Zirconium hydride
زرکونیم ہائیڈرائڈ زرکونیم اور ہائیڈروجن کے امتزاج سے بنے مرکب کی وضاحت کرتا ہے۔ ہائیڈروجن ایک سخت کرنے والے ایجنٹ کے طور پر کام کرتا ہے، جو زرکونیم ایٹم کرسٹل لیٹس میں بے ترتیبی کو ایک دوسرے کے پیچھے پھسلنے سے روکتا ہے۔ ہائیڈروجن کی مقدار اور زرکونیم ہائیڈرائڈ میں اس کی موجودگی کی شکل میں فرق اس کے نتیجے میں زرکونیم ہائیڈرائڈ کی سختی، لچک اور تناؤ کی طاقت جیسی خصوصیات کو کنٹرول کرتا ہے۔ ہائیڈروجن کے مواد میں اضافے کے ساتھ زرکونیم ہائیڈرائڈ کو زرکونیم سے زیادہ سخت اور مضبوط بنایا جا سکتا ہے، لیکن اس طرح کا زرکونیم ہائیڈرائڈ بھی زرکونیم سے کم لچکدار ہوتا ہے۔ مادی خصوصیات زرکونیم زمین کی پرت میں صرف ایک ایسک کی شکل میں پایا جاتا ہے، عام طور پر زرکونیم سلیکیٹ، جیسے زرکون۔ زرکونیم آکسیجن اور سلیکا کو ہٹا کر زرکونیم ایسک سے نکالا جاتا ہے۔ یہ عمل، جسے کرول عمل کہا جاتا ہے، سب سے پہلے ٹائٹینیم پر لاگو کیا گیا تھا۔ کرول کے عمل کے نتیجے میں ایک مرکب ہوتا ہے جس میں ہفنیم ہوتا ہے۔ ہافنیم اور دیگر نجاستوں کو اگلے مرحلے میں ہٹا دیا جاتا ہے۔ زرکونیم ہائیڈرائڈ ریفائنڈ زرکونیم کو ہائیڈروجن کے ساتھ ملا کر بنایا جاتا ہے۔ ٹائٹینیم کی طرح، ٹھوس زرکونیم ہائیڈروجن کو آسانی سے تحلیل کر دیتا ہے۔ زرکونیم ہائیڈرائڈ کی کثافت ہائیڈروجن کی بنیاد پر مختلف ہوتی ہے اور 5.56 اور 6.52 گرام سینٹی میٹر −3 کے درمیان ہوتی ہے۔ یہاں تک کہ ارتکاز کی تنگ حد میں جو زرکونیم ہائیڈرائڈ بناتی ہے، ہائیڈروجن اور زرکونیم کے مرکب بہت مختلف خصوصیات کے ساتھ متعدد مختلف ڈھانچے تشکیل دے سکتے ہیں۔ اس طرح کی خصوصیات کو سمجھنا معیاری زرکونیم ہائیڈرائڈ بنانے کے لیے ضروری ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر، زرکونیم کی سب سے مستحکم شکل ہیکساگونل کلوز پیکڈ (ایچ سی پی) ڈھانچہ α-زرکونیم ہے۔ یہ ایک کافی نرم دھاتی مواد ہے جو ہائیڈروجن کے صرف ایک چھوٹے سے ارتکاز کو تحلیل کر سکتا ہے، 550 ڈگری سیلسیس پر 0.069 ڈبلیو ٹی ٪ سے زیادہ نہیں۔ اگر زرکونیم ہائیڈرائڈ درجہ حرارت بنانے پر 0.069 ٪ سے زیادہ ہائیڈروجن پر مشتمل ہوتا ہے تو یہ جسم پر مرکوز مکعب (BCC) ڈھانچے میں تبدیل ہو جاتا ہے جسے β-زرکونیم کہا جاتا ہے۔ یہ کافی زیادہ ہائیڈروجن، 900 ڈگری سیلسیس سے اوپر 1.2 فیصد سے زیادہ ہائیڈروجن کو تحلیل کر سکتا ہے۔ جب 0.7 فیصد سے کم ہائیڈروجن والے زرکونیم ہائیڈرائڈز، جنہیں ہائپویوٹیکٹائڈ زرکونیم ہائیڈرائڈ کہا جاتا ہے، کو β مرحلے سے ٹھنڈا کیا جاتا ہے تو مرکب α مرحلے میں واپس آنے کی کوشش کرتا ہے، جس کے نتیجے میں ہائیڈروجن کی زیادتی ہوتی ہے۔ ایک اور پولیمرفک شکل γ مرحلہ ہے، جسے عام طور پر میٹاسٹیبل مرحلے کے طور پر قبول کیا جاتا ہے۔ زرکونیم ہائیڈرائڈز بے بو، گہرے سرمئی سے سیاہ دھاتی پاؤڈر ہوتے ہیں۔ وہ برقی چالکتا اور مقناطیسی خصوصیات (پیرا مقناطیسی، جب تک کہ فیرومیگنیٹک نجاست سے آلودہ نہ ہوں) کے لحاظ سے معمول کی دھاتوں کی طرح برتاؤ کرتے ہیں۔ ان کی ساخت اور ساخت ماحول کے حالات میں مستحکم ہوتی ہے۔ دیگر دھاتی ہائیڈرائڈز کی طرح، زرکونیم ہائیڈرائڈز کے مختلف کرسٹل مرحلے روایتی طور پر یونانی حروف کے ساتھ لیبل کیے جاتے ہیں، اور α دھات کے لیے مخصوص ہوتا ہے۔ معروف ZrHx مراحل ہیں γ (x = 1)، δ (x = 1.5-1.65) اور ε (x = 1.75-2)۔ فریکشنل x اقدار اکثر مرکب سے مطابقت رکھتی ہیں، لہذا x = 0.8-1.5 والی ترکیبیں عام طور پر α، γ اور δ مراحل کا مرکب رکھتی ہیں، اور x = 1.65-1.75 کے لیے δ اور ε مراحل ایک ساتھ موجود ہوتے ہیں۔ بڑھتی ہوئی x کی تقریب کے طور پر، δ-Zr اور ε-Zr کے درمیان منتقلی کو چہرے پر مرکوز کیوبک δ (فلورائٹ قسم) سے چہرے پر مرکوز ٹیٹراگونل ε جالی کی بتدریج مسخ کے طور پر دیکھا جاتا ہے۔ یہ مسخ وکرس کی سختی میں تیزی سے کمی کے ساتھ ہے، جو کہ x <1.6 کے لیے 260 ایچ وی پر مستقل ہے، لکیری طور پر 1.6 <x <1.75 کے لیے 160 ایچ وی تک کم ہو جاتا ہے اور 1.75 <x <2.0 کے لیے تقریبا 160 ایچ وی پر مستحکم ہو جاتا ہے۔ یہ سختی کی کمی مقناطیسی حساسیت میں کمی کے ساتھ ہوتی ہے۔ بڑے پیمانے پر کثافت ہائیڈروجن کے بڑھتے ہوئے مواد کے ساتھ مختلف طریقے سے برتاؤ کرتی ہے: یہ x = 0-1.6 کے لیے 6.52 سے 5.66 گرام/سینٹی میٹر 3 تک لکیری طور پر کم ہو جاتی ہے اور x = 1.6-2.0 کے لیے بہت کم تبدیل ہوتی ہے۔ تیاری اور کیمیائی خصوصیات زرکونیم ہائیڈرائڈز ہائیڈروجن گیس کے ساتھ دھات کے تعامل پر تشکیل پاتے ہیں۔ جبکہ یہ تعامل کمرے کے درجہ حرارت پر بھی ہوتا ہے، یکساں بلک ہائیڈروجنشن عام طور پر کئی گھنٹوں اور چند ہفتوں کے درمیان کی مدت کے لیے 400-600 °C کے درجہ حرارت پر اینیلنگ کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر، زرکونیم ہائیڈرائڈز ہوا میں اور یہاں تک کہ زیادہ خلا میں بھی تیزی سے آکسائڈائز ہو جاتے ہیں۔ آکسائڈ کی بنی ہوئی نینو میٹر پتلی پرت مادے میں مزید آکسیجن کے پھیلاؤ کو روکتی ہے، اور اس طرح آکسیکرن کی وجہ سے ساخت میں تبدیلی کو عام طور پر نظر انداز کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، بڑھتی ہوئی درجہ حرارت کے ساتھ آکسیکرن بلک میں گہری ہوتی جاتی ہے۔ زیڈ آر اور ایچ کے درمیان برقی منفی فرق کی وجہ سے ہائیڈروجن آئنک ہے۔ جب پتلی فلموں کے طور پر تیار کیا جاتا ہے تو کرسٹل کی ساخت کو بہتر بنایا جا سکتا ہے اور سطح کے آکسیکرن کو کم سے کم کیا جا سکتا ہے۔ زرکونیم ہائیڈرائڈز ہائیڈرو فلورک ایسڈ یا الکحل میں گھلنشیل ہوتے ہیں۔ وہ پانی، ایسڈ، آکسیڈائزرز یا ہیلوجنیٹڈ مرکبات کے ساتھ پرتشدد رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔ ایپلی کیشنز زرکونیم ہائیڈرائڈز کی تشکیل کئی قسم کے جوہری ری ایکٹروں کے آپریشن میں ایک اہم عنصر ہے، جیسے کہ ابلتے ہوئے پانی کے ری ایکٹروں فوکوشیما I اور II، جو 2011 کے توہوکو زلزلے اور سونامی کی وجہ سے ہونے والے دھماکوں کے سلسلے کا شکار ہوئے۔ ان کے یورینیم ایندھن کے چھرے زرکالوئے سے بنی دھات کی سلاخوں میں بند ہوتے ہیں-عام طور پر تقریبا 98.25% زرکونیم کا مرکب جس میں 1.5% ٹن اور دیگر دھاتوں کی معمولی مقدار ہوتی ہے۔ زرکالوئے کا استعمال تھرمل نیوٹرانوں کے لیے اس کے چھوٹے جذب کراس سیکشن اور زرکونیم سمیت زیادہ تر دھاتوں کے مقابلے میں اعلی مکینیکل اور کٹاؤ کی خصوصیات کی وجہ سے کیا جاتا ہے۔ سلاخوں کو پانی کے بہاؤ سے ٹھنڈا کیا جاتا ہے جو آہستہ آہستہ زرکونیم کو آکسائڈائز کرتا ہے، اور ہائیڈروجن کو آزاد کرتا ہے۔ فوکوشیما ری ایکٹروں میں سونامی کی وجہ سے ری ایکٹر کولنگ سسٹم ناکام ہو گیا۔ نتیجے میں درجہ حرارت میں اضافے نے کیمیائی رد عمل کو تیز کیا اور ہائیڈروجن کی کافی مقدار جمع ہوئی، جو آکسیجن کے ساتھ تعامل پر پھٹ گئی جب گیس کو ماحول میں چھوڑا گیا۔ باقاعدہ آپریشن میں، ری ایکٹر کے نظام میں زیادہ تر ہائیڈروجن کو محفوظ طریقے سے بے اثر کر دیا جاتا ہے ؛ تاہم، 5-20% کا ایک حصہ زرکنیم ہائیڈرائڈز بنانے والی زرکالوئے سلاخوں میں پھیل جاتا ہے۔ یہ عمل میکانکی طور پر سلاخوں کو کمزور کر دیتا ہے کیونکہ ہائیڈرائڈز میں دھات کے مقابلے میں سختی اور لچک کم ہوتی ہے۔ صرف چند فیصد ہائیڈروجن زرکونیم میں تحلیل ہو سکتا ہے۔ اضافی ہائیڈروجن خالی جگہیں بناتی ہیں جو زرکلائے کو کمزور کرتی ہیں۔ زرکلائے میں، زرکلائے-4 ہائیڈروجن کے چھالوں کے لیے سب سے کم حساس ہے۔ یہ تھرمل سپیکٹرم نیوکلیئر ری ایکٹرز جیسے کہ جنرل ایٹمکس یا سوویت ٹوپیز نیوکلیئر ری ایکٹرز کے ذریعہ تیار کردہ ٹریگا ریسرچ ری ایکٹر میں نیوٹرون ماڈریٹر کے طور پر بھی استعمال ہوتا ہے۔ 0. 14 ای وی سے اوپر کی نیوٹرون توانائیوں پر یہ جوہری ری ایکٹر کو عنصر ہائیڈروجن (سب سے مشہور مواد) کے طور پر معتدل کرنے میں اتنا ہی موثر ہے، لیکن کہیں زیادہ گھنے ہے، اور اس وجہ سے فی یونٹ حجم میں زیادہ طاقت والے کمپیکٹ ری ایکٹرز کی اجازت دیتا ہے۔ اس میں نیوٹرون گونج ہوتی ہے جو 0.14 eV سے نیچے کی توانائیوں پر تقریبا تمام اعتدال پسندی کو روکتی ہے۔ زرکونیم ڈیوٹرائڈ بہتر ہے، کیونکہ اس میں اینیوٹرونک ہائیڈروجن کے مقابلے میں نیوٹران جذب کراس سیکشن کم ہوتا ہے، جس سے ری ایکٹر میں نیوٹران جذب کم ہوتا ہے۔ خالص پاؤڈر کے طور پر، زرکونیم ہائیڈرائڈز کو ہائیڈروجنشن اتپریرک کے طور پر، پاؤڈر دھات کاری میں، اور ویکیوم ٹیوب انڈسٹری میں گیٹرز کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ ویکیوم سسٹم میں، زرکونیم ہائیڈرائڈز دھات اور سیرامک کے درمیان مہر لگانے میں مدد کرتے ہیں۔ اس طریقہ کار میں، ایک ہائیڈرائڈ پاؤڈر (خاص طور پر ZrH4) کو سگ ماہی دھات کے ساتھ ملایا جاتا ہے ؛ مرکب کو گرم کرنے کے نتیجے میں ہائیڈرائڈ سڑ جاتا ہے۔ ارتقا پذیر ہائیڈروجن آس پاس کے علاقے کو صاف کرتا ہے، اور پیدا شدہ دھات بہتی ہے اور 300 ڈگری سیلسیس تک کم درجہ حرارت پر بھی مہر بناتی ہے۔ ZrH2 پاؤڈر دھات کاری میں، ہائیڈروجنشن اتپریرک کے طور پر، اور کم کرنے والے ایجنٹ، ویکیوم ٹیوب گیٹر، اور دھات کے جھاگوں کی تیاری میں جھاگ لگانے والے ایجنٹ کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ دیگر استعمال میں آتش بازی کی ترکیبوں میں ایندھن کے طور پر کام کرنا شامل ہے، یعنی آتش بازی شروع کرنے والے۔ حفاظتی پاؤڈر زرکونیم ہائیڈرائڈز آتش گیر ہوتے ہیں اور گرمی، آگ یا چنگاریوں کے سامنے آنے پر بھڑک سکتے ہیں اور پھٹ سکتے ہیں۔ جب 300 ڈگری سیلسیس سے اوپر گرم کیا جاتا ہے، تو وہ خارج ہونے والی ہائیڈروجن گیس کو سڑ دیتے ہیں، جو آتش گیر بھی ہوتی ہے۔ حوالہ جات بیرونی روابط "جوہری صنعت میں زرکونیم" نامی وقف شدہ کانفرنس کے لیے گوگل بک کے تلاش کے نتائج میٹل ہائیڈرائڈز زرکونیم مرکب نیوٹرون ماڈریٹرز