Wie viele Valenzelektronen hat Zirkonium (Zr)?

Zirkonium ist das 40. Element im Periodensystem. Zirkonium ist das Element der Gruppe 4. Sein Symbol ist „Zr“. Zirkonium gehört zur d-Block-Gruppe. Die Valenzelektronen für das Zirkoniumelement können daher auf andere Weise bestimmt werden.

Zirkonium ist ein Bestandteil von Zirkon. Zirkonium gilt als dispergiertes chemisches Element, da es in der natürlichen Umgebung nicht separat vorkommt. In der Natur finden Geologen es als Silikat oder Oxid.

In der Natur sein

Der Gehalt in der  Erdkruste  beträgt 0,02 Gew.-%. Es kommt nicht in freier Form vor. Bildet mehr als 30 Mineralien, von denen die wichtigsten Zirkon ZrSiO  ₄  ,  Baddeleyit  ZrO  ₂  und  Eudialyt  (Na,Ca)  ₆  ZrOH(Si  ₃  O  ₉  )  ₂  (OH,Cl)  ₂ sind  .

Die Verwendung von Zirkonium und seinen Verbindungen

Zirkonium wird seit den 1930er Jahren in der Industrie verwendet. Aufgrund seiner hohen Kosten ist seine Verwendung begrenzt.

Pyrotechnik

Zirkonium hat eine bemerkenswerte Fähigkeit, in Luftsauerstoff (Selbstentzündungstemperatur – 250 ° C) praktisch ohne Rauch, mit hoher Geschwindigkeit und unter Entwicklung der höchsten Temperatur aller metallischen Brennstoffe (4650 ° C) zu verbrennen. Pulverförmiges Zirkonium wird in Mischung mit Oxidationsmitteln (  Berthollet-Salz ) als rauchfreies Mittel in pyrotechnischen Signalfeuern und Zündschnüren verwendet und ersetzt  Quecksilberfulminat  und  Bleiazid  .

Kernenergie

Zirkonium hat einen sehr kleinen Einfangquerschnitt für thermische Neutronen   . Daher werden metallisches Zirkonium, das kein Hafnium enthält, und seine Legierungen in der Kernkraftindustrie zur Herstellung von  Brennelementen  ,  Wärmetauschern  und anderen Konstruktionen von Kernreaktoren verwendet.

Legieren

In der Metallurgie wird es als Ligatur verwendet. Ein guter Desoxidator und Denitrogenierer, überlegen in der Effizienz gegenüber Mn, Si, Ti. Das Legieren  von Stählen mit Zirkonium (bis zu 0,8 %) verbessert ihre mechanischen Eigenschaften und Bearbeitbarkeit.

Leben

Zirkonium wird für die Herstellung einer Vielzahl  von Geschirr verwendet, das  aufgrund seiner hohen chemischen Beständigkeit  hervorragende  hygienische Eigenschaften aufweist.

Strukturmaterial

Als Konstruktionswerkstoff wird es zur Herstellung von säurebeständigen  chemischen Reaktoren  , Armaturen und Pumpen verwendet. Zirkonium wird als Ersatz für Edelmetalle verwendet. Eisenfreies Zirkon wird in Form verschiedener  feuerfester Materialien zur Auskleidung von Glasschmelz- und Hüttenöfen verwendet.

Supraleiter

Supraleitfähige Legierung 75 % Nb und 25 % Zr (Supraleitfähigkeit bei 4,2 K) widersteht Belastungen bis 100.000 A/cm².

Die Medizin

Zirkonium hat eine hohe Beständigkeit gegenüber biologischen Medien, sogar höher als Titan, und eine ausgezeichnete  Biokompatibilität  , aufgrund derer es zur Herstellung von  Knochen- ,  Gelenk-  und  Zahnprothesen  sowie chirurgischen Instrumenten verwendet wird.

