Skandij, sa simbolom elementa Sc i atomskim brojem 21, lako je topiv u vodi, može djelovati s vrućom vodom i lako potamni na zraku. Njegova glavna valencija je +3. Često se miješa s gadolinijem, erbijem i drugim elementima, s malim prinosom i sadržajem od približno 0,0005% u kori. Skandij se često koristi za izradu posebnog stakla i lakih visokotemperaturnih legura.
Trenutačno, dokazane rezerve skandijuma u svijetu iznose samo 2 milijuna tona, od kojih je 90~95% sadržano u rudama boksita, fosforita i željeza titana, a mali dio u rudama urana, torija, volframa i rijetkih zemalja, uglavnom distribuiran u Rusiji, Kini, Tadžikistanu, Madagaskaru, Norveškoj i drugim zemljama. Kina je vrlo bogata izvorima skandijuma, s ogromnim rezervama minerala povezanih s skandijem. Prema nepotpunim statistikama, rezerve skandijuma u Kini iznose oko 600 000 tona, koje se nalaze u naslagama boksita i fosforita, naslagama porfira i kvarcnih žila volframa u Južnoj Kini, naslagama rijetkih zemalja u Južnoj Kini, Bayan Obo nalazištu željezne rude rijetke zemlje u Unutarnja Mongolija i ležište vanadij titan magnetita Panzhihua u Sečuanu.
Zbog nestašice skandijuma, cijena skandijuma je također vrlo visoka, a na svom vrhuncu cijena skandijuma bila je napuhana do 10 puta više od cijene zlata. Iako je cijena skandijuma pala, ona je i dalje četiri puta veća od cijene zlata!
Otkrivanje povijesti
Godine 1869. Mendeljejev je primijetio jaz u atomskoj masi između kalcija (40) i titana (48) i predvidio da ovdje 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 Sveučilišta Uppsala u Švedskoj. Vadio ga je iz rudnika crnog rijetkog zlata, kompleksne rude koja sadrži 8 vrsta metalnih oksida. On je izvukaoErbijev(III) oksidiz rude crnog rijetkog zlata, i dobivenIterbijev(III) oksidod ovog oksida, a postoji još jedan oksid lakšeg elementa, čiji spektar pokazuje da se radi o nepoznatom metalu. To je metal koji je predvidio Mendeljejev, čiji je oksidSc₂O3. Sam metal skandij proizveden je odSkandijev kloridelektrolitičkim taljenjem 1937.
Mendeljejev
Konfiguracija elektrona
Konfiguracija elektrona: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandij je mekani, srebrnobijeli prijelazni metal s talištem od 1541 ℃ i vrelištem od 2831 ℃.
Dugo vremena nakon otkrića, uporaba skandija nije bila dokazana zbog poteškoća u proizvodnji. Sa sve većim poboljšanjem metoda odvajanja elemenata rijetke zemlje, sada postoji zreli tijek procesa za pročišćavanje skandijevih spojeva. Budući da je skandij manje alkalan od itrija i lantanida, hidroksid je najslabiji, tako da će miješani mineral rijetkih zemnih elemenata koji sadrži skandij biti odvojen od elementa rijetkih zemalja metodom "stupnjevitog taloženja" kada se skandij(III) hidroksid tretira amonijakom nakon prenosi se u otopinu. Druga metoda je odvajanje skandijeva nitrata polarnom razgradnjom nitrata. Budući da se skandijev nitrat najlakše razgrađuje, skandij se može odvojiti. Osim toga, sveobuhvatno izdvajanje pratećeg skandija iz urana, torija, volframa, kositra i drugih mineralnih naslaga također je važan izvor skandija.
Nakon dobivanja čistog skandijeva spoja, on se pretvara u ScCl Å i zajedno topi s KCl i LiCl. Rastaljeni cink koristi se kao katoda za elektrolizu, uzrokujući taloženje skandija na cinčanoj 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 vrućom vodom stvarajući plin vodik. Dakle, metalni skandij koji vidite na slici zatvoren je u bocu i zaštićen plinom argonom, inače će skandij brzo stvoriti tamnožuti ili sivi sloj oksida, izgubivši svoj sjajni metalni sjaj.
