα. Μόνον από το υδροφθορικό οξύ. Αλατα του ζιρκονίου χρησιμοποιούνται για να ισχυροποιούνται τα γυναικεία (αλλά και μερικά ανδρικά) νύχια, ενώ ζιρκόνιο βρίσκουμε και σε διάφορα αποσμητικά.

CBU-87/B. Είναι το όνομα μίας βόμβας από αυτές που αποτελούν στην πραγματικότητα μία συστοιχία, δηλαδή ένα «τσαμπί» από άλλες μικρότερες: 202 κομμάτια του ενάμισι κιλού το ένα· και βασικό συστατικό τους είναι το ζιρκόνιο. Για να διαπερνούν και τους σκληρούς χιτώνες των αρμάτων μάχης.

Είναι ένα μέταλλο που αντέχει όχι μόνο στις υψηλές θερμοκρασίες, αφού λιώνει στους 1.800 βαθμούς Κελσίου περίπου, αλλά και στις πολύ χαμηλές. Γίνεται υπεραγώγιμο στους -238 βαθμούς Κελσίου, δηλαδή από εκεί και κάτω περνάει ηλεκτρικό ρεύμα με ελάχιστες αντιστάσεις και μηδαμινές επομένως απώλειες ενέργειας.

Διότι στην κλίμακα σκληρότητας των διαφόρων υλικών έχει 8,5 mohs, ενώ το διαμάντι είναι στα 10 και ο χάλυβας μόλις στα 5-6. Και επειδή ένα τεχνητά κατασκευαζόμενο οξείδιο του ζιρκονίου, η κυβική ζιρκονία (Cubic Zirconia, CZ), λόγω και της μορφής του κρυσταλλικού της πλέγματος, χρησιμοποιείται για την κατασκευή λίθων που μοιάζουν με διαμάντια, δεν ήθελε πολύ για να το πουν παρ’ ολίγον διαμάντι. Αν και δεν ακριβολογούν, διότι δεν πρόκειται για το ατόφιο στοιχείο, αλλά για κάποια ένωσή του. Προσοχή πάντως χρειάζεται για να μην την πατήσει κάποιος και το πληρώσει για αυθεντικό διαμάντι.

Κεραμικά μαχαίρια από ζιρκόνιο, μεγάλης αντοχής και υψηλής υγιεινής

Πάλι αυτό το οξείδιο του ζιρκονίου παίζει και εδώ. Αλλά πρώτα να εξηγήσουμε ποιο υλικό θεωρείται «κεραμικό». Δηλαδή, δεν είναι μόνον ο πηλός με τα διάφορα ψησίματά του, που ξέρουμε πως σπάει και πολύ εύκολα. Κεραμικά υλικά θεωρούνται ανόργανες μη μεταλλικές ενώσεις ενός μετάλλου με ένα αμέταλλο. Κατασκευάζονται με την εφαρμογή υψηλών θερμοκρασιών και, μετά, απότομη ψύξη. Το υλικό για τα μαχαίρια από σκόνη του οξειδίου του ζιρκονίου φορμάρεται σε σχήμα λεπίδας με τη βοήθεια υψηλοτάτων πιέσεων –θέρμανση σε θερμοκρασίες πάνω από τους 1.000 βαθμούς Κελσίου. Οι λάμες που παράγονται, προτού συναρμολογηθούν με τις λαβές τους, τρίβονται και ακονίζονται σε διαμαντένιους τροχούς και προκύπτουν μαχαίρια με υλικό χωρίς πόρους, άρα με ελάχιστη απορρόφηση ανεπιθύμητων ουσιών, αδρανές υλικό, ανεπαίσθητη φθορά για χρόνια και μάλιστα συνιστάται να μην μπαίνουν στο πλυντήριο πιάτων. Υπάρχει και μία έκδοση σε μαύρο χρώμα, και αυτό προκύπτει από την πρόσμειξη με άνθρακα, οπότε αυτό το καρβίδιο, όπως λέγεται, όταν θερμαίνεται γίνεται κατάμαυρο.

Οχι βέβαια. Ηθελαν να φτιάξουν έναν κινητήρα άρματος μάχης που να μην έχει μεταλλικά μέρη για να αντέχει περισσότερο, για να μη χρειάζεται λιπαντικά με τα μπιτόνια, για να μη χρειάζεται ψύξη με νερό, που κι αυτό σε κάποια μέρη όπως στο Αφγανιστάν και στο Σουδάν είναι πρόβλημα να το βρεις. Ετσι δημιούργησαν ένα κεραμικό υλικό όπου το ζιρκόνιο παίζει τον πρώτο ρόλο. Τώρα πάντως από το ίδιο υλικό φτιάχνουν και εξαρτήματα για τεχνητές αρθρώσεις, διότι βρέθηκε ότι παρουσιάζει μια αξιοπρόσεκτη συμβατότητα με τα σωματικά υγρά.