Zirkoniumisotope

Es ist bekannt, dass Zirkonium in der Natur in Form von fünf stabilen Isotopen vorkommt, von denen eines radioaktiv ist (96Zr): 90Zr, 91Zr,92Zr und 94Zr. Ihre Massenzahlen sind 90, 91, 92, 94 bzw. 96. Der Atomkern des Rubidium-Isotops 90Zr enthält vierzig Protonen und fünfzig Neutronen, die anderen Isotope unterscheiden sich davon nur in der Anzahl der Neutronen.

Atom- und Molekulargewicht von Zirkonium

Das relative Molekulargewicht (Mr) einer Substanz ist die Zahl, die angibt, wie oft die Masse eines bestimmten Moleküls größer als 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms ist, und das relative Atomgewicht (Ar) eines Elements ist wie viel mal die durchschnittliche Masse der Atome eines chemischen Elements größer als 1/12 der eines Kohlenstoffatoms ist.

Da Zirkonium im freien Zustand als einatomige Moleküle von Zr vorliegt, stimmen die Werte seiner atomaren und molekularen Masse überein. Sie sind gleich 91.224.

Chemische Eigenschaften von Zirkonium

Die wichtigste chemische Eigenschaft von Zirkonium ist seine hohe Korrosionsbeständigkeit, auch bei Einwirkung von Säuren und Laugen. Diese Fähigkeit nimmt jedoch ab, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Das silberfarbene Metall kann auch mit anderen chemischen Elementen Legierungen bilden.

Eigenschaften von Zirkoniummetall

Das künstlich hergestellte Zirkonium ist ein silbrig weißes Metall. Das Aussehen von Zinnober ähnelt dem von Stahl. Das Metall hat einzigartige Eigenschaften, die keine andere natürliche Formation hat.

Molekül und Atom von Zirkonium

Im freien Zustand liegt Zirkonium in Form von einatomigen Zr-Molekülen vor. Hier sind einige Eigenschaften, die das Atom und Molekül von Zirkonium charakterisieren:

Produktion

Zirkon ist ein Nebenprodukt des Abbaus und der Verarbeitung von Ilmenit- und Rutil-Titanerzen sowie des Zinnabbaus. Zwischen 2003 und 2007 stiegen die Zirkonpreise stetig von 360 $ auf 840 $ pro Tonne.

Der Zirkoniumsand, den sie aus Küstengewässern sammeln, wird mithilfe von Spiralkonzentratoren gereinigt, um leichtere Materialien zu entfernen, die dann sicher wieder in das Wasser eingebracht werden, da sie alle natürliche Bestandteile des Zirkoniumsands am Strand sind.

Das meiste metallische Zirkonium wird durch Reduzieren von Zirkonium(IV)chlorid mit metallischem Magnesium im Kroll-Verfahren hergestellt. Zunächst wird das Chlorid hergestellt:

zur anschließenden Reduktion durch Magnesium in einer Heliumatmosphäre.

Das resultierende Metall wird gesintert, bis es duktil genug für die Metallurgie ist.

Kommerzielles Qualitätszirkonium, das sogar nach dem van Arquel de Boer-Verfahren gewonnen wird, enthält immer noch 1 % bis 3 % Hafnium. Diese Verunreinigung ist für die meisten anderen Anwendungen als Nuklearanwendungen nicht wichtig.

Zirkonium- und Hafniumtrennung

Kommerzielles Zirkonium enthält typischerweise 1 bis 2,5 % Hafnium. Für herkömmliche Anwendungen ist dies kein Problem, da die chemischen Eigenschaften von Hafnium und Zirkonium sehr ähnlich sind. Aber die Neutronenabsorptionseigenschaften sind sehr unterschiedlich, daher erfordern Kernreaktoranwendungen die Trennung von Hafnium und Zirkonium.

Wie kann man die Anzahl der Valenzneutronen in einem Zirkoniumatom herausfinden?

