Zirconium hydride
जिरकोनियम हाइड्राइड जिरकोनियम और हाइड्रोजन के संयोजन से बने मिश्र धातु का वर्णन करता है। हाइड्रोजन एक सख्त एजेंट के रूप में कार्य करता है, जो जिरकोनियम परमाणु क्रिस्टल जाली में विस्थापन को एक दूसरे से फिसलने से रोकता है। हाइड्रोजन की मात्रा और जिरकोनियम हाइड्राइड (अवक्षेपित चरण) में इसकी उपस्थिति के रूप में परिवर्तन, परिणामी जिरकोनियम हाइड्राइड की कठोरता, लचीलापन और तन्यता शक्ति जैसे गुणों को नियंत्रित करता है। हाइड्रोजन की मात्रा में वृद्धि के साथ जिरकोनियम हाइड्राइड को जिरकोनियम की तुलना में कठिन और मजबूत बनाया जा सकता है, लेकिन इस तरह का जिरकोनियम हाइड्राइड भी जिरकोनियम की तुलना में कम नमनीय है। भौतिक गुण जिरकोनियम पृथ्वी की पपड़ी में केवल एक अयस्क के रूप में पाया जाता है, आमतौर पर एक जिरकोनियम सिलिकेट, जैसे कि जिरकोन। जिरकोनियम को ऑक्सीजन और सिलिका को हटाकर जिरकोनियम अयस्क से निकाला जाता है। यह प्रक्रिया, जिसे क्रॉल प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है, सबसे पहले टाइटेनियम पर लागू की गई थी। क्रॉल प्रक्रिया के परिणामस्वरूप एक मिश्र धातु होती है जिसमें हाफ्नियम होता है। हैफनियम और अन्य अशुद्धियों को बाद के चरण में हटा दिया जाता है। जिरकोनियम हाइड्राइड का निर्माण परिष्कृत जिरकोनियम को हाइड्रोजन के साथ मिलाकर किया जाता है। टाइटेनियम की तरह, ठोस जिरकोनियम हाइड्रोजन को काफी आसानी से घोल देता है। जिरकोनियम हाइड्राइड का घनत्व हाइड्रोजन के आधार पर भिन्न होता है और 5.56 और 6.52 ग्राम सेमी−3 के बीच होता है। यहां तक कि जिरकोनियम हाइड्राइड बनाने वाली सांद्रता की संकीर्ण सीमा में भी, हाइड्रोजन और जिरकोनियम के मिश्रण बहुत अलग गुणों के साथ कई अलग-अलग संरचनाएं बना सकते हैं। गुणवत्तापूर्ण जिरकोनियम हाइड्राइड बनाने के लिए ऐसे गुणों को समझना आवश्यक है। कमरे के तापमान पर, जिरकोनियम का सबसे स्थिर रूप षट्कोणीय निकट-पैक (एचसीपी) संरचना α-जिरकोनियम है। यह एक काफी नरम धातु सामग्री है जो हाइड्रोजन की केवल एक छोटी सांद्रता को भंग कर सकती है, 550 डिग्री सेल्सियस पर 0.069 डब्ल्यूटी% से अधिक नहीं। यदि जिरकोनियम हाइड्राइड में जिरकोनियम हाइड्राइड बनाने के तापमान पर 0.069% से अधिक हाइड्रोजन होता है तो यह β-जिरकोनियम नामक शरीर-केंद्रित घन (BCC) संरचना में बदल जाता है। यह काफी अधिक हाइड्रोजन, 900 डिग्री सेल्सियस से ऊपर 1.2% से अधिक हाइड्रोजन को भंग कर सकता है। जब 0.7% से कम हाइड्रोजन वाले जिरकोनियम हाइड्राइड, जिन्हें हाइपोयूटेक्टॉइड जिरकोनियम हाइड्राइड के रूप में जाना जाता है, को β चरण से ठंडा किया जाता है, तो मिश्रण α चरण में लौटने का प्रयास करता है, जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोजन की अधिकता होती है। एक अन्य बहुरूपी रूप γ चरण है, जिसे आम तौर पर मेटास्टेबल चरण के रूप में स्वीकार किया जाता है। जिरकोनियम हाइड्राइड गंधहीन, गहरे भूरे से काले धातु के पाउडर होते हैं। वे विद्युत चालकता और चुंबकीय गुणों (पैरामैग्नेटिक, जब तक कि फेरोमैग्नेटिक अशुद्धियों से दूषित न हो) के संदर्भ में सामान्य धातुओं की तरह व्यवहार करते हैं। उनकी संरचना और संरचना परिवेश की स्थितियों में स्थिर होती है। अन्य धातु हाइड्राइडों के समान, जिरकोनियम हाइड्राइडों के विभिन्न क्रिस्टलीय