Scandium, na may simbolo ng elementong Sc at Atomic number na 21, ay madaling natutunaw sa tubig, maaaring makipag-ugnayan sa mainit na tubig, at madaling umitim sa hangin. Ang pangunahing valence nito ay +3. Madalas itong hinahalo sa gadolinium, erbium, at iba pang elemento, na may mababang ani at may nilalamang humigit-kumulang 0.0005% sa crust. Ang Scandium ay kadalasang ginagamit upang gumawa ng mga espesyal na salamin at magaan na mga haluang metal na may mataas na temperatura.
Sa kasalukuyan, ang napatunayang reserba ng scandium sa mundo ay 2 milyong tonelada lamang, 90~95% nito ay naglalaman ng Bauxite, phosphorite at iron titanium ores, at isang maliit na bahagi sa uranium, thorium, tungsten at rare earth ores, pangunahin. ipinamahagi sa Russia, China, Tajikistan, Madagascar, Norway at iba pang mga bansa. Ang Tsina ay napakayaman sa mga mapagkukunan ng scandium, na may malaking reserbang mineral na nauugnay sa scandium. Ayon sa hindi kumpletong istatistika, ang mga reserba ng scandium sa China ay humigit-kumulang 600000 tonelada, na nilalaman sa Bauxite at phosphorite deposits, porphyry at quartz vein tungsten deposito sa South China, rare earth deposits sa South China, Bayan Obo rare earth iron ore deposit sa Inner Mongolia, at Panzhihua vanadium titanium magnetite deposit sa Sichuan.
Dahil sa kakulangan ng scandium, ang presyo ng scandium ay napakataas din, at sa kasagsagan nito, ang presyo ng scandium ay napalaki hanggang 10 beses ang presyo ng ginto. Bagama't bumagsak ang presyo ng scandium, apat na beses pa rin itong presyo ng ginto!
Pagtuklas ng Kasaysayan
Noong 1869, napansin ni Mendeleev ang isang agwat sa atomic mass sa pagitan ng calcium (40) at titanium (48), at hinulaan na mayroon ding hindi natuklasang intermediate atomic mass element dito. Hinulaan niya na ang oxide nito ay X ₂ O Å. Ang Scandium ay natuklasan noong 1879 ni Lars Frederik Nilson ng Uppsala University sa Sweden. Kinuha niya ito mula sa black rare gold mine, isang kumplikadong ore na naglalaman ng 8 uri ng metal oxides. Na-extract na niyaErbium(III) oxidemula sa itim na bihirang gintong ore, at nakuhaYtterbium(III) oxidemula sa oksido na ito, at mayroong isa pang oksido ng mas magaan na elemento, na ang spectrum ay nagpapakita na ito ay isang hindi kilalang metal. Ito ang metal na hinulaang ni Mendeleev, na ang oksido aySc₂O₃. Ang scandium metal mismo ay ginawa mula saScandium chloridesa pamamagitan ng electrolytic melting noong 1937.
Mendeleev
Pagsasaayos ng elektron
Configuration ng electron: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Ang Scandium ay isang malambot, kulay-pilak na puting transisyon na metal na may punto ng pagkatunaw na 1541 ℃ at isang punto ng kumukulo na 2831 ℃.
Para sa isang malaking tagal ng panahon pagkatapos ng pagtuklas nito, ang paggamit ng scandium ay hindi ipinakita dahil sa kahirapan nito sa produksyon. Sa pagtaas ng pagpapabuti ng mga paraan ng paghihiwalay ng elemento ng bihirang lupa, mayroon na ngayong isang mature na daloy ng proseso para sa paglilinis ng mga compound ng scandium. Dahil ang scandium ay mas mababa alkaline kaysa sa yttrium at Lanthanide, ang hydroxide ay ang pinakamahina, kaya ang rare earth element mixed mineral na naglalaman ng scandium ay ihihiwalay mula sa rare earth element sa pamamagitan ng "step precipitation" na paraan kapag ang Scandium(III) hydroxide ay ginagamot ng ammonia pagkatapos inililipat sa solusyon. Ang iba pang paraan ay ang paghiwalayin ang Scandium nitrate sa pamamagitan ng Polar decomposition ng nitrate. Dahil ang scandium nitrate ay ang pinakamadaling mabulok, ang scandium ay maaaring paghiwalayin. Bilang karagdagan, ang komprehensibong pagbawi ng kasamang scandium mula sa uranium, thorium, tungsten, lata at iba pang mga deposito ng mineral ay isang mahalagang mapagkukunan ng scandium.
