Sцандиум, са симболом елемента Сц и атомским бројем 21, лако је растворљив у води, може да ступи у интеракцију са топлом водом и лако потамни на ваздуху. Његова главна валенција је +3. Често се меша са гадолинијумом, ербијумом и другим елементима, са малим приносом и садржајем од приближно 0,0005% у кори. Скандијум се често користи за прављење специјалног стакла и лаких легура на високим температурама.
Тренутно, доказане резерве скандијума у свету износе само 2 милиона тона, од којих се 90~95% налази у рудама боксита, фосфорита и гвожђа-титанијума, а мањи део у рудама уранијума, торијума, волфрама и ретких земаља, углавном дистрибуира у Русији, Кини, Таџикистану, Мадагаскару, Норвешкој и другим земљама. Кина је веома богата ресурсима скандијума, са огромним резервама минерала везаних за скандијум. Према непотпуним статистичким подацима, резерве скандијума у Кини износе око 600.000 тона, које се налазе у налазиштима боксита и фосфорита, налазиштима порфира и кварцних вена волфрама у Јужној Кини, налазиштима ретких земаља у Јужној Кини, налазиштима ретке земље Бајан Обо у Унутрашња Монголија и Панжихуа ванадијум титанијум магнетит лежиште у Сечуану.
Због оскудице скандијума, цена скандијума је такође веома висока, а на свом врхунцу цена скандијума је била надувана до 10 пута више од цене злата. Иако је цена скандијума пала, он је и даље четири пута већи од злата!
Откривање историје
Мендељејев је 1869. приметио јаз у атомској маси између калцијума (40) и титанијума (48) и предвидео да овде постоји и неоткривени средњи елемент атомске масе. Он је предвидео да је његов оксид Кс ₂ О А. Скандијум је 1879. открио Ларс Фредерик Нилсон са Универзитета Упсала у Шведској. Извадио га је из рудника црног ретког злата, сложене руде која садржи 8 врста металних оксида. Он је извукаоЕрбијум(ИИИ) оксидод руде црног ретког злата, и добијенИтербијум(ИИИ) оксидиз овог оксида, а постоји још један оксид лакшег елемента, чији спектар показује да је непознат метал. Ово је метал који је предвидео Мендељејев, чији је оксидСц₂О₃. Сам метал скандијум је произведен одСкандијум хлориделектролитским топљењем 1937.
Мендељејев
Електронска конфигурација
Конфигурација електрона: 1с2 2с2 2п6 3с2 3п6 4с2 3д1
Скандијум је меки, сребрно бели прелазни метал са тачком топљења од 1541 ℃ и тачком кључања од 2831 ℃.
Током значајног временског периода након његовог открића, употреба скандијума није била демонстрирана због његове тешкоће у производњи. Са све већим побољшањем метода одвајања ретких земних елемената, сада постоји зрели ток процеса за пречишћавање једињења скандијума. Пошто је скандијум мање алкалан од итријума и лантанида, хидроксид је најслабији, тако да ће минерал са мешаним елементима ретких земаља који садржи скандијум бити одвојен од елемента ретких земаља методом „степена преципитације“ када се скандијум(ИИИ) хидроксид третира са амонијаком након се пребацује у раствор. Друга метода је одвајање скандијум нитрата поларном разградњом нитрата. Пошто се скандијум нитрат најлакше разлаже, скандијум се може одвојити. Поред тога, свеобухватни опоравак пратећег скандијума из уранијума, торијума, волфрама, калаја и других минералних наслага је такође важан извор скандијума.
Након добијања чистог једињења скандијума, оно се претвара у СцЦл А и топи се са КЦл и ЛиЦл. Истопљени цинк се користи као катода за електролизу, узрокујући таложење скандијума на цинк електроди. Затим се цинк испарава да би се добио метални скандијум. Ово је лагани сребрно бели метал са веома активним хемијским својствима, који може да реагује са топлом водом да створи гас водоник. Дакле, метални скандијум који видите на слици је запечаћен у боци и заштићен гасом аргона, у супротном ће скандијум брзо формирати тамно жути или сиви оксидни слој, губећи свој сјајни метални сјај.
Апликације
Индустрија осветљења
Употреба скандијума је концентрисана у веома светлим правцима, и није претерано назвати га Сином светлости. Прво магично оружје скандијума зове се скандијум натријум лампа, која се може користити да донесе светлост хиљадама домаћинстава. Ово је металхалогенидно електрично светло: сијалица је напуњена натријум јодидом и скандијум тријодидом, а истовремено се додају скандијум и натријум фолија. Током високонапонског пражњења, јони скандијума и јони натријума емитују светлост својих карактеристичних таласних дужина емисије. Спектралне линије натријума су 589,0 и 589,6 нм, два позната жута светла, док су спектралне линије скандијума 361,3 ~ 424,7 нм, серија емисија скоро ултраљубичастог и плавог светла. Пошто се међусобно допуњују, укупна произведена боја светла је бела светлост. Управо зато што скандијум натријум лампе имају карактеристике високе светлосне ефикасности, добре боје светла, уштеде енергије, дугог века трајања и јаке способности разбијања магле, могу се широко користити за телевизијске камере, тргове, спортске објекте и осветљење путева, и познати су као извори светлости треће генерације. У Кини се ова врста светиљки постепено промовише као нова технологија, док је у неким развијеним земљама ова врста лампе увелико коришћена још почетком осамдесетих година прошлог века.
Друго магично оружје скандијума су соларне фотонапонске ћелије, које могу прикупити светлост расуту по земљи и претворити је у електричну енергију за покретање људског друштва. Скандијум је најбољи метал за баријеру у металним изолаторским полупроводничким силицијумским соларним ћелијама и соларним ћелијама.
