Scandium, so symbolom prvku Sc a atómovým číslom 21, je ľahko rozpustný vo vode, môže interagovať s horúcou vodou a na vzduchu ľahko stmavne. Jeho hlavná valencia je +3. Často sa mieša s gadolíniom, erbiom a inými prvkami, s nízkou výťažnosťou a obsahom približne 0,0005 % v kôre. Scandium sa často používa na výrobu špeciálneho skla a ľahkých vysokoteplotných zliatin.
V súčasnosti sú overené zásoby skandia vo svete len 2 milióny ton, z ktorých 90 až 95 % je obsiahnutých v bauxitových, fosforitových a železitých titánových rudách a malá časť v uránových, tóriových, volfrámových a vzácnych zeminách, najmä distribuované v Rusku, Číne, Tadžikistane, Madagaskare, Nórsku a ďalších krajinách. Čína je veľmi bohatá na zdroje skandia, s obrovskými zásobami nerastov súvisiacich so skandiom. Podľa neúplných štatistík sú zásoby skandia v Číne asi 600 000 ton, ktoré sa nachádzajú v ložiskách bauxitu a fosforitu, porfýrových a kremenných žilových ložiskách volfrámu v Južnej Číne, ložiskách vzácnych zemín v Južnej Číne, ložiskách železnej rudy vzácnych zemín Bayan Obo v r. Vnútorné Mongolsko a ložisko vanádium titán-magnetitu Panzhihua v Sichuan.
Kvôli nedostatku skandia je cena skandia tiež veľmi vysoká a na vrchole bola cena skandia nafúknutá na 10-násobok ceny zlata. Cena skandia síce klesla, no stále je štvornásobkom ceny zlata!
Objavovanie histórie
V roku 1869 si Mendelejev všimol medzeru v atómovej hmotnosti medzi vápnikom (40) a titánom (48) a predpovedal, že tu existuje aj neobjavený prvok strednej atómovej hmotnosti. Predpovedal, že jeho oxid je X ₂ O Å. Scandium objavil v roku 1879 Lars Frederik Nilson z Uppsalskej univerzity vo Švédsku. Získal ju z čiernej vzácnej zlatej bane, komplexnej rudy, ktorá obsahuje 8 druhov oxidov kovov. VyťažilErbium(III) oxidz čiernej vzácnej zlatej rudy, a získanéOxid ytterbium(III).z tohto oxidu a existuje ďalší oxid ľahšieho prvku, ktorého spektrum ukazuje, že ide o neznámy kov. Toto je kov, ktorý predpovedal Mendelejev, ktorého oxid jeSc₂03. Samotný skandium kov bol vyrobený zchlorid skandiaelektrolytickým tavením v roku 1937.
Mendelejev
Elektrónová konfigurácia
Konfigurácia elektrónov: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Scandium je mäkký, strieborno biely prechodný kov s teplotou topenia 1541 ℃ a bodom varu 2831 ℃.
Po značnú dobu po objavení sa použitie skandia nepreukázalo z dôvodu jeho ťažkostí pri výrobe. So zvyšujúcim sa zdokonaľovaním metód separácie prvkov vzácnych zemín teraz existuje zrelý proces čistenia zlúčenín skandia. Pretože skandium je menej alkalické ako ytrium a lantanid, hydroxid je najslabší, takže zmesový minerál s obsahom prvkov vzácnych zemín obsahujúci skandium sa oddelí od prvku vzácnych zemín metódou „krokového zrážania“, keď sa hydroxid skandium (III) spracuje s amoniakom po sa prenáša do roztoku. Ďalšou metódou je separácia dusičnanu skandia polárnym rozkladom dusičnanov. Pretože dusičnan skandia sa najľahšie rozkladá, skandium je možné oddeliť. Okrem toho je dôležitým zdrojom skandia komplexné získavanie sprievodného skandia z uránu, tória, volfrámu, cínu a iných nerastných surovín.
Po získaní čistej zlúčeniny skandia sa táto prevedie na ScCl Á a spolu sa roztopí s KCl a LiCl. Roztavený zinok sa používa ako katóda na elektrolýzu, čo spôsobuje zrážanie skandia na zinkovej elektróde. Potom sa zinok odparí, čím sa získa kovové skandium. Ide o ľahký strieborno-biely kov s veľmi aktívnymi chemickými vlastnosťami, ktorý môže reagovať s horúcou vodou a vytvárať plynný vodík. Takže kovové skandium, ktoré vidíte na obrázku, je zatavené vo fľaši a chránené plynom argón, inak skandium rýchlo vytvorí tmavožltú alebo sivú oxidovú vrstvu, ktorá stratí svoj lesklý kovový lesk.