Matapos makuha ang isang purong scandium compound, ito ay na-convert sa ScCl Å at natutunaw sa KCl at LiCl. Ang molten zinc ay ginagamit bilang cathode para sa electrolysis, na nagiging sanhi ng scandium na namuo sa zinc electrode. Pagkatapos, ang zinc ay sumingaw upang makakuha ng metallic scandium. Ito ay isang magaan na pilak na puting metal na may napakaaktibong mga katangian ng kemikal, na maaaring tumugon sa mainit na tubig upang makabuo ng hydrogen gas. Kaya't ang metal scandium na nakikita mo sa larawan ay selyadong sa isang bote at pinoprotektahan ng argon gas, kung hindi, ang scandium ay mabilis na bubuo ng isang madilim na dilaw o kulay abong layer ng oksido, na mawawala ang makintab na metal na kinang nito.
Mga aplikasyon
Industriya ng pag-iilaw
Ang paggamit ng scandium ay puro sa napakaliwanag na direksyon, at hindi pagmamalabis na tawagin itong Anak ng Liwanag. Ang unang magic na sandata ng scandium ay tinatawag na scandium sodium lamp, na maaaring magamit upang magdala ng liwanag sa libu-libong mga kabahayan. Ito ay isang metal halide Electric light: ang bombilya ay puno ng Sodium iodide at Scandium triiodide, at idinagdag ang scandium at sodium foil nang sabay. Sa panahon ng mataas na boltahe na discharge, ang mga scandium ions at sodium ions ay naglalabas ng liwanag ng kanilang katangian na mga wavelength ng paglabas. Ang spectral lines ng sodium ay 589.0 at 589.6 nm, dalawang sikat na dilaw na ilaw, habang ang spectral lines ng scandium ay 361.3~424.7 nm, isang serye ng malapit na ultraviolet at blue light emissions. Dahil sila ay umakma sa isa't isa, ang kabuuang liwanag na kulay na ginawa ay puting liwanag. Ito ay tiyak na dahil ang mga scandium sodium lamp ay may mga katangian ng mataas na makinang na kahusayan, magandang kulay ng liwanag, pagtitipid ng kuryente, mahabang buhay ng serbisyo, at malakas na kakayahan sa pagsira ng fog na maaari silang malawakang magamit para sa mga camera sa telebisyon, mga parisukat, mga lugar ng palakasan, at mga ilaw sa kalsada, at kilala bilang ikatlong henerasyong pinagmumulan ng liwanag. Sa China, ang ganitong uri ng lampara ay unti-unting isinusulong bilang isang bagong teknolohiya, habang sa ilang maunlad na bansa, ang ganitong uri ng lampara ay malawakang ginagamit noon pang unang bahagi ng 1980s.
Ang pangalawang magic weapon ng scandium ay solar photovoltaic cells, na maaaring kolektahin ang liwanag na nakakalat sa lupa at gawin itong kuryente upang himukin ang lipunan ng tao. Ang Scandium ay ang pinakamahusay na barrier metal sa metal insulator semiconductor silicon solar cells at solar cells.