Његово треће магијско оружје се зове γ А извор зрака, ово магично оружје може да сија само по себи, али ова врста светлости се не може примити голим оком, то је ток фотона високе енергије. Обично издвајамо 45Сц из минерала, што је једини природни изотопи скандијума. Свако језгро 45Сц садржи 21 протон и 24 неутрона. 46Сц, вештачки радиоактивни изотоп, може се користити као извор γ зрачења или се атоми трагача такође могу користити за радиотерапију малигних тумора. Постоје и апликације као што је итријум галијум скандијум гранат ласер,Скандијум флуоридстаклено инфрацрвено оптичко влакно и катодна цев обложена скандијем на телевизији. Чини се да се скандијум рађа са сјајем.
Индустрија легура
Скандијум у свом елементарном облику се широко користи за допирање легура алуминијума. Све док се алуминијуму дода неколико хиљадитих делова скандијума, формираће се нова фаза Ал3Сц, која ће играти улогу метаморфизма у легури алуминијума и значајно променити структуру и својства легуре. Додавање 0,2%~0,4% Сц (што је заиста слично пропорцији додавања соли у пржено поврће код куће, потребно је само мало) може повећати температуру рекристализације легуре за 150-200 ℃ и значајно побољшати високу температуру. -температурна чврстоћа, структурна стабилност, перформансе заваривања и отпорност на корозију. Такође може да избегне појаву кртости која се лако јавља током дуготрајног рада на високим температурама. Алуминијумска легура високе чврстоће и жилавости, нова легура алуминијума високе чврстоће отпорне на корозију, нова легура алуминијума на високим температурама, алуминијумска легура високе чврстоће отпорне на неутронско зрачење, итд., имају веома атрактивне развојне изгледе у ваздухопловству, ваздухопловству, бродовима, нуклеарних реактора, лаких возила и брзих возова.
Скандијум је такође одличан модификатор за гвожђе, а мала количина скандијума може значајно побољшати снагу и тврдоћу ливеног гвожђа. Поред тога, скандијум се такође може користити као адитив за високотемпературне легуре волфрама и хрома. Наравно, поред израде свадбене одеће за друге, скандијум има високу тачку топљења и његова густина је слична алуминијуму, а такође се користи у лаким легурама високе тачке топљења као што су легура скандијум титанијум и легура скандијум магнезијума. Међутим, због своје високе цене, углавном се користи само у врхунским производним индустријама као што су свемирски шатлови и ракете.
Керамички материјал
Скандијум, појединачна супстанца, се углавном користи у легурама, а његови оксиди на сличан начин играју важну улогу у керамичким материјалима. Тетрагонални цирконијум керамички материјал, који се може користити као електродни материјал за чврсте оксидне горивне ћелије, има јединствену особину где се проводљивост овог електролита повећава са повећањем температуре и концентрације кисеоника у околини. Међутим, сама кристална структура овог керамичког материјала не може постојати стабилно и нема индустријску вредност; Неопходно је допинговати неке супстанце које могу да поправе ову структуру да би се задржала њена првобитна својства. Додавање 6 ~ 10% скандијум оксида је као бетонска конструкција, тако да се цирконијум може стабилизовати на квадратној решетки.
Постоје и инжењерски керамички материјали као што су силицијум нитрид високе чврстоће и отпоран на високе температуре као згушњивачи и стабилизатори.
Као згушњивач,Скандијум оксидможе формирати ватросталну фазу Сц2Си2О7 на ивици финих честица, чиме се смањује високотемпературна деформација инжењерске керамике. У поређењу са другим оксидима, може боље побољшати механичка својства силицијум нитрида при високим температурама.
Каталитичка хемија
У хемијском инжењерству, скандијум се често користи као катализатор, док се Сц2О3 може користити за дехидратацију и деоксидацију етанола или изопропанола, разлагање сирћетне киселине и производњу етилена из ЦО и Х2. Пт Ал катализатор који садржи Сц2О3 је такође важан катализатор за процесе пречишћавања и рафинације тешких уља у петрохемијској индустрији. У реакцијама каталитичког крекинга као што је кумен, активност Сц-И зеолитног катализатора је 1000 пута већа од активности алуминијум-силикатног катализатора; У поређењу са неким традиционалним катализаторима, изгледи за развој скандијумских катализатора биће веома светли.
Индустрија нуклеарне енергије
Додавањем мале количине Сц2О3 у УО2 у нуклеарном гориву реактора високе температуре може се избећи трансформација решетке, повећање запремине и пуцање узроковано конверзијом УО2 у У3О8.
Горивна ћелија
Слично томе, додавање 2,5% до 25% скандијума у никл алкалне батерије ће продужити њихов радни век.
Пољопривредни узгој
У пољопривреди, семе као што су кукуруз, цвекла, грашак, пшеница и сунцокрет може се третирати скандијум сулфатом (концентрација је углавном 10-3~10-8мол/Л, различите биљке ће имати различите), а стварни ефекат промовисања клијања је постигнуто. Након 8 сати, сува тежина корена и пупољака порасла је за 37% и 78% респективно у поређењу са садницама, али се механизам још увек проучава.
Од Нилсенове пажње према дугу података о атомској маси до данас, скандијум је ушао у визију људи тек стотину или двадесет година, али је скоро сто година седео на клупи. Тек му је снажан развој науке о материјалима крајем прошлог века донео виталност. Данас су елементи ретких земаља, укључујући скандијум, постали вруће звезде у науци о материјалима, играјући све променљиве улоге у хиљадама система, доносећи више погодности у наше животе сваког дана и стварајући економску вредност коју је још теже измерити.
Време поста: 29.06.2023