Prijave
Industrija rasvjete
Upotreba skandija koncentrirana je u vrlo svijetlim smjerovima, i nije pretjerano nazvati ga Sinom Svjetla. Prvo čarobno oružje skandijuma zove se skandijeva natrijeva lampa, koja se može koristiti za osvjetljavanje tisuća kućanstava. Ovo je metalhalogeno električno svjetlo: žarulja se puni natrijevim jodidom i skandijevim trijodidom, a istovremeno se dodaju skandijeva i natrijeva folija. Tijekom visokonaponskog pražnjenja, skandijevi ioni odnosno natrijevi ioni emitiraju svjetlost svojih karakterističnih valnih duljina. Spektralne linije natrija su 589,0 i 589,6 nm, dva poznata žuta svjetla, dok su spektralne linije skandija 361,3~424,7 nm, niz emisija bliskog ultraljubičastog i plavog svjetla. Budući da se međusobno nadopunjuju, ukupna proizvedena svjetlosna boja je bijela svjetlost. Upravo zato što skandij natrijeve žarulje imaju karakteristike visoke svjetlosne učinkovitosti, dobre boje svjetla, uštede energije, dugog vijeka trajanja i snažne sposobnosti razbijanja magle, mogu se široko koristiti za televizijske kamere, trgove, sportska mjesta i cestovnu rasvjetu, i poznati su kao izvori svjetlosti treće generacije. U Kini se ovaj tip svjetiljke postupno promovira kao nova tehnologija, dok je u nekim razvijenim zemljama ovaj tip svjetiljke bio u širokoj upotrebi već početkom 1980-ih.
Drugo čarobno oružje skandijuma su solarne fotonaponske ćelije, koje mogu prikupiti svjetlost raspršenu po tlu i pretvoriti je u električnu energiju koja pokreće ljudsko društvo. Skandij je najbolja metalna barijera u metalnim izolatorima poluvodičkim silicijskim solarnim ćelijama i solarnim ćelijama.
Njegovo treće čarobno oružje zove se izvor γ A zraka, ovo čarobno oružje može samo jako sjati, ali ovu vrstu svjetlosti ne može primiti golo oko, to je protok fotona visoke energije. Obično izdvajamo 45Sc iz minerala, koji je jedini prirodni izotop skandijuma. Svaka jezgra 45Sc sadrži 21 proton i 24 neutrona. 46Sc, umjetni radioaktivni izotop, može se koristiti kao izvor γ zračenja ili se atomi tragači također mogu koristiti za radioterapiju malignih tumora. Postoje i primjene kao što su itrij galij skandij granat laser,Skandijev fluoridstakleno infracrveno optičko vlakno i katodna cijev presvučena skandijem na televiziji. Čini se da se skandij rađa sa svjetlinom.
Industrija legura
Skandij u svom elementarnom obliku naširoko se koristi za dopiranje aluminijskih legura. Sve dok se aluminiju dodaje nekoliko tisućinki skandijuma, formirat će se nova Al3Sc faza, koja će igrati ulogu metamorfizma u aluminijskoj leguri i značajno promijeniti strukturu i svojstva legure. Dodavanje 0,2%~0,4% Sc (što je stvarno slično udjelu dodavanja soli za miješanje prženog povrća kod kuće, potrebno je samo malo) može povećati temperaturu rekristalizacije legure za 150-200 ℃ i značajno poboljšati visoku - temperaturna čvrstoća, strukturna stabilnost, učinkovitost zavarivanja i otpornost na koroziju. Također može izbjeći pojavu krtosti koja se lako javlja tijekom dugotrajnog rada na visokim temperaturama. Aluminijska legura visoke čvrstoće i velike žilavosti, nova aluminijska legura visoke čvrstoće otporna na koroziju koja se može zavarivati, nova aluminijska legura visoke temperature, aluminijska legura visoke čvrstoće otporna na neutronsko zračenje, itd., imaju vrlo atraktivne izglede za razvoj u zrakoplovstvu, zrakoplovstvu, brodovima, nuklearni reaktori, laka vozila i brzi vlakovi.