Aplikácie
Svetelný priemysel
Použitie skandia je sústredené vo veľmi jasných smeroch a nie je prehnané ho nazývať Syn Svetla. Prvá magická zbraň skandia sa nazýva skandiová sodná lampa, ktorá môže byť použitá na privedenie svetla do tisícok domácností. Toto je halogenidové elektrické svetlo: žiarovka je naplnená jodidom sodným a trijodidom skandia a súčasne sa pridá skandium a sodná fólia. Počas vysokonapäťového výboja vyžarujú ióny skandia a sodíkové ióny svetlo svojich charakteristických emisných vlnových dĺžok. Spektrálne čiary sodíka sú 589,0 a 589,6 nm, dve známe žlté svetlá, zatiaľ čo spektrálne čiary skandia sú 361,3 ~ 424,7 nm, séria emisií blízkeho ultrafialového a modrého svetla. Pretože sa navzájom dopĺňajú, celková produkovaná farba svetla je biele svetlo. Práve preto, že skandiové sodíkové výbojky sa vyznačujú vysokou svetelnou účinnosťou, dobrou farbou svetla, úsporou energie, dlhou životnosťou a silnou schopnosťou rozbíjať hmlu, môžu byť široko používané pre televízne kamery, námestia, športoviská a osvetlenie ciest, a sú známe ako svetelné zdroje tretej generácie. V Číne sa tento typ svietidiel postupne presadzuje ako nová technológia, pričom v niektorých vyspelých krajinách sa tento typ svietidiel vo veľkej miere používal už začiatkom 80. rokov.
Druhou magickou zbraňou skandia sú solárne fotovoltaické články, ktoré dokážu zbierať svetlo rozptýlené na zemi a premieňať ho na elektrinu, ktorá poháňa ľudskú spoločnosť. Scandium je najlepší bariérový kov v kovových izolátoroch polovodičových kremíkových solárnych článkov a solárnych článkov.
Jeho tretia magická zbraň sa nazýva zdroj lúčov γ A, táto magická zbraň môže sama o sebe jasne svietiť, ale tento druh svetla nie je možné zachytiť voľným okom, ide o vysokoenergetický tok fotónov. Zvyčajne extrahujeme 45Sc z minerálov, čo sú jediné prírodné izotopy skandia. Každé jadro 45Sc obsahuje 21 protónov a 24 neutrónov. 46Sc, umelý rádioaktívny izotop, môže byť použitý ako γ Zdroje žiarenia alebo stopovacie atómy môžu byť tiež použité na rádioterapiu malígnych nádorov. Existujú aj aplikácie ako ytrium-gálium skandium granátový laser,Fluorid skandiasklenené infračervené optické vlákno a katódová trubica potiahnutá skandiom v televízii. Zdá sa, že scandium sa rodí s jasom.
Zliatinársky priemysel
Scandium vo svojej elementárnej forme sa široko používa na dopovanie hliníkových zliatin. Pokiaľ sa do hliníka pridá niekoľko tisícin skandia, vytvorí sa nová fáza Al3Sc, ktorá bude hrať úlohu metamorfózy v hliníkovej zliatine a výrazne zmení štruktúru a vlastnosti zliatiny. Pridaním 0,2 % ~ 0,4 % Sc (čo je skutočne podobné pomeru pridania soli k vyprážanej zelenine doma, stačí len trochu) môže zvýšiť teplotu rekryštalizácie zliatiny o 150-200 ℃ a výrazne zlepšiť vysokú -teplotná pevnosť, štrukturálna stabilita, zvárací výkon a odolnosť proti korózii. Môže tiež zabrániť javu krehnutia, ktorý sa ľahko vyskytuje pri dlhodobej práci pri vysokých teplotách. Vysoká pevnosť a húževnatosť hliníkovej zliatiny, nová vysoko pevná zvárateľná hliníková zliatina odolná voči korózii, nová vysokoteplotná hliníková zliatina, vysoko pevná hliníková zliatina odolná voči neutrónovému žiareniu atď., majú veľmi atraktívne vyhliadky na rozvoj v letectve, letectve, lodiach, jadrové reaktory, ľahké vozidlá a vysokorýchlostné vlaky.