Dies sind die Schritte zur Bestimmung des Valenzelektrons. Eine davon ist die Elektronenkonfiguration. Ohne eine Elektronenkonfiguration ist es unmöglich, die Wertigkeit eines Elektrons zu bestimmen.

Es ist einfach, die Valenzelektronen für alle Elemente zu finden, wenn man die Elektronenkonfiguration kennt. Diese Seite hat einen Artikel, der die Elektronenkonfiguration erklärt. Sie finden es hier. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Elektronenkonfiguration.

Der Wissenschaftler Niels Bohr lieferte als erster ein Verständnis der Umlaufbahn des Atoms. 1913 schuf er ein Modell für das Atom. Es gibt eine vollständige Erklärung der Umlaufbahn. Die Umlaufbahn ist die Bahn, auf der Elektronen eines Atoms um den Kern kreisen. Diese Pfade werden als Umlaufbahn (Schale) bezeichnet. Diese Schalen können als n ausgedrückt werden. [n = 1,2 3, 4]. . .]

K ist der Name für die erste Umlaufbahn (Schale), L ist die zweite, M die dritte und N die vierte. Jede Umlaufbahn hat eine Elektronenhaltekapazität von 2n ^{2 .}

Nehmen Sie zum Beispiel:

1. n = 1 für K-Umlaufbahn.
   Die K-Bahn hat eine 2n ² Elektronenhaltekapazität = 2 x 1 ² = 2.
2. Für die L-Bahn ist n = 2.
   Die Elektronenhaltekapazität für die L-Bahn ist 2n ² = 2x 2 ² = 8.
3. n=3 für die M-Umlaufbahn.
   Maximale Elektronenhaltekapazität im M-Orbit = 2n ² = 2×3 ² = 18 Elektronen.
4. n=4 für N-Umlaufbahn.
   Maximale Elektronenhaltekapazität im N-Orbit = 2n ² = 2×4 ² = 32 Elektronen.

Bohrs Atommodell kann die Valenzelektronen für das Übergangselement nicht bestimmen. Die innere Schale enthält die Valenzelektronen für die Übergangselemente.

Diese Suborbitale können als „l“ ausgedrückt werden. Das Aufbauprinzip besagt, dass Elektronen in einem Atom zuerst das Orbital mit der niedrigsten Energie vervollständigen und dann langsam zum Orbital mit der höheren Energie vordringen. Diese Orbitale heißen s, P, d und f. Ihre Elektronenhaltekapazitäten sind s = 2, 6, d = 10 und f = 14.

Das Aufbauprinzip kann Ihnen helfen, das Valenzelektron für das Übergangselement zu bestimmen. Wir lernen nun, wie man das Zirkonium-Valenzelektron bestimmt.

Was sind die Valenzelektronen in Zirkonium (Zr)?

Zirkonium ist das 2. Element der Gruppe 4. Die Elemente der Gruppen 3-12 werden als Übergangselemente bezeichnet. Die Gesamtzahl der Elektronen in einer letzten Umlaufbahn wird als Valenzelektron bezeichnet. Die Valenzelektronen von Übergangselementen werden jedoch in der inneren Umlaufbahn (Orbit) gehalten. Die Elektronenkonfiguration von Übergangselementen zeigt an, dass die letzten Elektronen in das d-Orbital eingetreten sind.

Die Eigenschaften eines Elements werden durch seine Valenzelektronen bestimmt. Sie beteiligen sich auch an der Bildung von Bindungen. Zirkonium (Zr) ist das 40. Element im Periodensystem. Das bedeutet, dass die Gesamtzahl der Elektronen im Zirkoniumatom vierzig beträgt.

Die Elektronenkonfiguration von Zirkonium zeigt, dass die letzte Schale (Orbit) zwei Elektronen hat. Die Elektronenkonfiguration von Zirkonium unter Verwendung der Aufbau-Methode zeigt, dass das letzte Elektron (4d ² ) in das d-Orbital eingetreten ist.

