Skandium, element simvolu Sc və Atom nömrəsi 21, suda asanlıqla həll olunur, isti su ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və havada asanlıqla qaralır. Onun əsas valentliyi +3-dür. O, tez-tez gadolinium, erbium və digər elementlərlə qarışdırılır, aşağı məhsuldarlıq və qabığın tərkibində təxminən 0,0005% təşkil edir. Skandium tez-tez xüsusi şüşə və yüngül yüksək temperaturlu ərintilər hazırlamaq üçün istifadə olunur.
Hazırda dünyada skandiumun təsdiqlənmiş ehtiyatları cəmi 2 milyon ton təşkil edir ki, bunun 90-95%-i boksit, fosforit və dəmir titan filizlərində, kiçik bir hissəsi isə uran, torium, volfram və nadir torpaq filizlərində, əsasən də Rusiya, Çin, Tacikistan, Madaqaskar, Norveç və digər ölkələrdə yayılmışdır. Çin skandium ehtiyatları ilə çox zəngindir, skandiumla əlaqəli böyük mineral ehtiyatları var. Natamam statistik məlumatlara görə, Çində skandium ehtiyatları təxminən 600 000 ton təşkil edir ki, bunlar boksit və fosforit yataqlarında, Cənubi Çində porfir və kvars damarlı volfram yataqlarında, Cənubi Çində nadir torpaq yataqlarında, Bayan Obo nadir torpaq dəmir filizi yatağındadır. Daxili Monqolustan və Sıçuandakı Panzhihua vanadium titan maqnetit yatağı.
Skandium qıtlığı səbəbindən skandiumun qiyməti də çox yüksəkdir və pik nöqtəsində skandiumun qiyməti qızılın qiymətindən 10 dəfə şişirdilmişdir. Skandiumun qiyməti düşsə də, yenə də qızıldan dörd dəfə bahadır!
Tarixi kəşf etmək
1869-cu ildə Mendeleyev kalsium (40) və titan (48) arasında atom kütləsində bir boşluq olduğunu gördü və burada kəşf edilməmiş bir ara atom kütləsi elementinin də olduğunu proqnozlaşdırdı. O, onun oksidinin X ₂ O Å olduğunu proqnozlaşdırdı. Skandium 1879-cu ildə İsveçin Uppsala Universitetinin əməkdaşı Lars Frederik Nilson tərəfindən kəşf edilmişdir. O, onu 8 növ metal oksidi olan mürəkkəb filiz olan qara nadir qızıl mədənindən çıxarıb. O, çıxarıbErbium (III) oksidiqara nadir qızıl filizindən və əldə edilirİtterbium (III) oksidibu oksiddən və daha yüngül elementin başqa bir oksidi var ki, onun spektri onun naməlum metal olduğunu göstərir. Bu, oksidi olan Mendeleyevin proqnozlaşdırdığı metaldırSc₂O₃. Skandium metalı özü istehsal edilmişdirSkandium xlorid1937-ci ildə elektrolitik ərimə ilə.
Mendeleyev
Elektron konfiqurasiyası
Elektron konfiqurasiyası: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandium ərimə nöqtəsi 1541 ℃ və qaynama nöqtəsi 2831 ℃ olan yumşaq, gümüşü ağ keçid metalıdır.
Kəşf edildikdən sonra xeyli müddət ərzində skandiumun istifadəsi istehsalda çətinlik çəkdiyinə görə nümayiş etdirilməmişdir. Nadir torpaq elementlərinin ayrılması üsullarının getdikcə təkmilləşdirilməsi ilə indi skandium birləşmələrinin təmizlənməsi üçün yetkin proses axını mövcuddur. Skandium ittrium və lantaniddən daha az qələvi olduğundan, hidroksid ən zəifdir, buna görə də skandium (III) hidroksidini ammonyakla müalicə etdikdən sonra tərkibində skandium olan nadir torpaq elementi qarışıq mineral nadir torpaq elementindən “addım çökmə” üsulu ilə ayrılacaqdır. məhluluna köçürülür. Digər üsul, nitratın Polar parçalanması ilə Skandium nitratın ayrılmasıdır. Skandium nitrat ən asan parçalandığı üçün skandium ayrıla bilər. Bundan əlavə, uran, torium, volfram, qalay və digər faydalı qazıntı yataqlarından müşayiət olunan skandiumun hərtərəfli bərpası da skandiumun mühüm mənbəyidir.