Ang pangatlong magic weapon nito ay tinatawag na γ A ray source, ang magic weapon na ito ay maaaring kumikinang nang maliwanag sa sarili nitong, ngunit ang ganitong uri ng liwanag ay hindi matatanggap ng mata, ito ay isang high-energy photon flow. Karaniwan naming kinukuha ang 45Sc mula sa mga mineral, na siyang tanging Natural isotopes ng scandium. Ang bawat 45Sc nucleus ay naglalaman ng 21 proton at 24 neutron. Ang 46Sc, isang artificial radioactive isotope, ay maaaring gamitin bilang γ Radiation sources o tracer atoms ay maaari ding gamitin para sa radiotherapy ng mga malignant na tumor. Mayroon ding mga application tulad ng yttrium gallium scandium garnet laser,Scandium fluorideglass infrared Optical fiber, at scandium coated cathode ray tube sa telebisyon. Tila ang scandium ay ipinanganak na may ningning.
Industriya ng haluang metal
Ang Scandium sa kanyang elemental na anyo ay malawakang ginagamit para sa doping aluminum alloys. Hangga't ilang libong scandium ang idinagdag sa aluminyo, isang bagong yugto ng Al3Sc ang mabubuo, na gaganap ng isang Metamorphism na papel sa aluminyo na haluang metal at gagawing malaki ang pagbabago sa istraktura at mga katangian ng haluang metal. Ang pagdaragdag ng 0.2%~0.4% Sc (na talagang katulad ng proporsyon ng pagdaragdag ng asin sa paghalo ng piniritong gulay sa bahay, kaunti lang ang kailangan) ay maaaring tumaas ang temperatura ng recrystallization ng haluang metal ng 150-200 ℃, at makabuluhang mapabuti ang mataas na temperatura. -lakas ng temperatura, katatagan ng istruktura, pagganap ng hinang, at paglaban sa kaagnasan. Maiiwasan din nito ang embrittlement phenomenon na madaling mangyari sa pangmatagalang trabaho sa mataas na temperatura. Mataas na lakas at mataas na tigas na aluminyo haluang metal, bagong mataas na lakas na lumalaban sa kaagnasan na weldable na aluminyo haluang metal, bagong mataas na temperatura na aluminyo na haluang metal, mataas na lakas na neutron irradiation resistant na aluminyo na haluang metal, atbp., ay may napakakaakit-akit na mga prospect ng pag-unlad sa aerospace, aviation, mga barko, mga nuclear reactor, magaan na sasakyan at mga high-speed na tren.
Ang Scandium ay isa ring mahusay na modifier para sa bakal, at ang isang maliit na halaga ng scandium ay maaaring makabuluhang mapabuti ang lakas at tigas ng cast iron. Bilang karagdagan, ang scandium ay maaari ding gamitin bilang isang additive para sa mataas na temperatura ng tungsten at chromium alloys. Siyempre, bilang karagdagan sa paggawa ng mga damit na pangkasal para sa iba, ang scandium ay may mataas na punto ng pagkatunaw at ang density nito ay katulad ng aluminyo, at ginagamit din sa mataas na punto ng pagkatunaw ng magaan na haluang metal tulad ng scandium titanium alloy at scandium magnesium alloy. Gayunpaman, dahil sa mataas na presyo nito, karaniwang ginagamit lamang ito sa mga high-end na industriya ng pagmamanupaktura tulad ng mga space shuttle at rocket.
Materyal na seramik
Ang Scandium, isang solong sangkap, ay karaniwang ginagamit sa mga haluang metal, at ang mga oxide nito ay may mahalagang papel sa mga ceramic na materyales sa katulad na paraan. Ang tetragonal zirconia ceramic na materyal, na maaaring magamit bilang isang electrode material para sa solid oxide fuel cells, ay may natatanging katangian kung saan ang conductivity ng electrolyte na ito ay tumataas sa pagtaas ng temperatura at konsentrasyon ng oxygen sa kapaligiran. Gayunpaman, ang kristal na istraktura ng ceramic na materyal na ito mismo ay hindi maaaring umiral nang matatag at walang pang-industriya na halaga; Kinakailangan ang doping ng ilang mga sangkap na maaaring ayusin ang istrakturang ito upang mapanatili ang mga orihinal na katangian nito. Ang pagdaragdag ng 6~10% Scandium oxide ay parang isang kongkretong istraktura, upang ang zirconia ay maaaring maging matatag sa isang parisukat na sala-sala.
