Scandium, sa simbolom elementa Sc i atomskim brojem 21, lako je rastvorljiv u vodi, može da stupi u interakciju sa toplom vodom i lako potamni na vazduhu. Njegova glavna valencija je +3. Često se miješa s gadolinijem, erbijumom i drugim elementima, sa malim prinosom i sadržajem od približno 0,0005% u kori. Skandij se često koristi za izradu specijalnog stakla i lakih legura na visokim temperaturama.
Trenutno, dokazane rezerve skandijuma u svijetu iznose samo 2 miliona tona, od kojih se 90~95% nalazi u rudama boksita, fosforita i željeza i titanijuma, a manji dio u rudama uranijuma, torija, volframa i rijetkih zemalja, uglavnom distribuira u Rusiji, Kini, Tadžikistanu, Madagaskaru, Norveškoj i drugim zemljama. Kina je veoma bogata resursima skandijuma, sa ogromnim rezervama minerala vezanih za skandij. Prema nepotpunim statističkim podacima, rezerve skandijuma u Kini iznose oko 600.000 tona, koje se nalaze u ležištima boksita i fosforita, porfira i kvarcnih vena volframa u Južnoj Kini, retkih zemalja u Južnoj Kini, Bayan Obo nalazišta retke zemlje željezne rude u Unutrašnja Mongolija i Panzhihua vanadij titanijum magnetit ležište u Sečuanu.
Zbog nestašice skandijuma, cijena skandijuma je također vrlo visoka, a na svom vrhuncu cijena skandijuma je bila naduvana do 10 puta više od cijene zlata. Iako je cijena skandijuma pala, on je i dalje četiri puta veći od cijene zlata!
Discovering History
Godine 1869. Mendeljejev je uočio jaz u atomskoj masi između kalcijuma (40) i titanijuma (48) i predvidio da ovde postoji i neotkriveni srednji element atomske mase. Predvidio je da je njegov oksid X ₂ O Å. Skandij je 1879. otkrio Lars Frederik Nilson sa Univerziteta Upsala u Švedskoj. Izvadio ga je iz rudnika crnog rijetkog zlata, složene rude koja sadrži 8 vrsta metalnih oksida. On je izvukaoErbijum(III) oksidiz rude crnog rijetkog zlata, i dobijenYterbijum(III) oksidiz ovog oksida, a postoji još jedan oksid lakšeg elementa, čiji spektar pokazuje da se radi o nepoznatom metalu. Ovo je metal koji je predvideo Mendeljejev, čiji je oksidSc₂O₃. Sam metal skandij je proizveden odSkandij hloridelektrolitskim topljenjem 1937.
Mendeljejev
Elektronska konfiguracija
Konfiguracija elektrona: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandij je meki, srebrno bijeli prelazni metal sa tačkom topljenja od 1541 ℃ i tačkom ključanja od 2831 ℃.
U značajnom vremenskom periodu nakon njegovog otkrića, upotreba skandijuma nije bila dokazana zbog njegove teškoće u proizvodnji. Uz sve veće poboljšanje metoda odvajanja rijetkih zemnih elemenata, sada postoji zreli tok procesa za prečišćavanje jedinjenja skandijuma. Budući da je skandij manje alkalan od itrijuma i lantanida, hidroksid je najslabiji, tako da će mineral rijetke zemlje koji sadrži skandij biti odvojen od elementa rijetke zemlje metodom „stepena precipitacije“ kada se skandij(III) hidroksid tretira amonijakom nakon se prebacuje u rastvor. Druga metoda je odvajanje skandijevog nitrata polarnom razgradnjom nitrata. Budući da se skandijev nitrat najlakše razlaže, skandij se može odvojiti. Osim toga, sveobuhvatan oporavak pratećeg skandijuma iz uranijuma, torija, volframa, kalaja i drugih mineralnih naslaga također je važan izvor skandijuma.
Nakon dobijanja čistog jedinjenja skandijuma, on se pretvara u ScCl Å i topi se sa KCl i LiCl. Otopljeni cink se koristi kao katoda za elektrolizu, uzrokujući taloženje skandijuma na cink elektrodi. Zatim se cink isparava kako bi se dobio metalni skandij. Ovo je lagani srebrno bijeli metal s vrlo aktivnim kemijskim svojstvima, koji može reagirati s toplom vodom i stvoriti plin vodonik. Dakle, metalni skandij koji vidite na slici je zatvoren u bocu i zaštićen plinom argonom, inače će skandij brzo formirati tamno žuti ili sivi oksidni sloj, izgubivši svoj sjajni metalni sjaj.
