Zirconium hydride
ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ ઝિર્કોનિયમ અને હાઇડ્રોજનના સંયોજનથી બનેલા મિશ્રધાતુને વર્ણવે છે. હાઇડ્રોજન એક સખ્તાઇ એજન્ટ તરીકે કામ કરે છે, જે ઝિર્કોનિયમ અણુ સ્ફટિક જાળીમાં અવ્યવસ્થાને એકબીજાની પાછળ સરકતા અટકાવે છે. હાઇડ્રોજનની માત્રા અને ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ (અવક્ષેપિત તબક્કો) માં તેની હાજરીનું સ્વરૂપ બદલવાથી પરિણામી ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડની કઠિનતા, નમ્યતા અને તાણ શક્તિ જેવા ગુણો નિયંત્રિત થાય છે. હાઇડ્રોજનની માત્રા સાથે ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડને ઝિર્કોનિયમ કરતાં સખત અને મજબૂત બનાવી શકાય છે, પરંતુ આવા ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ પણ ઝિર્કોનિયમ કરતા ઓછા નરમ હોય છે. ભૌતિક ગુણધર્મો ઝિર્કોનિયમ પૃથ્વીના પોપડામાં માત્ર અયસ્કના સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે, સામાન્ય રીતે ઝિર્કોનિયમ સિલિકેટ, જેમ કે ઝિર્કોન. ઝિર્કોનિયમને ઝિર્કોનિયમ ઓરમાંથી ઓક્સિજન અને સિલિકા દૂર કરીને કાઢવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા, જેને ક્રોલ પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે સૌપ્રથમ ટાઇટેનિયમ પર લાગુ કરવામાં આવી હતી. ક્રોલ પ્રક્રિયા હેફ્નિયમ ધરાવતા મિશ્રધાતુમાં પરિણમે છે. હેફનિયમ અને અન્ય અશુદ્ધિઓને પછીના તબક્કામાં દૂર કરવામાં આવે છે. ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ શુદ્ધ ઝિર્કોનિયમને હાઇડ્રોજન સાથે જોડીને બનાવવામાં આવે છે. ટાઇટેનિયમની જેમ, ઘન ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રોજનને સરળતાથી ઓગળી જાય છે. ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડની ઘનતા હાઇડ્રોજનના આધારે બદલાય છે અને 5.56 અને 6.52 ગ્રામ સે. મી. −3 ની વચ્ચે હોય છે. ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડની સાંદ્રતાની સાંકડી શ્રેણીમાં પણ, હાઇડ્રોજન અને ઝિર્કોનિયમનું મિશ્રણ ખૂબ જ અલગ ગુણધર્મો સાથે સંખ્યાબંધ વિવિધ રચનાઓ બનાવી શકે છે. ગુણવત્તાયુક્ત ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ બનાવવા માટે આવા ગુણધર્મોને સમજવું જરૂરી છે. ઓરડાના તાપમાને, ઝિર્કોનિયમનું સૌથી સ્થિર સ્વરૂપ ષટ્કોણ બંધ-ભરેલું (એચસીપી) માળખું α-ઝિર્કોનિયમ છે. તે એકદમ નરમ ધાતુની સામગ્રી છે જે હાઇડ્રોજનની માત્ર થોડી સાંદ્રતાને ઓગાળી શકે છે, જે 550 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર 0.069 wt% કરતા વધુ નથી. જો ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ તાપમાનમાં 0.069% કરતા વધુ હાઇડ્રોજન ધરાવે છે, તો તે β-ઝિર્કોનિયમ તરીકે ઓળખાતા શરીર-કેન્દ્રિત ઘન (BCC) માળખામાં પરિવર્તિત થાય છે. તે નોંધપાત્ર રીતે વધુ હાઇડ્રોજનને ઓગાળી શકે છે, જે 900 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપર 1.2 ટકાથી વધુ હાઇડ્રોજન છે. જ્યારે 0.7 ટકાથી ઓછા હાઇડ્રોજનવાળા ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ, જેને હાયપોયુટેક્ટોઇડ ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તેને β તબક્કાથી ઠંડુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે મિશ્રણ α તબક્કામાં પાછા ફરવાનો પ્રયાસ કરે છે, પરિણામે હાઇડ્રોજનની અધિકતા થાય છે. અન્ય બહુરૂપી સ્વરૂપ એ γ તબક્કો છે, જેને સામાન્ય રીતે મેટાસ્ટેબલ તબક્કો તરીકે સ્વીકારવામાં આવે છે. ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ ગંધહીન, ઘેરા ભૂખરાથી કાળા ધાતુના પાવડર હોય છે. તેઓ વિદ્યુત વાહકતા અને ચુંબકીય ગુણધર્મોની દ્રષ્ટિએ સામાન્ય ધાતુઓની જેમ વર્તે છે (પેરામેગ્નેટિક, જ્યાં સુધી લોહચુંબકીય અશુદ્ધિઓથી દૂષિત ન હોય). તેમની રચના અને રચના આજુબાજુની પરિસ્થિતિઓમાં સ્થિર હોય છે. અન્ય ધાતુ હાઇડ્રાઇડ્સની જેમ, ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સના વિવિધ સ્ફટિકીય તબક્કાઓને પરંપરાગત રીતે ગ્રીક અક્ષરો સાથે લેબલ કરવામાં આવે છે, અને α ધાતુ માટે આરક્ષિત છે. જાણીતા ZrHx તબક્કાઓ γ (x = 1), δ (x = 1.5-1.65) અને ε (x = 1.75-2) છે. અપૂર્ણાંક x મૂલ્યો ઘણીવાર મિશ્રણને અનુરૂપ હોય છે, તેથી x = 0.8-1.5 સાથેની રચનાઓમાં સામાન્ય રીતે α, γ અને δ તબક્કાઓનું મિશ્રણ હોય છે, અને x = 1.65-1.75 માટે δ અને ε તબક્કાઓ સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે. x ને વધારવાના કાર્ય તરીકે, δ-Zr અને ε-Zr વચ્ચેનું સંક્રમણ ચહેરો-કેન્દ્રિત ઘન δ (ફ્લોરાઇટ-પ્રકાર) થી ચહેરો-કેન્દ્રિત ટેટ્રાગોનલ ε જાળીમાં ક્રમિક વિકૃતિ તરીકે જોવામાં આવે છે. આ વિકૃતિ સાથે વિકરની કઠિનતામાં ઝડપી ઘટાડો થાય છે, જે x <1.6 માટે 260 એચવી પર સ્થિર રહે છે, x <1.75 માટે રેખીય રીતે ઘટીને 160 એચવી થાય છે અને x <2.0 માટે લગભગ 160 એચવી પર સ્થિર થાય છે. આ કઠિનતામાં ઘટાડો ચુંબકીય સંવેદનશીલતામાં ઘટાડા સાથે થાય છે. હાઇડ્રોજનની વધતી જતી માત્રા સાથે દળની ઘનતા અલગ રીતે વર્તે છેઃ તે x = 0-1.6 માટે 6.52 થી 5.66 ગ્રામ/સે. મી. 