Apakah itu unsur zirconium dan sifat-nya? Artikel ini akan membincangkan sifat, sejarah penghasilan zirconium dan kegunaannnya dalam kehidupan seharian kita
Pengenalan
Zirconium adalah logam berwarna putih seakan perak. Ianya merupakan elemen peralihan yang berada di kumpulan 4 dalam jadual berkala. Zirconium juga sinonim sebagai bahan hiasan kerana ianya kelihatan seperti berlian pada luaran.
Malahan zirconium banyak ditemui sejak zaman dahulu sebagai azimat kerana dipercayai mampu membawa tuah selain warnanya yang menarik sebagai aksesori. Selain sifat fizikal luaran yang menarik, zirconium mempunyai ketahanan yang tinggi terhada hakisan dan haba apabila dibandingkan dengan logam lain.
Sifat-sifat Zirconium
Antara sifat utama bagi zirconium adalah seperti berikut:
- Nombor Atom: 40
- Berat: 91.22
- Kumpulan: 5
- Takat lebur: 1854 oC
- Takat didih: 4406 oC
- Ketumpatan: 6.52
Sejarah
Nama ‘zirconium’ dikatakan berasal daripada perkataan parsi ‘zargun’ yang membawa makna warna emas. Menurut sejarah, nama ini diberikan oleh seorang ahli kimia Sir Humphry Davy yang ketika itu sedang mengkaji zirconium dalam usahanya untuk mendapatkan elemen ini secara tulen melalui proses elektrolisis.
Davy bukanlah orang pertama yang menemui elemen tersebut. Zirconium mula ditemui pada tahun 1789, dimana seorang saintis bernama Martin Heinrich Klaproth sedang mengkaji batuan zirkon berasal daripada Sri Lanka. Ketika itu Klaproth mendapati terdapat oksida zirconium (ZrO2) dalam sebatian zirkon namun tidak berjaya mengasingkannya.
Selepas usaha Humphry Davy gagal, hanya pada tahun 1824 zirconium dapat diasingkan secara tulen namun dalam kuantiti yang sedikit. Saintis Jons Berzelius telah memanaskan logam kalium bersama sebatian zirconium iaitu ‘potassium hexafluorozirconate’ (K2ZrF6) dan menghasilkan zirconium dalam bentuk serbuk berwarna hitam. Proses penulenan yang menghasilkan produk zirconium tulen dalam bentuk bar kristal dijalankan pada tahun 1925 apabila Anton Eduard van Arkel dan Jan Hendrick de Boer memanaskan logam magnesium bersama zirconium tetraklorida (ZrCl4).
Cara Penghasilan
Penghasilan zirconium secara komersial menggunakan cara proses yang sama. Sumber utama bagi zirconium adalah bijih zirkon dan badeleyit. Australia dan Afrika Selatan merupakan tempat utama bagi perlombongan bijih zirkon manakala badeleyit atau zirconium dioksida (ZrO2) boleh ditemui di Brazil. Antara dua sumber bijih ini, zirkon lebih banyak diproses untuk tujuan komersial kerana menggunakan kos yang lebih rendah.
Kira-kira 1.5 juta tan zirkon dilombong setiap tahun dan logam zirconium dihasilkan sebanyak 7000 tan setahun. Bagi bijih zirkon yang dilombong, ianya akan ditukar kepada zirconium klorida lalu proses penurunan menggunakan magnesium dilakukan untuk mendapatkan logam zirconium yang tulen.
Sifat Kereaktifan
Sifat ketahanan zirconium adalah disebabkan kereaktifannya yang rendah. Secara umumnya, zirconium tidak bertindakbalas dengan mudah dalam keadaan biasa menjadikannya bahan yang stabil.
Tindakbalas bersama Oksigen
Zirconium mempunyai lapisan oksida pada permukaannyya yang melindungi dari tindakbalas lanjut bersama oksigen di udara. Namun ianya boleh terbakar dalam keadaan tertentu seperti apabila zirconium disediakan dalam bentuk serbuk dan menggunakan suhu yang tinggi.
