Scandium, ar elementa simbolu Sc un atomskaitli 21, viegli šķīst ūdenī, var mijiedarboties ar karstu ūdeni un viegli kļūst tumšāks gaisā. Tās galvenā valence ir +3. To bieži sajauc ar gadolīniju, erbiju un citiem elementiem ar zemu ražu un apmēram 0,0005% garozā. Skandiju bieži izmanto, lai izgatavotu īpašu stiklu un vieglus augstas temperatūras sakausējumus.
Šobrīd pasaulē pierādītās skandija rezerves ir tikai 2 miljoni tonnu, no kurām 90–95% ir boksīta, fosforīta un dzelzs titāna rūdās, bet neliela daļa ir urāna, torija, volframa un retzemju rūdās, galvenokārt. izplatīts Krievijā, Ķīnā, Tadžikistānā, Madagaskarā, Norvēģijā un citās valstīs. Ķīna ir ļoti bagāta ar skandija resursiem, ar milzīgiem minerālu krājumiem, kas saistīti ar skandiju. Saskaņā ar nepilnīgo statistiku, skandija krājumi Ķīnā ir aptuveni 600 000 tonnu, kas atrodas boksīta un fosforīta atradnēs, porfīra un kvarca dzīslu volframa atradnēs Dienvidķīnijā, retzemju atradnēs Dienvidķīnā, Bajan Obo retzemju dzelzsrūdas atradnēs. Iekšējā Mongolija un Panzhihua vanādija titāna magnetīta atradne Sičuaņā.
Skandija trūkuma dēļ arī skandija cena ir ļoti augsta, un tās kulminācijas brīdī skandija cena tika uzpūsta līdz 10 reizēm zelta cenai. Lai gan skandija cena ir kritusies, tā joprojām četras reizes pārsniedz zelta cenu!
Vēstures atklāšana
1869. gadā Mendeļejevs pamanīja atomu masas plaisu starp kalciju (40) un titānu (48) un prognozēja, ka šeit ir arī neatklāts starpposma atommasas elements. Viņš paredzēja, ka tā oksīds ir X ₂ O Å. Skandiju 1879. gadā atklāja Larss Frederiks Nilsons no Upsalas universitātes Zviedrijā. Viņš to ieguva no melnās retās zelta raktuves, sarežģītas rūdas, kas satur 8 veidu metālu oksīdus. Viņš ir izvilcisErbija (III) oksīdsno melnas retas zelta rūdas, un iegūtaIterbija (III) oksīdsno šī oksīda, un ir vēl viens vieglāka elementa oksīds, kura spektrs rāda, ka tas ir nezināms metāls. Tas ir Mendeļejeva prognozētais metāls, kura oksīds irSc₂O3. Pats skandija metāls tika ražots noSkandija hlorīdsar elektrolītisku kausēšanu 1937. gadā.
Mendeļejevs
Elektronu konfigurācija
Elektronu konfigurācija: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandijs ir mīksts, sudrabaini balts pārejas metāls ar kušanas temperatūru 1541 ℃ un viršanas temperatūru 2831 ℃.
Ievērojamu laiku pēc tā atklāšanas skandija izmantošana netika pierādīta tā ražošanas grūtību dēļ. Arvien pilnveidojoties retzemju elementu atdalīšanas metodēm, tagad ir nobriedusi procesa plūsma skandija savienojumu attīrīšanai. Tā kā skandijs ir mazāk sārmains nekā itrijs un lantanīds, hidroksīds ir vājākais, tāpēc retzemju elementu jauktais minerāls, kas satur skandiju, tiks atdalīts no retzemju elementa ar “pakāpju izgulsnēšanas” metodi, kad skandija(III) hidroksīdu apstrādā ar amonjaku pēc. tiek pārnests šķīdumā. Otra metode ir skandija nitrāta atdalīšana ar nitrāta polāro sadalīšanos. Tā kā skandija nitrāts ir visvieglāk sadalāms, skandiju var atdalīt. Turklāt nozīmīgs skandija avots ir arī visaptveroša skandija atgūšana no urāna, torija, volframa, alvas un citām minerālu atradnēm.
Pēc tīra skandija savienojuma iegūšanas to pārvērš par ScCl Å un izkausē ar KCl un LiCl. Izkausēto cinku izmanto kā katodu elektrolīzē, izraisot skandija nogulsnēšanos uz cinka elektroda. Pēc tam cinku iztvaicē, lai iegūtu metālisku skandiju. Šis ir viegls sudraba balts metāls ar ļoti aktīvām ķīmiskajām īpašībām, kas var reaģēt ar karstu ūdeni, veidojot ūdeņraža gāzi. Tātad attēlā redzamais metāla skandijs ir noslēgts pudelē un aizsargāts ar argona gāzi, pretējā gadījumā skandijs ātri izveidos tumši dzeltenu vai pelēku oksīda slāni, zaudējot savu spīdīgo metālisko spīdumu.
