Zr. 원자 번호 40, 원자량 91.22. 원소를 지르콘이라고 부르는 것은 잘못이다(지르콘은 지르코늄의 규산염 광물).
동위 원소의 질량수(반감기, 붕괴 형식, 존재비) 86(EC), 87(β＋, EC), 88(EC), 89m(IT, EC, β＋), 89(EC, β＋), 90m(IT), 90(51.46%), 91(11.23%), 92(17.11%), 93(β－), 94(17.40%), 95(β－), 96(2.80%), 97(β－).

【역사】
규산염 광물 지르콘은 고대부터 보석으로 알려져 있었는데, 실제로 원소로 확인된 것은 1789년 M.H. Klaproth가 스리랑카산 지르콘에서 산, 알칼리에 침해되지 않는 새로운 산화물을 빼내어 Zirkonerde라고 명명한 것에서 시작한다.
이어서 1824년 J.J. Berzelius는 이 산화물에서 금속을 제조했다.

【존재】
클라크수 : 0.02(제20위). 주요한 광물은 지르콘(ZrSiO4)과 바델리석이다(지르코늄 광물). 이상 외에 티탄, 토륨, 희토류 원소 등의 광물 중에 부성분으로 포함되며, 그 외 화성암 중에 매우 널리 분포한다. 온천, 운석 중에서도 검출되며, 항성의 스펙트럼 중에도 ZrO의 띠스펙트럼의 존재가 확인된다.

【제법】
광석에서 실험실적으로 추출하는 데는 지르콘을 알칼리 용융하여 규산분을 제거하고, 다음에 황산수소나트륨 용융을 하여(황산수소칼륨은 불가) 용융물을 묽은 황산에 녹이면 된다. 이 용액에 인산염을 넣어 얻어지는 침전을 분리 후, 강열하면 피로인산지르코늄 ZrP2O7이 된다. 이것을 먼저 알칼리 용융하여 인산분을 제거하고, 다음에 황산수소나트륨 용융을 함으로써 순수한 지르코늄염 수용액(단, 처음부터 수반한 하프늄은 여전히 존재한다)이 얻어진다. 조(粗)금속은 할로겐화물 내지 산화물을 금속(Al, Mg, Ca, 알칼리 금속)으로 환원하면 흑색 무정형 분말로 얻어진다.

판, 선 등의 가공용에 사용하는 고순도의 금속(99.8% 이상)은 요오드화지르코늄의 열분해, 염화지르코늄의 마그네슘 또는 나트륨에 의한 환원(크롤법), 플루오르화지르코늄칼륨(K2ZrF16), 플루오르화지르코늄(ZrF4), 염화지르코늄의 용융염 전해에 의해 만든다(⇀ 지르코늄의 공업적 제법). 지르코늄의 순도는 원자로 재료용과 일반 시판용으로 나누어지는데, 그 큰 차이는 전자에서는 하프늄의 분리가 보다 완전하게 이루어지고 있는 점이다. 시판용 지르코늄 스펀지에서는 약 2~3%의 Hf를 함유한다. 고온에서는 반응성이 강하고, 또 안전한 도가니 재료도 없으므로 스펀지의 용융은 소모 전극 아크 용융이며, 수냉한 구리제 접시에 넣고 아르곤 또는 헬륨 속에서 실시한다.

【물리적 성질】
은백 내지 은회색의 금속. 육방 결정계. α, β의 변형태가 있으며 육방 결정계의 α지르코늄은 862℃에서 β지르코늄이 되어 체심 입방 격자를 취한다. 이 전이는 가역적이다. 녹는점 1900℃, 끓는점 2900℃ 이상. d 6.4. 전기로 안에서 산화지르코늄의 환원으로 제조한 금속은 흑색 분말이며, 무정형 지르코늄이라고 불린다. 지르코늄은 가열에 의해 질화물, 탄화물을 형성하기 쉬우며, 따라서 금속 제품의 물리적 성질도 순금속의 그것이 아니고, 이들 비금속 화합물이 개입한 상태에서의 성질을 나타내는 경우가 많다. 전기 화학 계열에서의 팔라듐과 은 사이에 위치한다(⋯Cu, Hg, Ag, Zr, Ta, Pd, Pt, Au, ···순).