Zr + O2 → ZrO2
Tindakbalas bersama air
Zirconium tidak menunjukkan sebarang reaksi apabila bertindakbalas bersama air
Tindakbalas bersama halogen
Zirconium bertindakbalas bersama elemen kumpulan 17 atau halogen iaitu florin, klorin, bromin dan iodin bagi menghasilkan halida berwarna putih. Bagi membenarkan tindakbalas berlaku, suhu yang agak tinggi perlu digunakan.
Zr + 2F2 → ZrF4
Zr + 2Cl2 → ZrCl4
Zr + 2Br2 → ZrBr4
Zr + 2I2 → ZrI4
Tindakbalas bersama asid
Sama seperti reaksinya apabila di udara, zirconium dilindungi oleh lapisan luaran oksida di permukaan menjadikkannya tidak aktif. Namun ianya boleh bertindakbalas dengan asid hidroflorik (HF) bagi menghasilkan produk kompleks.
Tindakbalas bersama alkali
Zirconium tidak bertindakbalas dengan alkali
Kegunaan
Zirconium dalam bentuk batu permata telah popular sejak zaman dahulu. Ianya boleh didapati dalam pelbagai warna seperti kuning, ungu, biru dan merah. Menurut kepercayaan dahulu, zirconium disimpan kerana ianya dipercayai mampu membantu pemiliknya tidur dan membawa kemewahan.
Selain itu, zirconium juga digunakan sebagai perhiasan sejak zaman dahulu lebih-lebih lagi zirconium yang berwarna emas. Zirconium digunakan sebagai hiasan bergantung kepada jenis sebatian. Sebagai contoh, zirconium silikat adalah batu permata semula jadi zirkon manakala zirconium dioksida atau zirconia merupakan bahan bagi batu permata sintetik. Kubik zirkoconia menghasilkan batuan jernih seiras berlian.
Pembuatan alatan Nuklear
Kegunaan utama logam ini adalah sebagai bahan aloi dalam pembuatan alatan nuklear. Sifatnya yang tidak menyerap neutron menjadikannya ideal untuk tujuan ini malahan kira-kira 90% daripada zirconium digunakan dalam industri nuklear.
Zirconium tidak menghasilkan sebarang bahan radioaktif apabila digunakan dalam bahan nuklear. Selain itu, ianya tahan terhadap hakisan serta suhu yang tinggi. Tiub bagi reaktor nuklear menggunakan aloi yang dicampur bersama zirconium.
Bahan Ledakan
Zirconium juga mampu bertindak balas dengan udara bagi menghasilkan letupan apabila menggunakan suhu yang tinggi. Oleh itu, zirconium merupakan antara bahan ledakan. Bagi tujuan ini, zirconium perlu dalam keadaan serbuk kerana pada asalnya ianya adalah bahan yang tidak reaktif terhadap oksigen.
Dalam industri, zirconium membantu pemprosesan aloi besi. Ianya bertindak sebagai agen pengeras atau bahan tambahan dalam memproses besi. Selain itu, zirconium juga bersifat kalis air dan kuat menjadikannya sesuai sebagai lapisan permukaan dalam penghasilan bahan bungkusan dan kertas.
Gigi dan Tulang Palsu
Dalam bidang perubatan pula, zirconium dilihat mempunyai potensi yang meluas kerana sifatnya yang serasi secara biologi dalam badan manusia serta ketahanan fizikalnya berbanding logam lain. Sehingga kini terdapat beberapa penemuan yang menggunakan zirconium sebagai bahan ganti bagi logam lain seperti dalam buatan tulang dan gigi palsu serta implan.
Seperti yang telah dibincangkan, sifatnya tidak reaktif terhadap asid dan alkali menjadikannya sesuai bagi kegunaan dalam badan manusia. Namun bagi memastikan zirconium boleh menggantikan logam-logam lain dalam bidang perubatan, kajian lanjut perlu dijalankan bagi memastikan penggunaan zirconium tidak memberi kesan kepada pesakit bagi tempoh masa yang panjang.
Unsur yang lain
Rujukan