Lietojumprogrammas
Apgaismojuma nozare
Skandija lietojumi ir koncentrēti ļoti spilgtos virzienos, un nav pārspīlēts to saukt par Gaismas dēlu. Pirmais skandija maģiskais ierocis tiek saukts par skandija nātrija lampu, ar kuru var ienest gaismu tūkstošiem mājsaimniecību. Šis ir metālu halogenīds Elektriskā gaisma: spuldze ir piepildīta ar nātrija jodīdu un skandija trijodīdu, vienlaikus pievienojot skandiju un nātrija foliju. Augstsprieguma izlādes laikā skandija joni un nātrija joni attiecīgi izstaro gaismu ar tiem raksturīgo emisijas viļņu garumu. Nātrija spektrālās līnijas ir 589,0 un 589,6 nm, divas slavenās dzeltenās gaismas, savukārt skandija spektrālās līnijas ir 361,3–424,7 nm, kas ir gandrīz ultravioletās un zilās gaismas emisiju sērija. Tā kā tie papildina viens otru, kopējā gaismas krāsa ir balta gaisma. Tieši tāpēc, ka skandija nātrija spuldzēm ir augsta gaismas efektivitāte, laba gaismas krāsa, enerģijas taupīšana, ilgs kalpošanas laiks un spēcīga miglas sadalīšanas spēja, tās var plaši izmantot televīzijas kamerās, laukumos, sporta vietās un ceļu apgaismojumā, un ir pazīstami kā trešās paaudzes gaismas avoti. Ķīnā šāda veida lampas pamazām tiek popularizētas kā jauna tehnoloģija, savukārt dažās attīstītajās valstīs šāda veida lampas tika plaši izmantotas jau 80. gadu sākumā.
Otrs skandija burvju ierocis ir saules fotoelementi, kas spēj savākt pa zemi izkliedēto gaismu un pārvērst to elektrībā, lai virzītu cilvēku sabiedrību. Skandijs ir labākais barjermetāls metāla izolatoru pusvadītāju silīcija saules baterijās un saules baterijās.
Tās trešo burvju ieroci sauc par γ A staru avotu, šis burvju ierocis var spoži spīdēt pats, bet šāda veida gaismu nevar uztvert ar neapbruņotu aci, tā ir augstas enerģijas fotonu plūsma. Mēs parasti ekstrahējam 45Sc no minerāliem, kas ir vienīgie dabīgie skandija izotopi. Katrs 45Sc kodols satur 21 protonu un 24 neitronus. 46Sc, mākslīgo radioaktīvo izotopu, var izmantot kā γ Radiācijas avotus vai marķiera atomus var izmantot arī ļaundabīgo audzēju staru terapijā. Ir arī tādas lietojumprogrammas kā itrija gallija skandija granāta lāzers,Skandija fluorīdsstikla infrasarkanā optiskā šķiedra un katodstaru lampa ar skandija pārklājumu televīzijā. Šķiet, ka skandijs piedzimst ar spilgtumu.
Sakausējumu rūpniecība
Skandijs elementārajā formā ir plaši izmantots alumīnija sakausējumu dopingam. Kamēr alumīnijam tiks pievienotas dažas tūkstošdaļas skandija, veidosies jauna Al3Sc fāze, kas alumīnija sakausējumā spēlēs Metamorfisma lomu un liks būtiski mainīties sakausējuma struktūrai un īpašībām. Pievienojot 0,2% ~ 0,4% Sc (kas ir ļoti līdzīgs sāls pievienošanas proporcijai ceptiem dārzeņiem mājās, ir nepieciešams tikai nedaudz) var paaugstināt sakausējuma rekristalizācijas temperatūru par 150-200 ℃ un ievērojami uzlabot augstu. - temperatūras izturība, konstrukcijas stabilitāte, metināšanas veiktspēja un izturība pret koroziju. Tas var arī izvairīties no trausluma parādības, kas var viegli rasties, ilgstoši strādājot augstā temperatūrā. Augstas izturības un augstas izturības alumīnija sakausējumam, jaunam augstas stiprības korozijizturīgam metināmam alumīnija sakausējumam, jaunam augstas temperatūras alumīnija sakausējumam, augstas stiprības neitronu apstarošanas izturīgam alumīnija sakausējumam utt. ir ļoti pievilcīgas attīstības perspektīvas kosmosa, aviācijas, kuģu, kodolreaktori, vieglie transportlīdzekļi un ātrvilcieni.