Skandium je tiež vynikajúci modifikátor železa a malé množstvo skandia môže výrazne zlepšiť pevnosť a tvrdosť liatiny. Okrem toho možno skandium použiť aj ako prísadu do vysokoteplotných zliatin volfrámu a chrómu. Samozrejme, okrem výroby svadobných šiat pre iných má skandium vysoký bod topenia a jeho hustota je podobná hliníku a používa sa aj v ľahkých zliatinách s vysokým bodom topenia, ako je skandium titánová zliatina a skandium horčíková zliatina. Kvôli vysokej cene sa však vo všeobecnosti používa iba v špičkových výrobných odvetviach, ako sú raketoplány a rakety.
Keramický materiál
Skandium, jediná látka, sa vo všeobecnosti používa v zliatinách a jeho oxidy hrajú dôležitú úlohu v keramických materiáloch podobným spôsobom. Tetragonálny zirkónový keramický materiál, ktorý je možné použiť ako elektródový materiál pre palivové články s pevným oxidom, má jedinečnú vlastnosť, kde sa vodivosť tohto elektrolytu zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou a koncentráciou kyslíka v prostredí. Avšak samotná kryštálová štruktúra tohto keramického materiálu nemôže existovať stabilne a nemá žiadnu priemyselnú hodnotu; Pre zachovanie pôvodných vlastností je potrebné dopovať niektoré látky, ktoré dokážu túto štruktúru fixovať. Pridanie 6 ~ 10% oxidu skandia je ako betónová štruktúra, takže zirkón môže byť stabilizovaný na štvorcovej mriežke.
Ako zahusťovadlá a stabilizátory existujú aj technické keramické materiály, ako je vysokopevnostný a vysokoteplotne odolný nitrid kremíka.
Ako zahusťovač,Oxid skandiamôže vytvárať žiaruvzdornú fázu Sc2Si2O7 na okraji jemných častíc, čím sa znižuje vysokoteplotná deformácia technickej keramiky. V porovnaní s inými oxidmi môže lepšie zlepšiť vysokoteplotné mechanické vlastnosti nitridu kremíka.
Katalytická chémia
V chemickom inžinierstve sa skandium často používa ako katalyzátor, zatiaľ čo Sc2O3 sa môže použiť na dehydratáciu a deoxidáciu etanolu alebo izopropanolu, rozklad kyseliny octovej a výrobu etylénu z CO a H2. Pt Al katalyzátor obsahujúci Sc2O3 je tiež dôležitým katalyzátorom pre hydrogenáciu ťažkých olejov, čistenie a rafináciu v petrochemickom priemysle. Pri katalytických krakovacích reakciách, ako je kumén, je aktivita zeolitového katalyzátora Sc-Y 1000-krát vyššia ako aktivita kremičitanu hlinitého; V porovnaní s niektorými tradičnými katalyzátormi budú vyhliadky na vývoj skandiových katalyzátorov veľmi dobré.
Priemysel jadrovej energetiky
Pridanie malého množstva Sc2O3 do UO2 vo vysokoteplotnom reaktorovom jadrovom palive môže zabrániť transformácii mriežky, zväčšeniu objemu a praskaniu spôsobenému konverziou UO2 na U3O8.
Palivový článok
Podobne pridanie 2,5 % až 25 % skandia do niklových alkalických batérií zvýši ich životnosť.
Poľnohospodársky chov
V poľnohospodárstve môžu byť semená ako kukurica, repa, hrach, pšenica a slnečnica ošetrené síranom skandinatým (koncentrácia je vo všeobecnosti 10-3~10-8mol/l, rôzne rastliny budú mať rôzne) a skutočný účinok podpory klíčenia bola dosiahnutá. Po 8 hodinách sa suchá hmotnosť koreňov a pukov zvýšila o 37% a 78% v porovnaní so sadenicami, ale mechanizmus sa stále študuje.
Od pozornosti Nielsenovej dlhu údajov o hmotnosti atómu až po dnešok, scandium vstúpilo do videnia ľudí len sto alebo dvadsať rokov, ale takmer sto rokov sedelo v lavici. Životnosť mu priniesol až prudký rozvoj materiálovej vedy koncom minulého storočia. Prvky vzácnych zemín, vrátane skandia, sa dnes stali horúcimi hviezdami materiálovej vedy, zohrávajú neustále sa meniace úlohy v tisíckach systémov, prinášajú do našich životov každý deň viac pohodlia a vytvárajú ekonomickú hodnotu, ktorú je ešte ťažšie merať.
Čas odoslania: 29. júna 2023