Təmiz skandiyum birləşməsini əldə etdikdən sonra ScCl Å-ə çevrilir və KCl və LiCl ilə birlikdə əridilir. Ərinmiş sink elektroliz üçün katod kimi istifadə olunur, bu da sink elektrodunda skandiumun çökməsinə səbəb olur. Sonra sink buxarlanaraq metal skandium əldə edilir. Bu, hidrogen qazı yaratmaq üçün isti su ilə reaksiya verə bilən çox aktiv kimyəvi xüsusiyyətlərə malik yüngül gümüşü ağ metaldır. Beləliklə, şəkildə gördüyünüz metal skandium şüşəyə bükülür və arqon qazı ilə qorunur, əks halda skandium tez bir zamanda tünd sarı və ya boz rəngli oksid təbəqəsi əmələ gətirərək parlaq metal parıltısını itirəcək.
Tətbiqlər
İşıqlandırma sənayesi
Skandiumun istifadəsi çox parlaq istiqamətlərdə cəmlənmişdir və onu İşıq Oğlu adlandırmaq mübaliğə deyil. Skandiumun ilk sehrli silahı minlərlə ev təsərrüfatına işıq gətirmək üçün istifadə edilə bilən skandium natrium lampası adlanır. Bu metal halid Elektrik işığıdır: lampa natrium yodid və skandium triiodid ilə doldurulur və eyni zamanda skandium və natrium folqa əlavə edilir. Yüksək gərginlikli boşalma zamanı müvafiq olaraq skandium ionları və natrium ionları xarakterik emissiya dalğa uzunluqlarında işıq saçır. Natriumun spektral xətləri 589.0 və 589.6 nm, iki məşhur sarı işıq, skandiumun spektral xətləri isə 361.3 ~ 424.7 nm, bir sıra ultrabənövşəyi və mavi işıq emissiyalarıdır. Onlar bir-birini tamamladıqları üçün istehsal olunan ümumi açıq rəng ağ işıqdır. Məhz skandium natrium lampaları yüksək işıq səmərəliliyi, yaxşı işıq rəngi, enerjiyə qənaət, uzun xidmət müddəti və güclü dumanı dağıdıcı xüsusiyyətlərə malik olduğu üçün televiziya kameraları, meydanlar, idman meydançaları və yol işıqlandırması üçün geniş istifadə oluna bilər. və üçüncü nəsil işıq mənbələri kimi tanınır. Çində bu tip lampa tədricən yeni texnologiya kimi təbliğ olunur, bəzi inkişaf etmiş ölkələrdə isə bu tip lampa hələ 1980-ci illərin əvvəllərində geniş istifadə olunurdu.
Skandiumun ikinci sehrli silahı günəş fotovoltaik elementləridir, yerə səpələnmiş işığı toplayıb insan cəmiyyətini hərəkətə gətirmək üçün onu elektrik enerjisinə çevirə bilir. Skandium metal izolyator yarımkeçirici silikon günəş elementləri və günəş batareyalarında ən yaxşı maneə metalıdır.
Onun üçüncü sehrli silahı γ Şüa mənbəyi adlanır, bu sehrli silah öz-özünə parlaq şəkildə parlaya bilir, lakin bu cür işıq adi gözlə qəbul edilə bilməz, yüksək enerjili foton axınıdır. Biz adətən skandiumun yeganə Təbii izotopları olan minerallardan 45Sc çıxarırıq. Hər 45Sc nüvədə 21 proton və 24 neytron var. Süni radioaktiv izotop olan 46Sc γ şüalanma mənbələri kimi istifadə edilə bilər və ya izləyici atomlar bədxassəli şişlərin radioterapiyasında da istifadə edilə bilər. İtrium qallium skandium qranat lazeri kimi tətbiqlər də var.Skandium flüoridşüşə infraqırmızı Optik lif və televiziyada skandium örtülmüş katod şüa borusu. Görünür, skandium parlaqlıqla doğulur.