Skandij je također izvrstan modifikator željeza, a mala količina skandija može značajno poboljšati čvrstoću i tvrdoću lijevanog željeza. Osim toga, skandij se također može koristiti kao aditiv za visokotemperaturne legure volframa i kroma. Naravno, osim za izradu odjeće za vjenčanja za druge, skandij ima visoko talište i njegova gustoća je slična aluminiju, a također se koristi u lakim legurama visokog tališta kao što su skandij legura titana i legura skandij magnezija. Međutim, zbog svoje visoke cijene, općenito 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 igraju važnu ulogu u keramičkim materijalima na sličan način. Tetragonalni cirkonij keramički materijal, koji se može koristiti kao materijal elektrode za gorivne ćelije s čvrstim oksidom, ima jedinstveno svojstvo gdje se vodljivost 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; Potrebno je dopingirati neke tvari koje mogu popraviti ovu strukturu kako bi se zadržala njezina izvorna svojstva. Dodavanje 6~10% skandijeva oksida je poput betonske strukture, tako da se cirkonij može stabilizirati na kvadratnoj rešetki.
Tu su i inženjerski keramički materijali kao što je silicijev nitrid visoke čvrstoće i otporan na visoke temperature kao zgušnjivači i stabilizatori.
Kao zgušnjivač,Skandijev oksidmože formirati vatrostalnu fazu Sc2Si2O7 na rubu finih čestica, čime se smanjuje visokotemperaturna deformacija inženjerske keramike. U usporedbi s drugim oksidima, može bolje poboljšati visokotemperaturna mehanička svojstva silicijevog nitrida.
Katalitička kemija
U kemijskom inženjerstvu skandij se često koristi kao katalizator, dok se Sc2O3 može koristiti za dehidraciju i deoksidaciju etanola ili izopropanola, razgradnju octene kiseline i proizvodnju etilena iz CO i H2. Pt Al katalizator koji sadrži Sc2O3 također je važan katalizator za pročišćavanje hidrogenacijom teških ulja i procese rafiniranja u petrokemijskoj industriji. U reakcijama katalitičkog krekiranja kao što je kumen, aktivnost Sc-Y zeolitnog katalizatora je 1000 puta veća od one aluminij silikatnog katalizatora; U usporedbi s nekim tradicionalnim katalizatorima, izgledi za razvoj skandijevih katalizatora bit će vrlo svijetli.
Industrija nuklearne energije
Dodavanje male količine Sc2O3 u UO2 u visokotemperaturnom nuklearnom gorivu reaktora može izbjeći transformaciju rešetke, povećanje volumena i pucanje uzrokovano pretvorbom UO2 u U3O8.
Goriva ćelija
Slično, dodavanje 2,5% do 25% skandijuma u nikal alkalne baterije će produžiti njihov radni vijek.
Poljoprivredni uzgoj
U poljoprivredi, sjemenke poput kukuruza, repe, graška, pšenice i suncokreta mogu se tretirati skandijevim sulfatom (koncentracija je općenito 10-3~10-8mol/L, različite biljke će imati različite), a stvarni učinak poticanja klijanja je postignuto. Nakon 8 sati, suha težina korijena i pupova povećala se za 37% odnosno 78% u usporedbi s sadnicama, no mehanizam se još proučava.
Od Nielsenove pozornosti prema dugu podataka o atomskoj masi do danas, skandij je ušao u vidokrug ljudi tek sto ili dvadeset godina, ali je gotovo sjedio na klupi sto godina. Tek mu je snažan razvoj znanosti o materijalima krajem prošlog stoljeća donio vitalnost. Danas su rijetki zemni elementi, uključujući skandij, postali vruće zvijezde u znanosti o materijalima, igrajući stalno mijenjajuće uloge u tisućama sustava, donoseći više pogodnosti u naše živote svaki dan i stvarajući ekonomsku vrijednost koju je još teže izmjeriti.
Vrijeme objave: 29. lipnja 2023