SkandiyumElement sembolü Sc ve Atom numarası 21 olan, suda kolayca çözünür, sıcak su ile etkileşime girebilir ve havada kolayca kararır. Ana değerliği +3'tür. Genellikle gadolinyum, erbiyum ve diğer elementlerle karıştırılır, düşük verim ve kabukta yaklaşık %0,0005 içerik bulunur. Skandiyum genellikle özel cam ve hafif, yüksek sıcaklık alaşımları yapmak için kullanılır.
Şu anda dünyadaki kanıtlanmış skandiyum rezervleri yalnızca 2 milyon ton olup, bunların %90-95'i Boksit, fosforit ve demir titanyum cevherlerinde ve küçük bir kısmı da esas olarak uranyum, toryum, tungsten ve nadir toprak cevherlerinde bulunmaktadır. Rusya, Çin, Tacikistan, Madagaskar, Norveç ve diğer ülkelerde dağıtılmaktadır. Çin, skandiyum kaynakları açısından çok zengindir ve skandiyumla ilgili devasa maden rezervlerine sahiptir. Eksik istatistiklere göre, Çin'deki skandiyum rezervleri yaklaşık 600.000 ton olup, bunlar Boksit ve fosforit yataklarında, Güney Çin'de porfir ve kuvars damarı tungsten yataklarında, Güney Çin'de nadir toprak yataklarında, Bayan Obo nadir toprak demir cevheri yatağında bulunmaktadır. İç Moğolistan ve Siçuan'daki Panzhihua vanadyum titanyum manyetit yatağı.
Skandiyumun kıtlığı nedeniyle skandiyumun fiyatı da çok yüksek ve zirve noktasında skandiyumun fiyatı altının fiyatının 10 katına kadar şişirildi. Skandiyumun fiyatı düşmesine rağmen hala altının dört katı!
Tarihi Keşfetmek
1869'da Mendeleev, kalsiyum (40) ile titanyum (48) arasında atom kütlesinde bir boşluk olduğunu fark etti ve burada keşfedilmemiş bir ara atom kütle elementinin de bulunduğunu öngördü. Oksinin X ₂ O Å olduğunu tahmin etti. Scandium, 1879'da İsveç'teki Uppsala Üniversitesi'nden Lars Frederik Nilson tarafından keşfedildi. Bunu, 8 tür metal oksit içeren karmaşık bir cevher olan siyah nadir altın madeninden çıkardı. O çıkardıErbiyum(III) oksitsiyah nadir altın cevherinden elde edilen veİterbiyum(III) oksitbu oksitten ve spektrumu bilinmeyen bir metal olduğunu gösteren daha hafif bir elementin başka bir oksidi vardır. Bu, Mendeleev'in tahmin ettiği, oksidi olan metaldir.Sc₂O₃. Skandiyum metalinin kendisi üretildiSkandiyum klorür1937'de elektrolitik eritme yoluyla.
Mendeleev
Elektron konfigürasyonu
Elektron konfigürasyonu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandiyum, erime noktası 1541 °C ve kaynama noktası 2831 °C olan yumuşak, gümüş beyazı bir geçiş metalidir.
Skandiyumun keşfinden sonra uzun bir süre, üretiminin zorluğu nedeniyle kullanımı gösterilmemiştir. Nadir toprak element ayırma yöntemlerinin giderek gelişmesiyle birlikte, artık skandiyum bileşiklerinin saflaştırılmasına yönelik olgun bir süreç akışı bulunmaktadır. Skandiyum, itriyum ve Lantanitten daha az alkali olduğundan, hidroksit en zayıfıdır, bu nedenle, skandiyum içeren nadir toprak elementi karışık mineral, Skandiyum (III) hidroksitin amonyakla işlenmesinden sonra "kademeli çökeltme" yöntemiyle nadir toprak elementinden ayrılacaktır. çözeltiye aktarılıyor. Diğer yöntem ise Skandiyum nitratı, nitratın Polar ayrışmasıyla ayırmaktır. Skandiyum nitrat ayrıştırılması en kolay madde olduğundan skandiyum ayrılabilir. Ek olarak, uranyum, toryum, tungsten, kalay ve diğer maden yataklarından eşlik eden skandiyumun kapsamlı bir şekilde geri kazanılması da önemli bir skandiyum kaynağıdır.
Saf bir skandiyum bileşiği elde edildikten sonra ScCl Å'ye dönüştürülür ve KCl ve LiCl ile birlikte eritilir. Erimiş çinko, elektroliz için katot olarak kullanılır ve skandiyumun çinko elektrot üzerinde çökelmesine neden olur. Daha sonra çinko buharlaştırılarak metalik skandiyum elde edilir. Bu, sıcak su ile reaksiyona girerek hidrojen gazı oluşturabilen, çok aktif kimyasal özelliklere sahip, hafif, gümüş beyazı bir metaldir. Yani resimde gördüğünüz metal skandiyum bir şişede kapatılır ve argon gazıyla korunur, aksi takdirde skandiyum hızla koyu sarı veya gri bir oksit tabakası oluşturarak parlak metalik parlaklığını kaybeder.