3 સુધી રેખીય રીતે ઘટે છે અને x = 1.6-2.0 માટે થોડો બદલાય છે. હાઇડ્રોજન ગેસ સાથે ધાતુની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર તૈયારી અને રાસાયણિક ગુણધર્મો ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ રચાય છે. જ્યારે આ પ્રતિક્રિયા ઓરડાના તાપમાને પણ થાય છે, ત્યારે સજાતીય જથ્થાબંધ હાઇડ્રોજનીકરણ સામાન્ય રીતે કેટલાક કલાકો અને થોડા અઠવાડિયા વચ્ચેના સમયગાળા માટે 400-600 °C ના તાપમાને એનેલિંગ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. ઓરડાના તાપમાને, ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ હવામાં ઝડપથી ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, અને ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશમાં પણ. ઓક્સાઇડનું રચાયેલ નેનોમીટર-પાતળું સ્તર સામગ્રીમાં વધુ ઓક્સિજનના ફેલાવાને અટકાવે છે, અને આમ ઓક્સિડેશનને કારણે રચનામાં ફેરફારને સામાન્ય રીતે અવગણી શકાય છે. જો કે, વધતા તાપમાન સાથે ઓક્સિડેશન જથ્થામાં વધુ ઊંડાણમાં આગળ વધે છે. હાઇડ્રોજન એ Zr અને H વચ્ચેના ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટી તફાવતને કારણે આયનીય છે. જ્યારે પાતળી ફિલ્મો તરીકે તૈયાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે સ્ફટિક માળખું સુધારી શકાય છે અને સપાટીનું ઓક્સિડેશન ઘટાડી શકાય છે. ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ અથવા આલ્કોહોલમાં દ્રાવ્ય હોય છે; તેઓ પાણી, એસિડ, ઓક્સિડાઇઝર્સ અથવા હેલોજેનેટેડ સંયોજનો સાથે હિંસક પ્રતિક્રિયા આપે છે. એપ્લિકેશન્સ ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સની રચના એ વિવિધ પ્રકારના પરમાણુ રિએક્ટરની કામગીરીમાં એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે, જેમ કે ઉકળતા પાણીના રિએક્ટર ફુકુશિમા I અને II, જે 2011ના તોહોકુ ભૂકંપ અને સુનામીને કારણે શ્રેણીબદ્ધ વિસ્ફોટોથી પીડાતા હતા. તેમના યુરેનિયમ ઇંધણના ગોળીઓ ઝિરકાલોયમાંથી બનેલા ધાતુના સળિયાઓમાં બંધ હોય છે-સામાન્ય રીતે લગભગ 98.25% ઝિર્કોનિયમની મિશ્ર ધાતુ જેમાં 1.5% ટીન અને અન્ય ધાતુઓની નાની માત્રા હોય છે. ઝિરકાલોયનો ઉપયોગ થર્મલ ન્યુટ્રોન માટે તેના નાના શોષણ ક્રોસ-સેક્શન અને ઝિરકોનિયમ સહિત મોટાભાગની ધાતુઓની તુલનામાં શ્રેષ્ઠ યાંત્રિક અને કાટ ગુણધર્મોને કારણે થાય છે. સળિયાઓને વહેતા પાણી દ્વારા ઠંડુ કરવામાં આવે છે જે ધીમે ધીમે ઝિર્કોનિયમને ઓક્સિડાઇઝ કરે છે, હાઇડ્રોજનને મુક્ત કરે છે. ફુકુશિમા રિએક્ટરમાં સુનામીને કારણે રિએક્ટર કૂલિંગ સિસ્ટમ નિષ્ફળ ગઈ હતી. પરિણામી તાપમાનમાં વધારો રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને વેગ આપે છે અને નોંધપાત્ર માત્રામાં હાઇડ્રોજનનું સંચય કરે છે, જે વાતાવરણમાં ગેસ છોડવામાં આવે ત્યારે ઓક્સિજન સાથેની પ્રતિક્રિયા પર વિસ્ફોટ થાય છે. નિયમિત કામગીરીમાં, રિએક્ટર પ્રણાલીઓમાં મોટાભાગના હાઇડ્રોજનને સુરક્ષિત રીતે નિષ્ક્રિય કરવામાં આવે છે; જો કે, 5-20% નો અપૂર્ણાંક ઝિર્કાલોય સળિયાઓમાં ફેલાઈને ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે. આ પ્રક્રિયા યાંત્રિક રીતે સળિયાઓને