Zircon — ABC Chemicals

Бен Валслер

На этой неделе ослепитесь Брайаном Клеггом.

Брайан Клегг

Благодаря искусственному драгоценному камню из кубического циркония, который долгое время популяризировался как дешевая и веселая альтернатива бриллианту, трудно услышать «циркон» и его нельзя транспортировать в мир торговых каналов и ювелирных изделий по сниженным ценам. Правда, циркон — это другое предложение. Там, где кубический цирконий представляет собой кристаллы диоксида циркония, циркон представляет собой силикат циркония — ZrSiO4.

Это не значит, что цирконы не являются декоративными. Силикат циркония, естественно, представляет собой бесцветный кристалл с тетрагональной структурой, похожий на вытянутый куб. Чистые камни хорошего качества также использовались в качестве заменителей алмазов, известных как «алмазы Matura». Однако цирконы часто содержат примеси, которые окрашивают их, частично изменяя структуру кристалла в процессе, известном как метамицизация. Цирконы, как правило, содержат относительно высокие уровни примесей урана и тория. Эти радиоактивные материалы испускают альфа-частицы — заряженные ядра гелия — которые разрушают внутреннюю структуру кристалла и модифицируют его.

Zircon - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

В результате можно сделать цирконы желтыми, коричневыми, красными, синими или зелеными — и чаще всего в виде цветных драгоценных камней цирконы фигурируют в ювелирных изделиях не менее 2000 лет. Название «циркон», по-видимому, пришло из немецкого языка от жаргона или жаргуна, который, возможно, произошел от персидского заргуна, что сделало бы его «золотым». Относительно недавнее открытие заключается в том, что термообработка непривлекательных коричневых вариантов до температуры около 1100 ° С в условиях восстановления дает им более привлекательный светло-синий цвет. Это объясняется как для урана и тербия примесей набирают электроны и некоторый отжиг структурных дефектов, хотя причина остается спорным. Это изменение будет стабильным, если камень не подвергается воздействию сильного ультрафиолета, поэтому не рекомендуется брать с собой синие цирконы в солярий.

Zircon - ABC Chemicals

Хотя привлекательный внешний вид цирконов впервые привлек их внимание, силикат циркония имеет целый ряд применений при измельчении в виде порошка или извлечении из песка. Соединение имеет высокую температуру плавления, около 2550 ° C (сравните это с 1713 ° C для кремнезема), что делает его полезным в огнеупорных материалах, используемых в футеровочных печах и реакторах. Циркон используется для создания непрозрачных эмалей и глазурей, и он нашел небольшую роль в электронике, где тонкие пленки силиката циркония обеспечивают альтернативу более распространенному диэлектрическому слою диоксида кремния, что позволяет миниатюризировать компоненты в большей степени, чем это обычно возможно.

Использование цирконов в ювелирных изделиях дает нам окно в историю человечества, но кристаллы также действуют как машины времени, давая ученым понимание химии ранней Земли. В течение десятилетий предполагалось, что ранняя преджизненная атмосфера на Земле представляла собой смесь метана, оксида углерода, сероводорода и аммиака. Именно этот неприятный смог стал предметом экспериментов в 1950-х годах, когда электрические разряды посылались через сосуды, содержащие воду и эти газы, чтобы увидеть, насколько близки реакции к возникновению жизни.

Благодаря цирконам мы теперь знаем, что четыре миллиарда лет назад атмосфера Земли в основном содержала азот, водяной пар, диоксид углерода и диоксид серы. Атмосферные газы были бы в основном поставлены вулканами, и часть магмы из этих вулканов все еще находится в форме цирконов, которые особенно устойчивы к эрозии. Некоторые кристаллы датируются примерно 400 миллионами лет после образования Земли — мы можем датировать их благодаря скорости распада этих радиоактивных загрязнителей.

Zircon - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Цирконы хорошо задерживают частицы вокруг себя, в том числе оксид церия, который может иметь две формы: баланс между ними дает представление о степени окисления атмосферы. Ученые из политехнического института Rensselaer в Нью-Йорке показали, что условия окисления соединений углерода, водорода и серы в атмосфере были аналогичны нынешним уровням.

Это было только начало для способности циркона открыть прошлое. Они также позволили ученым лучше понять, когда началась жизнь. Углерод имеет два основных изотопа, углерод 12 и углерод 13 (также есть углерод 14, используемый при радиоуглеродном датировании, но это относительно редко). Биологические процессы слегка благоприятствуют меньшим атомам углерода 12, поэтому в жизни, как правило, содержится значительно больше углерода 12 к углероду 13, чем естественное соотношение около 99 к 1. Углерод, захваченный в цирконах 4,1 миллиарда лет назад, обнаружен в Джек Хиллс в Западной Австралии, содержит слишком много углерода 12. Вполне вероятно, хотя и не уверен, что это потому, что уже существовала жизнь, когда эти цирконы были сформированы.

Циркон является декоративным, термостойким и изменил наш взгляд на условия и возможности для очень ранней жизни на Земле. Это Дэвид Аттенборо из химического мира.

Бен Валслер

Это был Брайан Клегг с цирконом. На следующей неделе Майк Фримантл возвращается, только что из поездки к стоматологу.

Майк Фримантл

Мой дантист и я люблю говорить о химии. Поэтому, пока его помощник готовил цемент, я спросил его, что это за цемент. Поликарбоксилат цинка, сказал он мне.

Бен Валслер

В следующий раз присоединяйтесь к Майку для регулярной проверки. До тех пор, свяжитесь с нами обычными способами — пишите по электронной почте chemworld@rsc.org или пишите в Твиттер @chemistryworld. Спасибо за внимание, я Бен Валслер.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *