น้ำหนักจำเพาะของเซอร์โคเนียม คุณสมบัติ การใช้งาน และตารางค่า
เซอร์โคเนียมเป็นธาตุในหมู่ย่อยที่สี่ คาบที่ห้าของตารางธาตุ ในรูปธาตุบริสุทธิ์ เซอร์โคเนียมเป็นโลหะสีเทามันวาวอมเงิน มีความทนต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยมและมีความเหนียวสูง
วัสดุชนิดนี้มีสองรูปแบบ ได้แก่ เซอร์โคเนียมที่มีโครงผลึกแบบเฮกซะโกนัลเรียงชิด (แอลฟาเซอร์โคเนียม) และเซอร์โคเนียมที่มีโครงผลึกลูกบาศก์กลางลำตัว โดยจะเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกแบบที่อุณหภูมิ 863 °C
ตารางน้ำหนักจำเพาะของเซอร์โคเนียม
น้ำหนักของวัสดุนี้ขึ้นอยู่กับน้ำหนักจำเพาะของเซอร์โคเนียม เนื่องจากเป็นวัสดุซับซ้อน จึงไม่สามารถคำนวณน้ำหนักจำเพาะในภาคสนามได้ ขั้นตอนนี้ดำเนินการในห้องปฏิบัติการเคมีเฉพาะทาง อย่างไรก็ตาม ค่าน้ำหนักจำเพาะเฉลี่ยเป็นที่ทราบกันว่าเท่ากับ 6.506 กรัม/ซม.³
เพื่อให้คำนวณน้ำหนักและน้ำหนักจำเพาะของเซอร์โคเนียมได้สะดวกขึ้น ตารางด้านล่างแสดงค่าที่คำนวณไว้ รวมถึงการแปลงสำหรับระบบหน่วยต่าง ๆ
| วัสดุ | น้ำหนักจำเพาะ (กรัม/ซม.³) | น้ำหนัก 1 ม³ (กก.) |
| เซอร์โคเนียม | 6.506 | 6506 |
คุณสมบัติของเซอร์โคเนียม
เซอร์โคเนียมมีความหนาแน่น 6.506 กรัม/ซม.³ มีความจุความร้อนที่ดีในช่วงอุณหภูมิ 25 ถึง 100 °C และมีความต้านทานไฟฟ้าสูง จุดหลอมเหลวของเซอร์โคเนียมอยู่ที่ 1855 °C และจุดเดือดอยู่ที่ 4409 °C
วัสดุชนิดนี้ในรูปบริสุทธิ์มีความเหนียวและแปรรูปได้ง่ายด้วยวิธีต่าง ๆ เช่น การรีด การปั๊ม และการตีขึ้นรูป รวมถึงกระบวนการร้อนและเย็นอื่น ๆ หากมีออกซิเจนมากกว่า 0.2 เปอร์เซ็นต์ วัสดุจะไม่สามารถแปรรูปด้วยการอัดเย็นได้ โครงสร้างเปราะอาจเกิดจากไนโตรเจน คาร์บอน ออกซิเจน และไฮโดรเจนในส่วนประกอบ
เซอร์โคเนียมเนื้อแน่นจะออกซิไดซ์ช้า ๆ ที่อุณหภูมิในช่วง 200 ถึง 400 °C พร้อมเกิดฟิล์มเซอร์โคเนียมไดออกไซด์เคลือบผิว เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 800 °C จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศได้ดีมาก
เซอร์โคเนียมเนื้อแน่นทนต่อน้ำ ไอน้ำ และสภาวะกรดหลายชนิดได้ด้วยฟิล์มป้องกันเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ อย่างไรก็ตาม ความทนทานขึ้นอยู่กับความเข้มข้น อุณหภูมิ และสิ่งเจือปน โดยเฉพาะสภาวะที่มีฟลูออไรด์และกรดไฮโดรฟลูออริกซึ่งทำลายฟิล์มป้องกัน งานทางเคมีที่มีความสำคัญต้องใช้ข้อมูลของโลหะผสมและสภาวะแวดล้อมนั้นโดยเฉพาะ
เซอร์โคเนียมจัดเป็นโลหะพาราแมกเนติก
การใช้งานเซอร์โคเนียม
เซอร์โคเนียมและโลหะผสมใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายด้าน แนวทางหลัก ได้แก่:
- ใช้ในพลังงานนิวเคลียร์เพื่อผลิตชุดและองค์ประกอบเชื้อเพลิง รวมถึงโครงสร้างอื่น ๆ ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
- ใช้ในงานโลหวิทยาเป็นวัสดุมาสเตอร์อัลลอย เพราะเป็นสารกำจัดไนโตรเจนและสารกำจัดออกซิเจนที่ดีเยี่ยม เซอร์โคเนียมยังใช้ผลิตโลหะผสมที่ทนความร้อนและมีความแข็งแรงสูง โดยสูญเสียการนำไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย
- ใช้ผงและเศษกลึงเซอร์โคเนียมละเอียดในส่วนผสมดอกไม้เพลิง อุปกรณ์ให้สัญญาณ และแหล่งกำเนิดแสงเคมีชนิดพิเศษ โลหะเนื้อแน่นและผงละเอียดมีพฤติกรรมต่างกัน โดยผงอาจติดไฟได้ง่าย จึงต้องใช้มาตรการความปลอดภัยอย่างเคร่งครัด
- ใช้ในโลหะผสมและสารประกอบพิเศษสำหรับงานวิศวกรรมไฟฟ้า เทคโนโลยีสุญญากาศ และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่ต้องการความทนต่อการกัดกร่อน ความบริสุทธิ์ของวัสดุ และคุณสมบัติที่เสถียร
- ใช้ในทางการแพทย์เพื่อผลิตอวัยวะเทียมและเครื่องมือผ่าตัดหลายชนิด เนื่องจากทนต่อสภาวะทางชีวภาพได้ดีเยี่ยม แม้ดีกว่าไทเทเนียม
คำถามที่พบบ่อย
เซอร์โคเนียม 1 ม³ หนักเท่าใด?
เมื่อมีความหนาแน่นประมาณ 6.506 กรัม/ซม.³ เซอร์โคเนียมหนึ่งลูกบาศก์เมตรจะหนักราว 6506 กก. โลหะผสมและผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์ต่างกันอาจมีค่าแตกต่างเล็กน้อย
เหตุใดเซอร์โคเนียมจึงใช้ในพลังงานนิวเคลียร์?
เซอร์โคเนียมและโลหะผสมได้รับความสำคัญจากความทนต่อการกัดกร่อนและหน้าตัดการจับนิวตรอนความร้อนต่ำ จึงเหมาะสำหรับชิ้นส่วนในแกนปฏิกรณ์
เซอร์โคเนียมเป็นอันตรายระหว่างการแปรรูปหรือไม่?
โลหะเนื้อแน่นโดยทั่วไปมีเสถียรภาพ แต่ผง เศษกลึง และอนุภาคละเอียดอาจก่อให้เกิดไฟไหม้ได้ การตัดเฉือนจึงต้องกำจัดฝุ่นและปฏิบัติตามมาตรการความปลอดภัย