નબળા પાડે છે કારણ કે હાઈડ્રાઇડમાં ધાતુની સરખામણીમાં ઓછી કઠિનતા અને નમ્યતા હોય છે. માત્ર થોડા ટકા હાઇડ્રોજન ઝિર્કોનિયમમાં ઓગળી શકે છે. વધારાનું હાઇડ્રોજન શૂન્ય બનાવે છે જે ઝિરકાલોયને નબળું પાડે છે. ઝિર્કાલોયમાં, ઝિર્કાલોય-4 હાઇડ્રોજન ફોલ્લાઓ માટે સૌથી ઓછું સંવેદનશીલ છે. તેનો ઉપયોગ જનરલ એટોમિક્સ અથવા સોવિયેત ટોપાઝ પરમાણુ રિએક્ટર દ્વારા વિકસિત ટ્રાઇગા સંશોધન રિએક્ટર જેવા થર્મલ-સ્પેક્ટ્રમ પરમાણુ રિએક્ટરમાં ન્યુટ્રોન મધ્યસ્થી તરીકે પણ થાય છે. 0. 14 ઇ. વી. થી ઉપરની ન્યુટ્રોન ઊર્જા પર તે પરમાણુ રિએક્ટરને મૂળભૂત હાઇડ્રોજન (સૌથી વધુ જાણીતી સામગ્રી) તરીકે નિયંત્રિત કરવામાં અસરકારક છે, પરંતુ ઘણી વધુ ગાઢ છે, અને તેથી એકમ વોલ્યુમ દીઠ ઉચ્ચ શક્તિ ધરાવતા કોમ્પેક્ટ રિએક્ટરને મંજૂરી આપે છે. તેમાં ન્યુટ્રોન પ્રતિધ્વનિ છે જે 0.14 eV ની નીચેની ઊર્જા પર લગભગ તમામ મધ્યસ્થતાને અટકાવે છે. ઝિર્કોનિયમ ડ્યુટેરાઇડ શ્રેષ્ઠ છે, કારણ કે તેમાં એન્યુટ્રોનિક હાઇડ્રોજન કરતાં ન્યુટ્રોનનું ઓછું શોષણ ક્રોસ-સેક્શન હોય છે, જે રિએક્ટરમાં ન્યુટ્રોનનું શોષણ ઘટાડે છે. શુદ્ધ પાવડર તરીકે, ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજનકરણ ઉત્પ્રેરક તરીકે, પાવડર ધાતુશાસ્ત્રમાં અને વેક્યૂમ ટ્યુબ ઉદ્યોગમાં ગેટર તરીકે થાય છે. વેક્યૂમ સિસ્ટમમાં, ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ ધાતુ અને સિરામિક વચ્ચે સીલ સ્થાપિત કરવામાં મદદ કરે છે. આ પદ્ધતિમાં, હાઇડ્રાઇડ પાવડર (ખાસ કરીને ZrH4) ને સીલિંગ મેટલ સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે; મિશ્રણને ગરમ કરવાથી હાઇડ્રાઇડનું વિઘટન થાય છે. વિકસિત હાઇડ્રોજન આસપાસના વિસ્તારને સાફ કરે છે, અને ઉત્પાદિત ધાતુ વહે છે અને 300 ડિગ્રી સેલ્સિયસ જેટલા નીચા તાપમાને પણ સીલ બનાવે છે. ZrH2 નો ઉપયોગ પાવડર ધાતુશાસ્ત્રમાં, હાઇડ્રોજનીકરણ ઉત્પ્રેરક તરીકે અને ઘટાડનાર એજન્ટ, વેક્યૂમ ટ્યુબ ગેટર અને ધાતુના ફીણના ઉત્પાદનમાં ફોમિંગ એજન્ટ તરીકે થાય છે. અન્ય ઉપયોગોમાં આતશબાજીની રચનાઓમાં બળતણ તરીકે કામ કરવાનો સમાવેશ થાય છે, એટલે કે આતશબાજીની શરૂઆત કરનારા. સલામતી પાવડર ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ જ્વલનશીલ હોય છે અને જો ગરમી, આગ અથવા સ્પાર્ક્સના સંપર્કમાં આવે તો તે સળગી શકે છે અને વિસ્ફોટ કરી શકે છે. જ્યારે તેને 300 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપર ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરીને વિઘટિત થાય છે, જે જ્વલનશીલ પણ હોય છે. સંદર્ભો બાહ્ય લિંક્સ "પરમાણુ ઉદ્યોગમાં ઝિર્કોનિયમ" મેટલ હાઇડ્રાઇડ્સ ઝિર્કોનિયમ એલોય્સ ન્યુટ્રોન મધ્યસ્થીઓ નામની સમર્પિત પરિષદ માટે ગૂગલ પુસ્તકોના શોધ પરિણામો