Prijave
Industrija rasvjete
Upotreba skandijuma koncentrirana je u vrlo svijetlim pravcima, i nije pretjerano nazvati ga Sinom svjetlosti. Prvo magično oružje od skandijuma zove se skandijum natrijum lampa, koja se može koristiti da donese svetlost hiljadama domaćinstava. Ovo je metalhalogenidno električno svjetlo: sijalica je napunjena natrijum jodidom i skandij trijodidom, a istovremeno se dodaju skandij i natrijum folija. Tokom visokonaponskog pražnjenja, joni skandijuma i joni natrijuma emituju svetlost svojih karakterističnih talasnih dužina emisije. Spektralne linije natrijuma su 589,0 i 589,6 nm, dva poznata žuta svjetla, dok su spektralne linije skandijuma 361,3~424,7 nm, serija emisija bliskih ultraljubičastih i plavih svjetlosti. Budući da se međusobno nadopunjuju, ukupna proizvedena boja svjetla je bijela svjetlost. Upravo zato što skandij natrijumske lampe imaju karakteristike visoke svetlosne efikasnosti, dobre boje svetla, uštede energije, dugog veka trajanja i jake sposobnosti razbijanja magle, mogu se široko koristiti za televizijske kamere, trgove, sportske objekte i osvetljenje puteva, i poznati su kao izvori svjetlosti treće generacije. U Kini se ova vrsta lampe postepeno promoviše kao nova tehnologija, dok je u nekim razvijenim zemljama ova vrsta lampe bila u širokoj upotrebi već početkom 1980-ih.
Drugo magično oružje skandijuma su solarne fotonaponske ćelije, koje mogu prikupiti svjetlost raspršenu po tlu i pretvoriti je u električnu energiju za pokretanje ljudskog društva. Skandij je najbolji metal za barijeru u metalnim izolatorskim poluvodičkim silikonskim solarnim ćelijama i solarnim ćelijama.
Njegovo treće magijsko oružje se zove γ A izvor zraka, ovo magično oružje može sijati samo po sebi, ali ova vrsta svjetlosti se ne može primiti golim okom, to je tok fotona visoke energije. Obično izdvajamo 45Sc iz minerala, koji je jedini prirodni izotop skandijuma. Svako jezgro 45Sc sadrži 21 proton i 24 neutrona. 46Sc, umjetni radioaktivni izotop, može se koristiti kao izvor γ zračenja ili se atomi tragača također mogu koristiti za radioterapiju malignih tumora. Postoje i aplikacije kao što je itrijum galij skandij granat laser,Skandijum fluoridstakleno infracrveno optičko vlakno i katodna cijev obložena skandijem na televiziji. Čini se da se skandijum rađa sa sjajem.
Industrija legura
Skandij u svom elementarnom obliku se naširoko koristi za dopiranje aluminijskih legura. Sve dok se aluminijumu doda nekoliko hiljaditih delova skandijuma, formiraće se nova faza Al3Sc, koja će igrati ulogu metamorfizma u leguri aluminijuma i značajno promeniti strukturu i svojstva legure. Dodavanje 0,2%~0,4% Sc (što je stvarno slično udjelu dodavanja soli u promješano prženo povrće kod kuće, potrebno je samo malo) može povećati temperaturu rekristalizacije legure za 150-200 ℃ i značajno poboljšati visoku temperaturu. -temperaturnu čvrstoću, strukturnu stabilnost, performanse zavarivanja i otpornost na koroziju. Takođe može izbjeći pojavu krtosti koja se lako javlja tokom dugotrajnog rada na visokim temperaturama. Aluminijska legura visoke čvrstoće i žilavosti, nova zavarljiva aluminijumska legura visoke čvrstoće otporne na koroziju, nova legura aluminijuma na visokim temperaturama, aluminijumska legura visoke čvrstoće otporne na neutronsko zračenje, itd., imaju veoma atraktivne razvojne izglede u vazduhoplovstvu, vazduhoplovstvu, brodovima, nuklearnih reaktora, lakih vozila i brzih vozova.
Skandij je takođe odličan modifikator za gvožđe, a mala količina skandijuma može značajno poboljšati čvrstoću i tvrdoću livenog gvožđa. Osim toga, skandij se može koristiti i kao aditiv za visokotemperaturne legure volframa i hroma. Naravno, osim za izradu svadbene odjeće za druge, skandij ima visoku tačku topljenja i njegova gustina je slična aluminijumu, a koristi se i u lakim legurama visoke tačke topljenja kao što su skandij legura titanijuma i legura skandij magnezijuma. Međutim, zbog svoje visoke cijene, uglavnom se koristi samo u vrhunskim proizvodnim industrijama kao što su svemirski šatlovi i rakete.
Keramički materijal
Skandij, jedna tvar, općenito se koristi u legurama, a njegovi oksidi na sličan način igraju važnu ulogu u keramičkim materijalima. Tetragonalni cirkonijum keramički materijal, koji se može koristiti kao elektrodni materijal za čvrste oksidne gorivne ćelije, ima jedinstveno svojstvo gdje se provodljivost ovog elektrolita povećava s povećanjem temperature i koncentracije kisika u okolišu. Međutim, sama kristalna struktura ovog keramičkog materijala ne može postojati stabilno i nema industrijsku vrijednost; Neophodno je dopiranje nekim supstancama koje mogu popraviti ovu strukturu kako bi se zadržala njena izvorna svojstva. Dodavanje 6~10% skandijevog oksida je poput betonske strukture, tako da se cirkonijum može stabilizovati na kvadratnoj rešetki.
Tu su i inženjerski keramički materijali kao što su silicijum nitrid visoke čvrstoće i otporan na visoke temperature kao zgušnjivači i stabilizatori.
Kao zgusivač,Skandijev oksidmože formirati vatrostalnu fazu Sc2Si2O7 na rubu finih čestica, čime se smanjuje visokotemperaturna deformacija inženjerske keramike. U poređenju s drugim oksidima, može bolje poboljšati mehanička svojstva silicijum nitrida pri visokim temperaturama.
Katalitička hemija
U hemijskom inženjerstvu, skandij se često koristi kao katalizator, dok se Sc2O3 može koristiti za dehidrataciju i deoksidaciju etanola ili izopropanola, razgradnju octene kiseline i proizvodnju etilena iz CO i H2. Pt Al katalizator koji sadrži Sc2O3 je također važan katalizator za procese prečišćavanja i rafiniranja teških ulja u petrohemijskoj industriji. U reakcijama katalitičkog krekinga kao što je kumen, aktivnost Sc-Y zeolitnog katalizatora je 1000 puta veća od aktivnosti katalizatora aluminij silikata; U poređenju sa nekim tradicionalnim katalizatorima, izgledi za razvoj skandijskih katalizatora biće veoma svetli.
Industrija nuklearne energije
Dodavanje male količine Sc2O3 u UO2 u nuklearnom gorivu reaktora visoke temperature može izbjeći transformaciju rešetke, povećanje volumena i pucanje uzrokovano konverzijom UO2 u U3O8.
Gorivna ćelija
Slično tome, dodavanje 2,5% do 25% skandijuma u nikl alkalne baterije će produžiti njihov vijek trajanja.
Poljoprivredni uzgoj
U poljoprivredi, sjemenke kao što su kukuruz, repa, grašak, pšenica i suncokret mogu se tretirati sa skandij sulfatom (koncentracija je općenito 10-3~10-8mol/L, različite biljke će imati različite), a stvarni učinak promicanja klijanja je postignuto. Nakon 8 sati, suha težina korijena i pupoljaka porasla je za 37%, odnosno 78% u odnosu na sadnice, ali se mehanizam još uvijek proučava.
Od Nielsenove pažnje prema dugu podataka o atomskoj masi do danas, skandij je ušao u viziju ljudi tek stotinu ili dvadeset godina, ali je gotovo stotinu godina sjedio na klupi. Tek snažan razvoj nauke o materijalima u kasnom prošlog vijeka mu je donio vitalnost. Danas su rijetki zemni elementi, uključujući skandij, postali vruće zvijezde u nauci o materijalima, igrajući sve promjenjive uloge u hiljadama sistema, donoseći više pogodnosti u naše živote svaki dan i stvarajući ekonomsku vrijednost koju je još teže izmjeriti.
Vrijeme objave: Jun-29-2023