자화율 χ －0.45×10－6e.m.u. 연소열 1958.7cal/g, 팽창률 6.3×10－6deg(상온). 비저항 0.75×10－5Ωㆍcm(4.21°K) ; 0.41×10－4Ωㆍcm(0℃) ; 1.44×10－4Ωㆍcm(877℃). 저항의 온도 변화는 특징적이며, 0°K에 가까워짐에 따라 저항은 점차 감소하지만 초전도성은 나타나지 않는다. 또 고온에서는 877℃에서 극대가 되며 그 이후 감소를 나타내는데, 한층 고온이 되어 다시 증대한다. 기계적 성질은 연강과 아주 비슷하므로, 가격만 싸면 구조용 재료로 훌륭한 성질을 가지고 있다. 가공도 냉간, 열간 모두 가능하며, 요오드화물법에 의한 지르코늄은 냉간에서 98%나 가공 가능하다. 판, 봉, 선, 관 등과 같은 형태로도 가공 가능하다. 용접도 가능하다.

【화학적 성질】
분말은 공기 중에서 발화하기 쉽다. 상온에서는 산소는 진행하지 않지만 가열하면 급속히 산화된다. 그때 분말은 연소하여 산화물로 변하고, 덩어리에서는 표면에 산화물 피막을 생성하여 전기 저항이 증가하며, 녹는점이 상승하여 기계적으로 취약해진다. 산소, 질소, 수소, 탄소, 규소, 붕소, 황 등의 비금속 원소에 대한 반응성이 크며, ZrX, ZrX2 등의 틈새형 화합물을 형성한다(⇀ 질화지르코늄, 탄화지르코늄). 할로겐 중 염소, 브롬은 가열된 지르코늄과 심하게 반응하여 사할로겐화물을 만든다.

요오드도 마찬가지로 반응하지만, 공기에 접촉된 지르코늄에 대해서는 요오드는 그다지 반응하지 않으며, 이것은 표면의 산화물 피막이 반응을 방해하기 때문이라고 되어 있다. 순금속은 상온에서 산, 알칼리에는 안정하나, 단, 플루오르화수소산, 왕수에는 침해된다. 고온 증류수 속에서는 알루미늄 합금, 베릴륨보다 내식성이 있으며, 부식 시험에서는 18-8 스테인리스강, 니오브, 베릴륨, 탄소강, 알루미늄 등보다 내구성이 있다. 용융 수산화나트륨에는 침해되지 않지만, 수산화칼륨에서는 약간 녹으며 이때 질산칼륨이 공존하면 매우 빨리 녹는다. 불순물을 함유한 금속은 보다 불안정하며, 산, 알칼리에도 침해된다(⇀ 지르코늄 화합물).



[네이버 지식백과] 지르코늄 [zirconium, Zirkonium] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)

2) 용량 분석 : 킬레이트 적정법에 의한다.
ⅰ) 살리실산과 철(Ⅲ)에 의한 역적정 : 산성 시료 용액에 과잉의 EDTA를 넣어 가열 끓인다. 암모니아수를 방울방울 떨어뜨려 첨가하여 일단 pH 6~7로 조절한 후 다시 끓인다. 냉각 후 1F 아세트산 3mL 및 1F 암모니아수 2mL를 첨가하여 pH를 약 5로 조절한다. 살리실산 0.2g을 첨가하고, 0.1F 염산철(Ⅲ) 표준액에서 적정한다. 종말점에서의 변색 : 무색 ⇀ 적색. 100mL 중 약 100mg 전후의 지르코늄 적정에 적합하다.

ⅱ) 티오요소와 비스무트에 의한 역적정 : 산성 시료 용액에 과잉의 EDTA를 넣고, 가열 끓인다. 냉각 후 암모니아수 및 과염소산을 방울방울 떨어뜨려 첨가하여 pH2로 조정한다. 티오요소 1.3g을 넣고, 0.05F 질산비스무트 표준액에서 적정한다. 종말점에서의 변색 : 무색 ⇀ 황색. 100mL 중 13~36mg의 지르코늄 적정에 적합하다.