Das d-Orbital und die Elektronen der letzten Schale müssen verwendet werden, um das Valenzelektron für ein Übergangselement zu berechnen. Zirkonium kann Bindungen bilden, indem es seine letzten vier Elektronen teilt.

Das bedeutet, dass Zirkonium aus vier Valenzelektronen besteht.

Berechnung der Gesamtelektronenzahl in Zirkonium (Zr)

Zunächst müssen wir die Anzahl der Elektronen im Zirkoniumatom kennen. Sie müssen wissen, wie viele Protonen sich im Zirkonium befinden, um die Anzahl der Elektronen zu bestimmen. Um die Anzahl der Protonen zu kennen, müssen Sie die Ordnungszahl von Zr kennen.

Zur Bestimmung der Ordnungszahl wird ein Periodensystem benötigt. Das Periodensystem enthält die Ordnungszahlen der Zirkoniumelemente. Die Anzahl der Protonen nennt man Ordnungszahl. Der Kern enthält auch Elektronen, die Protonen gleich sind.

Das bedeutet, dass wir jetzt sagen können, dass die Anzahl der Elektronen in Zirkoniumatomen gleich 40 ist . Die Ordnungszahl für Zirkonium ist 40, wie aus dem Periodensystem ersichtlich ist. Das bedeutet, dass die Gesamtzahl der Elektronen in einem Zirkoniumatom 40 beträgt.

Müssen Sie die Elektronenkonfiguration von Zirkonium (Zr) durchführen?

Wichtiger Schritt 2 Dieser Schritt beinhaltet die Anordnung der Elektronen im Zirkonium. Wir wissen, dass Zirkonium vierzig Elektronen hat. Das 1. und 2. Orbital erhalten die ersten beiden Elektronen, während die zweiten beiden in die 2s-Orbitale eintreten.

Das 2p-Orbital wird dann von den nächsten sechs Elektronen erreicht. Im p-Orbital können maximal sechs Elektronen enthalten sein. Sechs Elektronen treten dann in das 2p-Orbital ein. Die verbleibenden acht Elektronen treten dann in die 3s- oder 3p-Orbitale ein. Jetzt treten zwei Elektronen in das 4s-Orbital ein, da das 3p-Orbital gefüllt wurde.

Wir wissen, dass ein 3d-Orbital maximal zehn Elektronen enthalten kann. Daher kann das 3d-Orbital maximal zehn Elektronen haben. Sechs Elektronen treten nun in das 4p-Orbital ein, da das 3d-Orbital gefüllt wurde. Das 5s-Orbital ist jetzt voll, und die nächsten beiden Elektronen (das 4d ² ) treten in das 4d-Orbital ein. Die Zirkonium(Zr)-Elektronenkonfiguration ist daher 1s  ²  2s  ²  2p  ⁶  3s  ²  3p  ⁶  4s  ²  3d  ¹⁰  4p  ⁶  5s  ²  4d  ² .

Valenz ist die Fähigkeit eines Atoms eines chemischen Elements, eine bestimmte Anzahl chemischer Bindungen mit anderen Atomen einzugehen. Es nimmt Werte von 1 bis 8 an und kann nicht gleich 0 sein. Es wird durch die Anzahl der Elektronen bestimmt, die ein Atom verbraucht, um chemische Bindungen mit einem anderen Atom zu bilden. Die Valenz ist ein reeller Wert. Numerische Wertigkeiten werden mit römischen Ziffern angegeben (I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII).

Berechnen Sie die Gesamtelektronen und bestimmen Sie die Valenzschale

Der dritte Schritt besteht darin, die Wertigkeit zu bestimmen. Die Valenzschale (Orbit) ist die letzte Schale nach der Elektronenkonfiguration. Ein Valenzelektron ist die Gesamtzahl der Elektronen, die sich in einer Valenzschale befinden. Die innere Schale enthält die Valenzelektronen der Übergangselemente.