चरणों को पारंपरिक रूप से यूनानी अक्षरों के साथ लेबल किया जाता है, और α धातु के लिए आरक्षित है। ज्ञात ZrHx चरण हैं γ (x = 1), δ (x = 1.5-1.65) और ε (x = 1.75-2)। भिन्न x मान अक्सर मिश्रणों के अनुरूप होते हैं, इसलिए x = 0.8-1.5 वाली रचनाओं में आमतौर पर α, γ और δ चरणों का मिश्रण होता है, और x = 1.65-1.75 के लिए δ और ε चरण सह-अस्तित्व में होते हैं। x को बढ़ाने के एक कार्य के रूप में, δ-Zr और ε-Zr के बीच संक्रमण को चेहरे-केंद्रित घन δ (फ्लोराइट-प्रकार) से चेहरे-केंद्रित टेट्रागोनल ε जाली के क्रमिक विरूपण के रूप में देखा जाता है। इस विकृति के साथ विकर्स की कठोरता में तेजी से कमी आती है, जो x <1.6 के लिए 260 एच. वी. पर स्थिर है, रैखिक रूप से 1.6 <x <1.75 के लिए 160 एच. वी. तक कम हो जाती है और 1.75 <x <2.0 के लिए लगभग 160 एच. वी. पर स्थिर हो जाती है। इस कठोरता में कमी के साथ चुंबकीय संवेदनशीलता में कमी आती है। द्रव्यमान घनत्व बढ़ती हाइड्रोजन सामग्री के साथ अलग तरह से व्यवहार करता हैः यह x = 0-1.6 के लिए 6.52 से 5.66 ग्राम/सेमी3 तक रैखिक रूप से कम हो जाता है और x = 1.6-2.0 के लिए बहुत कम बदलता है। तैयारी और रासायनिक गुण जिरकोनियम हाइड्राइड हाइड्रोजन गैस के साथ धातु की बातचीत पर बनते हैं। जबकि यह प्रतिक्रिया कमरे के तापमान पर भी होती है, सजातीय थोक हाइड्रोजनीकरण आमतौर पर कई घंटों और कुछ हफ्तों के बीच की अवधि के लिए 400-600 °C के तापमान पर एनीलिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है। कमरे के तापमान पर, जिरकोनियम हाइड्राइड जल्दी से हवा में ऑक्सीकरण करते हैं, और यहां तक कि उच्च निर्वात में भी। ऑक्साइड की गठित नैनोमीटर-पतली परत सामग्री में आगे ऑक्सीजन प्रसार को रोकती है, और इस प्रकार ऑक्सीकरण के कारण संरचना में परिवर्तन को आमतौर पर उपेक्षित किया जा सकता है। हालांकि, बढ़ते तापमान के साथ ऑक्सीकरण बल्क में गहराई तक आगे बढ़ता है। हाइड्रोजन Zr और H के बीच इलेक्ट्रोनगेटिविटी अंतर के कारण आयनिक है। जब पतली फिल्मों के रूप में तैयार किया जाता है, तो क्रिस्टल संरचना में सुधार किया जा सकता है और सतह के ऑक्सीकरण को कम किया जा सकता है। जिरकोनियम हाइड्राइड हाइड्रोफ्लोरिक एसिड या अल्कोहल में घुलनशील होते हैं; वे पानी, एसिड, ऑक्सीडाइज़र या हेलोजेनेटेड यौगिकों के साथ हिंसक प्रतिक्रिया करते हैं। अनुप्रयोग जिरकोनियम हाइड्राइड का निर्माण कई प्रकार के परमाणु रिएक्टरों के संचालन में एक महत्वपूर्ण कारक है, जैसे कि उबलते पानी के रिएक्टर फुकुशिमा I और II, जो 2011 के तोहोकू भूकंप और सुनामी के कारण हुए विस्फोटों की एक श्रृंखला से पीड़ित थे। उनके यूरेनियम ईंधन के छर्रों को ज़िरकलॉय से बने धातु की छड़ में संलग्न किया जाता है-आमतौर पर लगभग 98.25% ज़िरकोनियम का एक मिश्र धातु जिसमें 1.5% टिन और अन्य धातुओं की मामूली मात्रा होती है। ज़िरकलॉय का उपयोग थर्मल न्यूट्रॉन के लिए अपने छोटे अवशोषण क्रॉस-सेक्शन और ज़िरकोनियम सहित अधिकांश धातुओं की तुलना में बेहतर यांत्रिक और संक्षारण गुणों के कारण किया जाता है। छड़ें प्रवाहित पानी द्वारा ठंडा की जाती हैं जो धीरे-धीरे जिरकोनियम का ऑक्सीकरण करती हैं, हाइड्रोजन को मुक्त करती हैं। फुकुशिमा रिएक्टरों में, सुनामी के कारण रिएक्टर शीतलन प्रणाली विफल हो गई। परिणामस्वरूप तापमान में वृद्धि ने रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज किया और महत्वपूर्ण मात्रा में हाइड्रोजन का संचय किया, जो वायुमंडल में गैस छोड़े जाने पर ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया पर विस्फोट हो गया। नियमित संचालन में, अधिकांश हाइड्रोजन रिएक्टर प्रणालियों में सुरक्षित रूप से निष्क्रिय हो जाता है; हालाँकि, 5-20% का एक अंश जिरकालोय छड़ में फैल जाता है जिससे जिरकोनियम हाइड्राइड बनते हैं। यह प्रक्रिया यांत्रिक रूप से छड़ को कमजोर कर देती है क्योंकि हाइड्राइड में धातु की तुलना में कम कठोरता और लचीलापन होता है। केवल कुछ प्रतिशत हाइड्रोजन जिरकोनियम में घुल सकता है। अतिरिक्त हाइड्रोजन रिक्त स्थान बनाता है जो जिरकेलॉय को कमजोर करता है। जिरकलॉय में, जिरकलॉय-4 हाइड्रोजन फफोले के लिए सबसे कम संवेदनशील है। इसका उपयोग थर्मल-स्पेक्ट्रम परमाणु रिएक्टरों जैसे कि जनरल एटॉमिक्स या सोवियत टोपाज़ परमाणु रिएक्टरों द्वारा विकसित ट्रिगा अनुसंधान रिएक्टर में न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में भी किया जाता है। 0. 14 ई. वी. से ऊपर की न्यूट्रॉन ऊर्जाओं पर यह मौलिक हाइड्रोजन (सबसे अच्छी तरह से ज्ञात सामग्री) के रूप में एक परमाणु रिएक्टर को नियंत्रित करने में उतना ही प्रभावी है, लेकिन कहीं अधिक घना है, और इसलिए प्रति इकाई मात्रा में उच्च शक्ति वाले कॉम्पैक्ट रिएक्टरों को अनुमति देता है। इसमें न्यूट्रॉन अनुनाद होते हैं जो 0.14 eV से नीचे की ऊर्जा पर लगभग सभी संयम को रोकते हैं। जिरकोनियम ड्यूटेराइड बेहतर है, क्योंकि इसमें एन्यूट्रोनिक हाइड्रोजन की तुलना में कम न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन होता है, जिससे रिएक्टर में न्यूट्रॉन अवशोषण कम हो जाता है। एक शुद्ध पाउडर के रूप में, जिरकोनियम हाइड्राइड का उपयोग हाइड्रोजनीकरण उत्प्रेरक के रूप में, पाउडर धातु विज्ञान में और वैक्यूम ट्यूब उद्योग में प्राप्तकर्ता के रूप में किया जाता है। निर्वात प्रणाली में, जिरकोनियम हाइड्राइड धातु और चीनी मिट्टी के बीच एक मुहर स्थापित करने में मदद करते हैं। इस विधि में, एक हाइड्राइड पाउडर (विशेष रूप से ZrH4) को सीलिंग धातु के साथ मिलाया जाता है; मिश्रण को गर्म करने से हाइड्राइड का अपघटन होता है। विकसित हाइड्रोजन आसपास के क्षेत्र को साफ करता है, और उत्पादित धातु बहती है और 300 डिग्री सेल्सियस के रूप में कम तापमान पर भी एक मुहर बनाती है। ZrH2 का उपयोग पाउडर धातु विज्ञान में, हाइड्रोजनीकरण उत्प्रेरक के रूप में, और एक कम करने वाले एजेंट, वैक्यूम ट्यूब गेटर और धातु फोम के उत्पादन में एक फोमिंग एजेंट के रूप में किया जाता है। अन्य उपयोगों में आतिशबाजी रचनाओं में ईंधन के रूप में कार्य करना शामिल है, अर्थात् आतिशबाजी आरंभकर्ता। सुरक्षा चूर्ण जिरकोनियम हाइड्राइड ज्वलनशील होते हैं और गर्मी, आग या चिंगारी के संपर्क में आने पर प्रज्वलित और विस्फोट कर सकते हैं। जब इन्हें 300 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म किया जाता है, तो वे हाइड्रोजन गैस छोड़ते हुए विघटित हो जाते हैं, जो ज्वलनशील भी होती है। संदर्भ बाहरी लिंक "परमाणु उद्योग में जिरकोनियम" नामक समर्पित सम्मेलन के लिए गूगल पुस्तक खोज परिणाम मेटल हाइड्राइड्स जिरकोनियम मिश्र धातु न्यूट्रॉन मॉडरेटर