[네이버 지식백과] 지르코늄 [zirconium, Zirkonium] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)

공존 원소와의 분리 : 알루미늄, 베릴륨과 비슷한데 수산화알칼리에 녹지 않는 것으로 구별되며, 또 토륨과는 과잉의 옥살산에 용해하는 것, 플루오르화수소를 넣어도 플루오르화물의 침전을 생성하지 않는 것, 펄펄 끓는 뜨거운 용액에 황산칼륨을 투입하면 염산에 녹지 않는 옥시황산지르코늄을 형성하는 것으로 구별된다. 철과의 분리는 곤란하며 강한 산성(10% 황산 산성) 용액 중에서 지르코늄을 인산지르코늄으로 침전시키는 방법이 있을 뿐이다.

철만의 공존이면 혼합한 채 철을 환원하여 적정에 의해 철의 양을 알며, 따로 산화물로 합량을 칭량함으로써 간접적으로 지르코늄량을 알 수도 있다. 쿠페론으로 산성 용액으로부터 침전 분리할 수도 있다. 티탄과는 과산화수소에 의한 발색으로 공존한 채 티탄의 양을 알거나, 산성 용액에서 지르코늄만을 인산염으로 분리한다. 하프늄과의 분리는 양자의 화학적, 결정학적 성질이 매우 비슷하므로 보통의 침전법 등으로는 매우 곤란하며, 염산-플루오르화수소 혼합 용액에서의 양이온 교환, 트리플루오로테노일아세톤-벤젠계 용매 추출 등에 의해 행해진다.

【용도】
1) 현재 최대의 용도는 원자로재 방면인데, 이것은 그 열중성자에 대한 흡수 단면적이 금속 재료 중 최소(0.18반)라는 것과 내식성이 상당히 뛰어난 것에 의한다. 단, 이 경우에는 재료 속의 하프늄의 완전 분리가 필요하다.

2) 일반 용도는 내식성의 이용면이며, 내산성으로 가격만 싸면 탄탈을 대신할 수 있는 재료이다. 전자 공업, 의료 기기 방면에의 수요도 증가 경향에 있다. 전구의 필라멘트로의 이용도 생각되며, 1촉광당 전력 사용량이 다른 필라멘트보다 적게 든다.

3) 뛰어난 가스 흡수성에 의해 진공관의 게터로, 또한 이차 전자 방지용으로 전극에 얇게 피복하는 데 사용되며, 또는 수소의 가역적인 흡수 방출성을 이용하여 가장 순수한 수소의 저장, 공급, 희유 기체의 정제 등에 응용된다.

4) 그 큰 산화물 생성열과 연소 속도에 의해 사진용 섬광 전구, 시한 폭약의 점화제로 사용된다.

5) 철강 방면에서는 제강시 Si-Mn-Zr 합금의 형으로 탈산, 탈황, 탈질소 기타 결정 미세화의 목적으로 첨가된다. 고력강에 Zr을 첨가하면 그 기계적 성질은 매우 증대한다. 또 노듈라 주철을 얻는 데도 Zr이 첨가되는 경우가 있다. 비철 합금 관계에서도 구리 합금 등에서는 미량의 Zr은 탈산의 목적으로 사용된다.

6) 합금으로서의 이용 : Zr(6.8)-Ta(39.7)-Nb(53.5%) 합금은 백금 대용으로 화학 기계, 도가니에 이용. Zr-Ni-Si-Fe (Zr 2.7%) 합금은 내산 재료로서 이용. Zr(14~16%)-Cu 합금은 베릴륨 청동에 필적하는 성능을 나타낸다. Zr-Pb 합금은 미국에서 발화 합금으로서 미슈 메탈과 같은 정도로 이용되며, Mg 합금에 Zr 0.5% 정도 첨가하면 성질이 크게 개선된다. 원자로 재료 방면에서는 소량의 주석을 함유하는 지르칼로이 합금이 사용되고 있다.

7) 산화물(지르코니아)은 백색 안료로 유약, 에나멜에 널리 이용되며, 또한 희토류 원소의 산화물, 알칼리 토금속 산화물, 토륨 산화물 등과 지르코늄산염을 만들어 내화 재료, 요업 원료가 된다.

[네이버 지식백과] 지르코늄 [zirconium, Zirkonium] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)