Uygulamalar
Aydınlatma endüstrisi
Skandiyumun kullanımları çok parlak yönlerde yoğunlaşmıştır ve ona Işığın Oğlu demek abartı olmaz. Skandiyumun ilk sihirli silahına, binlerce eve ışık getirmek için kullanılabilen skandiyum sodyum lambası adı veriliyor. Bu bir metal halojenür Elektrik ışığıdır: Ampul Sodyum iyodür ve Skandiyum triiyodür ile doldurulur ve skandiyum ve sodyum folyo aynı anda eklenir. Yüksek voltajlı deşarj sırasında, skandiyum iyonları ve sodyum iyonları sırasıyla karakteristik emisyon dalga boylarında ışık yayarlar. Sodyumun spektral çizgileri iki ünlü sarı ışık olan 589.0 ve 589.6 nm'dir; skandiyumun spektral çizgileri ise bir dizi yakın ultraviyole ve mavi ışık emisyonu olan 361.3~424.7 nm'dir. Birbirlerini tamamladıklarından dolayı üretilen genel ışık rengi beyaz ışıktır. Skandiyum sodyum lambaların yüksek ışık verimliliği, iyi ışık rengi, güç tasarrufu, uzun hizmet ömrü ve güçlü sis önleme özelliklerine sahip olması nedeniyle televizyon kameraları, meydanlar, spor salonları ve yol aydınlatması için yaygın olarak kullanılabilmektedir. üçüncü nesil ışık kaynakları olarak bilinmektedir. Çin'de bu tür lambalar yavaş yavaş yeni bir teknoloji olarak tanıtılırken, bazı gelişmiş ülkelerde bu tür lambalar 1980'lerin başlarından beri yaygın olarak kullanılıyordu.
Skandiyumun ikinci sihirli silahı, yere saçılan ışığı toplayıp onu insan toplumunu harekete geçirmek için elektriğe dönüştürebilen güneş fotovoltaik hücreleridir. Skandiyum, metal yalıtkan yarı iletken silikon güneş pilleri ve güneş pillerindeki en iyi bariyer metalidir.
Üçüncü sihirli silahına ise γ Bir ışın kaynağı denir, bu sihirli silah kendi başına parlak bir şekilde parlayabilir ancak bu tür bir ışık çıplak gözle alınamaz, yüksek enerjili bir foton akışıdır. Genellikle 45Sc'yi skandiyumun tek Doğal izotopu olan minerallerden çıkarırız. Her 45Sc çekirdeği 21 proton ve 24 nötron içerir. Yapay bir radyoaktif izotop olan 46Sc, γ Radyasyon kaynağı olarak kullanılabilir veya izleyici atomlar, kötü huylu tümörlerin radyoterapisi için de kullanılabilir. İtriyum galyum skandiyum garnet lazeri gibi uygulamalar da vardır.Skandiyum florürcam kızılötesi Optik fiber ve televizyonda skandiyum kaplı katot ışın tüpü. Görünüşe göre skandiyum parlaklıkla doğmuştur.
Alaşım endüstrisi
Elementel formundaki skandiyum, alüminyum alaşımlarının dopinglenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyuma birkaç binde bir skandiyum eklendiği sürece, alüminyum alaşımında Metamorfizma rolü oynayacak ve alaşımın yapısını ve özelliklerini önemli ölçüde değiştirecek yeni bir Al3Sc fazı oluşacaktır. %0,2~%0,4 Sc eklemek (bu, evde kızartılmış sebzeleri karıştırmak için tuz ekleme oranına gerçekten benzer, sadece çok az miktarda gereklidir) alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığını 150-200 °C kadar artırabilir ve önemli ölçüde yüksek seviyeyi artırabilir. -sıcaklık mukavemeti, yapısal stabilite, kaynak performansı ve korozyon direnci. Ayrıca, yüksek sıcaklıklarda uzun süreli çalışma sırasında meydana gelmesi kolay olan gevrekleşme olayını da önleyebilir. Yüksek mukavemetli ve yüksek tokluklu alüminyum alaşımı, yeni yüksek mukavemetli, korozyona dayanıklı, kaynaklanabilir alüminyum alaşımı, yeni yüksek sıcaklıktaki alüminyum alaşımı, yüksek mukavemetli nötron ışınımına dirençli alüminyum alaşımı vb., havacılık, havacılık, gemilerde çok cazip gelişme beklentilerine sahiptir. nükleer reaktörler, hafif araçlar ve hızlı trenler.