Mayroon ding mga engineering ceramic na materyales tulad ng high-strength at high-temperature resistant silicon nitride bilang mga densifier at stabilizer.
Bilang isang densifier,Scandium oxideay maaaring bumuo ng isang matigas ang ulo phase Sc2Si2O7 sa gilid ng pinong mga particle, kaya binabawasan ang mataas na temperatura pagpapapangit ng engineering ceramics. Kung ikukumpara sa iba pang mga oxide, mas mapapabuti nito ang mataas na temperatura na mekanikal na katangian ng silicon nitride.
Catalytic chemistry
Sa chemical engineering, ang scandium ay kadalasang ginagamit bilang catalyst, habang ang Sc2O3 ay maaaring gamitin para sa dehydration at deoxidation ng ethanol o isopropanol, decomposition ng acetic acid, at produksyon ng ethylene mula sa CO at H2. Ang Pt Al catalyst na naglalaman ng Sc2O3 ay isa ring mahalagang catalyst para sa heavy oil hydrogenation purification at mga proseso ng pagpino sa industriya ng petrochemical. Sa catalytic cracking reactions tulad ng Cumene, ang aktibidad ng Sc-Y zeolite catalyst ay 1000 beses na mas mataas kaysa sa Aluminum silicate catalyst; Kung ikukumpara sa ilang tradisyunal na catalyst, ang mga prospect ng pag-unlad ng scandium catalysts ay magiging napakaliwanag.
Industriya ng enerhiya ng nukleyar
Ang pagdaragdag ng maliit na halaga ng Sc2O3 sa UO2 sa high-temperature reactor nuclear fuel ay maaaring maiwasan ang pagbabago ng sala-sala, pagtaas ng volume, at pag-crack na dulot ng conversion ng UO2 sa U3O8.
Fuel cell
Katulad nito, ang pagdaragdag ng 2.5% hanggang 25% scandium sa nickel alkali na mga baterya ay magpapataas ng kanilang buhay ng serbisyo.
Pag-aanak ng agrikultura
Sa agrikultura, ang mga buto tulad ng mais, beet, gisantes, trigo at sunflower ay maaaring tratuhin ng Scandium sulfate (ang konsentrasyon ay karaniwang 10-3~10-8mol/L, iba't ibang mga halaman ay magkakaroon ng iba't ibang mga halaman), at ang aktwal na epekto ng pagtataguyod ng pagtubo. ay nakamit. Pagkatapos ng 8 oras, ang tuyong bigat ng mga ugat at mga putot ay tumaas ng 37% at 78% ayon sa pagkakabanggit kumpara sa mga punla, ngunit ang mekanismo ay nasa ilalim pa rin ng pag-aaral.
Mula sa atensyon ni Nielsen sa utang ng Atomic mass data hanggang ngayon, ang scandium ay pumasok sa paningin ng mga tao sa loob lamang ng isang daan o dalawampung taon, ngunit halos isang daang taon na itong nakaupo sa bangko. Ito ay hindi hanggang sa masiglang pag-unlad ng materyal na agham sa huling bahagi ng huling siglo na ito ay nagdala ng sigla sa kanya. Ngayon, ang mga elemento ng rare earth, kabilang ang scandium, ay naging maiinit na bituin sa agham ng mga materyales, gumaganap ng mga pabago-bagong tungkulin sa libu-libong sistema, na nagdudulot ng higit na kaginhawahan sa ating buhay araw-araw, at lumilikha ng pang-ekonomiyang halaga na mas mahirap sukatin.
Oras ng post: Hun-29-2023