Skandijs ir arī lielisks dzelzs modifikators, un neliels skandija daudzums var ievērojami uzlabot čuguna izturību un cietību. Turklāt skandiju var izmantot arī kā piedevu augstas temperatūras volframa un hroma sakausējumiem. Protams, papildus kāzu apģērbu izgatavošanai citiem, skandijam ir augsta kušanas temperatūra un tā blīvums ir līdzīgs alumīnijam, un to izmanto arī vieglos sakausējumos ar augstu kušanas temperatūru, piemēram, skandija titāna sakausējumu un skandija magnija sakausējumu. Tomēr augstās cenas dēļ to parasti izmanto tikai augstākās klases ražošanas nozarēs, piemēram, kosmosa kuģos un raķetēs.
Keramikas materiāls
Skandijs, viena viela, parasti tiek izmantots sakausējumos, un tā oksīdi līdzīgā veidā spēlē nozīmīgu lomu keramikas materiālos. Tetragonālajam cirkonija oksīda keramikas materiālam, ko var izmantot kā cieto oksīda kurināmā elementu elektrodu materiālu, ir unikāla īpašība, kur šī elektrolīta vadītspēja palielinās, palielinoties temperatūrai un skābekļa koncentrācijai vidē. Tomēr šī keramikas materiāla kristāliskā struktūra pati par sevi nevar pastāvēt stabili un tai nav rūpnieciskas vērtības; Ir nepieciešams dopingēt dažas vielas, kas var salabot šo struktūru, lai saglabātu tās sākotnējās īpašības. 6–10% skandija oksīda pievienošana ir kā betona konstrukcija, lai cirkoniju var stabilizēt uz kvadrātveida režģa.
Ir arī tādi inženierijas keramikas materiāli kā augstas stiprības un augstas temperatūras izturīgs silīcija nitrīds kā blīvētāji un stabilizatori.
Kā blīvētājs,Skandija oksīdsvar veidot ugunsizturīgu fāzi Sc2Si2O7 smalko daļiņu malās, tādējādi samazinot inženierkeramikas deformāciju augstā temperatūrā. Salīdzinot ar citiem oksīdiem, tas var labāk uzlabot silīcija nitrīda mehāniskās īpašības augstā temperatūrā.
Katalītiskā ķīmija
Ķīmiskajā inženierijā skandiju bieži izmanto kā katalizatoru, savukārt Sc2O3 var izmantot etanola vai izopropanola dehidratācijai un deoksidācijai, etiķskābes sadalīšanai un etilēna ražošanai no CO un H2. Pt Al katalizators, kas satur Sc2O3, ir arī svarīgs katalizators smago eļļu hidrogenēšanas attīrīšanas un rafinēšanas procesos naftas ķīmijas rūpniecībā. Katalītiskā krekinga reakcijās, piemēram, kumēns, Sc-Y ceolīta katalizatora aktivitāte ir 1000 reizes augstāka nekā alumīnija silikāta katalizatora aktivitāte; Salīdzinot ar dažiem tradicionālajiem katalizatoriem, skandija katalizatoru attīstības perspektīvas būs ļoti spilgtas.
Kodolenerģijas nozare
Neliela daudzuma Sc2O3 pievienošana UO2 augstas temperatūras reaktora kodoldegvielai var izvairīties no režģa transformācijas, tilpuma palielināšanās un plaisāšanas, ko izraisa UO2 pārvēršana par U3O8.
Degvielas šūna
Līdzīgi, pievienojot 2,5% līdz 25% skandija niķeļa sārmu baterijām, palielinās to kalpošanas laiks.
Lauksaimniecības audzēšana
Lauksaimniecībā sēklas, piemēram, kukurūzu, bietes, zirņus, kviešus un saulespuķus, var apstrādāt ar skandija sulfātu (koncentrācija parasti ir 10–3–10–8 mol/l, dažādiem augiem būs atšķirīga), un faktiskā dīgtspējas veicināšana. ir sasniegts. Pēc 8 stundām sakņu un pumpuru sausā masa pieauga attiecīgi par 37% un 78%, salīdzinot ar stādiem, taču mehānisms joprojām tiek pētīts.
No Nīlsena uzmanības atommasas datu parādiem līdz mūsdienām skandijs ir ienācis cilvēku redzeslokā tikai simts vai divdesmit gadus, bet gandrīz simts gadus nosēdējis uz soliņa. Tikai materiālzinātnes enerģiskā attīstība pagājušā gadsimta beigās radīja vitalitāti. Mūsdienās retzemju elementi, tostarp skandijs, ir kļuvuši par karstām zvaigznēm materiālu zinātnē, spēlējot arvien mainīgas lomas tūkstošiem sistēmu, katru dienu ienesot mūsu dzīvē vairāk ērtības un radot ekonomisku vērtību, ko ir vēl grūtāk izmērīt.
Izlikšanas laiks: 2023. gada 29. jūnijs