Skandiyum aynı zamanda demir için mükemmel bir değiştiricidir ve az miktarda skandiyum, dökme demirin mukavemetini ve sertliğini önemli ölçüde artırabilir. Ayrıca skandiyum, yüksek sıcaklıktaki tungsten ve krom alaşımları için katkı maddesi olarak da kullanılabilir. Elbette başkaları için düğün kıyafetleri yapmanın yanı sıra, skandiyumun erime noktası yüksektir ve yoğunluğu alüminyuma benzer ve ayrıca skandiyum titanyum alaşımı ve skandiyum magnezyum alaşımı gibi yüksek erime noktalı hafif alaşımlarda da kullanılır. Ancak fiyatının yüksek olması nedeniyle genellikle yalnızca uzay mekiği ve roket gibi ileri teknolojiye sahip imalat endüstrilerinde kullanılır.
Seramik malzeme
Tek bir madde olan skandiyum genellikle alaşımlarda kullanılır ve oksitleri de benzer şekilde seramik malzemelerde önemli bir rol oynar. Katı oksit yakıt hücreleri için elektrot malzemesi olarak kullanılabilecek tetragonal zirkonya seramik malzemesi, ortamdaki sıcaklık ve oksijen konsantrasyonunun artmasıyla bu elektrolitin iletkenliğinin arttığı benzersiz bir özelliğe sahiptir. Ancak bu seramik malzemenin kristal yapısı kendi başına stabil olarak var olamaz ve endüstriyel bir değeri yoktur; Bu yapıyı orijinal özelliklerini koruyabilmesi için sabitleyebilecek bazı maddelerin katkılanması gerekir. %6~10 Skandiyum oksit eklemek beton bir yapıya benzer, böylece zirkonya kare bir kafes üzerinde stabilize edilebilir.
Yoğunlaştırıcı ve stabilizatör olarak yüksek mukavemetli ve yüksek sıcaklığa dayanıklı silikon nitrür gibi mühendislik seramiği malzemeleri de vardır.
Yoğunlaştırıcı olarakSkandiyum oksitince parçacıkların kenarında bir refrakter faz Sc2Si2O7 oluşturabilir, böylece mühendislik seramiklerinin yüksek sıcaklıkta deformasyonu azaltılabilir. Diğer oksitlerle karşılaştırıldığında silikon nitrürün yüksek sıcaklıktaki mekanik özelliklerini daha iyi geliştirebilir.
Katalitik kimya
Kimya mühendisliğinde skandiyum sıklıkla katalizör olarak kullanılırken Sc2O3, etanol veya izopropanolün dehidrasyonu ve deoksidasyonu, asetik asidin ayrışması ve CO ve H2'den etilen üretimi için kullanılabilir. Sc2O3 içeren Pt Al katalizörü aynı zamanda petrokimya endüstrisindeki ağır yağ hidrojenasyonu saflaştırma ve rafinasyon işlemleri için de önemli bir katalizördür. Kümen gibi katalitik parçalama reaksiyonlarında Sc-Y zeolit katalizörünün aktivitesi, Alüminyum silikat katalizörününkinden 1000 kat daha yüksektir; Bazı geleneksel katalizörlerle karşılaştırıldığında skandiyum katalizörlerinin gelişme umutları çok parlak olacaktır.
Nükleer enerji endüstrisi
Yüksek sıcaklık reaktörü nükleer yakıtına küçük miktarda Sc2O3'ün UO2'ye eklenmesi, UO2'nin U3O8'e dönüşümünün neden olduğu kafes dönüşümünü, hacim artışını ve çatlamayı önleyebilir.
Yakıt hücresi
Benzer şekilde nikel alkali pillere %2,5 ila %25 oranında skandiyum eklenmesi pillerin ömrünü uzatacaktır.
Tarımsal üreme
Tarımda mısır, pancar, bezelye, buğday ve ayçiçeği gibi tohumlar Skandiyum sülfatla işlenebilir (konsantrasyon genellikle 10-3 ~ 10-8mol/L'dir, farklı bitkiler farklı olacaktır) ve çimlenmeyi teşvik etmenin gerçek etkisi başarılmıştır. 8 saat sonra köklerin ve tomurcukların kuru ağırlığı, fidelere kıyasla sırasıyla %37 ve %78 arttı, ancak mekanizma halen araştırılmaktadır.
Nielsen'in Atomik kütle verilerinin bugüne olan borcuna dikkat çekmesinden bu yana, skandiyum insanların vizyonuna yalnızca yüz yirmi yıldır girmiştir, ancak yüz yıldır neredeyse bankta oturmuştur. Malzeme biliminin ona canlılık getirmesi ancak geçen yüzyılın sonlarında yaşanan güçlü gelişmeye kadar mümkün değildi. Bugün, skandiyumun da aralarında bulunduğu nadir toprak elementleri, malzeme biliminde sıcak yıldızlar haline gelmiş, binlerce sistemde sürekli değişen roller üstlenmiş, hayatımıza her geçen gün daha fazla kolaylık kazandırmış ve ölçülmesi daha da zor ekonomik değer yaratmıştır.
Gönderim zamanı: Haz-29-2023