Das Valenzelektron wird durch Addition der Gesamtelektronen des d-Orbitals und des Elektrons in der letzten Schale eines Atoms bestimmt, um das Übergangselement zu bestimmen. Die Elektronenkonfiguration für Zirkonium ist, dass die letzte Schale zwei (5s  ² ) Elektronen hat und das d-Orbital eine Gesamtzahl von zwei (4d  ² ). Die Valenzelektronen für Zirkonium sind daher vier (4 ).

Die Begriffe „ Oxidationsgrad “ und „ Wertigkeit “ sind zwar nicht identisch, aber zahlenmäßig nahezu identisch. Die bedingte Ladung eines Atoms wird als Oxidationszustand bezeichnet. Es kann entweder positiv oder negativ sein. Valenz bezieht sich auf die Fähigkeit eines Atoms, Bindungen einzugehen. Es kann keinen negativen Wert haben.

Wie viele Valenzelektronen hat Zirkonium (Zr ⁴⁺ )?

Die Elektronenkonfiguration von Zirkonium zeigt, dass die letzte Schale zwei (5s ² ) Elektronen hat und das d-Orbital eine Gesamtzahl von zwei Elektronen hat. Die Wertigkeit von Zirkonium (Zr) ist in diesem Fall 4. Das wissen wir. Das Zirkoniumatom spendet ein Elektron aus der letzten Schale, um Bindungen herzustellen. Es wird dann zu einem Zirkoniumion (Zr ⁴⁺ ).

Zr – 4e – Zr ⁴⁺

Zirkoniumionen (Zr  ⁴⁺ ) haben eine Elektronenkonfiguration von 1s  ²  2s  ²  2p  ⁶  3s  ²  3p  ⁶  4s  ²  3d  ¹⁰  4p  ⁶ . Die Elektronenkonfiguration für das Zirkoniumion zeigt, dass das Zirkonium vier Schalen hat und dass die letzte Schale acht Elektronen enthält (4s  ²  4p  ⁶ ).

Die Elektronenkonfiguration zeigt an, dass das Zirkoniumion die Elektronenkonfiguration von Krypton angenommen hat. Die Valenzelektronen (Zr ⁴⁺ ) des Zirkoniumions haben acht Elektronen, da die Schale, die die letzte Zirkoniumionschale enthielt, acht Elektronen hat.

1.  Die Wertigkeit ist ein numerisches Merkmal der Fähigkeit von Atomen eines bestimmten Elements, sich mit anderen Atomen zu verbinden.
2. Die Wertigkeit von Wasserstoff ist konstant und gleich eins.
3. Die Wertigkeit von Sauerstoff ist ebenfalls konstant und gleich zwei.
4. Die Wertigkeit der meisten anderen Elemente ist nicht konstant. Sie kann durch die Formeln ihrer binären Verbindungen mit Wasserstoff oder Sauerstoff bestimmt werden.

Welche Wertigkeit hat Zirkonium (Zr)?

Wertigkeit (oder Valenz) ist die Fähigkeit des Atoms eines Elements, sich einem anderen Atom bei der Bildung eines Moleküls anzuschließen. Die Wertigkeit ist die Anzahl der ungepaarten Elektronen, die im letzten Orbital eines Elements gefunden werden.

Die Elektronenkonfiguration von Zirkonium ist 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² . Während der Verbindungsbildung spendet oder teilt das Zirkoniumatom vier Elektronen mit einem anderen Atom und die Oxidationsstufe von Zirkonium (Zr) ist +4.

Die Wertigkeit des Elements Zirkonium ist daher 4.

Verweise:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Zirkonium
• https://ruwiki.press/es/Zirconio
• https://science.fandom.com/en/wiki/%D0%A6%D0%B8%D1%80%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B9
• https://institut-seltene-erden.de/seltene-erden-und-metalle/strategische-metalle-2/zirkonium/