Ərinti sənayesi
Skandium elementar formada alüminium ərintilərinin dopinq edilməsi üçün geniş istifadə edilmişdir. Alüminiuma bir neçə mində bir skandium əlavə olunduqca, alüminium ərintisi içərisində Metamorfizm rolunu oynayacaq və ərintinin strukturunu və xassələrini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişəcək yeni Al3Sc fazası meydana gələcək. 0,2% ~ 0,4% Sc əlavə etmək (bu, evdə qızardılmış tərəvəzləri qarışdırmaq üçün duz əlavə etmək nisbətinə həqiqətən bənzəyir, yalnız bir az lazımdır) ərintinin yenidən kristallaşma temperaturunu 150-200 ℃ artıra və yüksək temperaturu əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. -temperatur gücü, struktur sabitliyi, qaynaq performansı və korroziyaya davamlılıq. O, həmçinin yüksək temperaturda uzunmüddətli iş zamanı asanlıqla baş verən kövrəklik fenomeninin qarşısını ala bilər. Yüksək möhkəmliyə və yüksək möhkəmliyə malik alüminium ərintisi, yeni yüksək güclü korroziyaya davamlı qaynaq edilə bilən alüminium ərintisi, yeni yüksək temperaturlu alüminium ərintisi, yüksək güclü neytron şüalanmasına davamlı alüminium ərintisi və s., aerokosmik, aviasiya, gəmilər, nüvə reaktorları, yüngül avtomobillər və yüksək sürətli qatarlar.
Skandium həm də dəmir üçün əla dəyişdiricidir və az miqdarda skandium çuqun gücünü və sərtliyini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. Bundan əlavə, skandium yüksək temperaturlu volfram və xrom ərintiləri üçün əlavə olaraq da istifadə edilə bilər. Əlbəttə ki, başqaları üçün gəlinlik paltarları tikməklə yanaşı, skandium yüksək ərimə nöqtəsinə malikdir və sıxlığı alüminiuma bənzəyir və həmçinin skandium titan ərintisi və skandium maqnezium ərintisi kimi yüksək ərimə nöqtəli yüngül ərintilərdə istifadə olunur. Bununla belə, yüksək qiymətə görə, ümumiyyətlə yalnız kosmik gəmilər və raketlər kimi yüksək səviyyəli istehsal sənayelərində istifadə olunur.
Keramika materialı
Tək bir maddə olan Skandium ümumiyyətlə ərintilərdə istifadə olunur və onun oksidləri də oxşar şəkildə keramika materiallarında mühüm rol oynayır. Bərk oksid yanacaq hüceyrələri üçün elektrod materialı kimi istifadə edilə bilən tetraqonal sirkoniya keramika materialı, ətraf mühitdə artan temperatur və oksigen konsentrasiyası ilə bu elektrolitin keçiriciliyinin artdığı unikal xüsusiyyətə malikdir. Bununla belə, bu keramika materialının kristal quruluşunun özü sabit mövcud ola bilməz və sənaye dəyəri yoxdur; Orijinal xüsusiyyətlərini qorumaq üçün bu quruluşu düzəldə bilən bəzi maddələrin dopinq edilməsi lazımdır. 6 ~ 10% Skandium oksidinin əlavə edilməsi beton konstruksiyaya bənzəyir, beləliklə sirkoniya kvadrat qəfəsdə sabitləşə bilər.
Sıxlaşdırıcı və stabilizator kimi yüksək möhkəmliyə və yüksək temperatura davamlı silisium nitridi kimi mühəndislik keramika materialları da var.
Sıxlaşdırıcı kimi,Skandium oksidiincə hissəciklərin kənarında odadavamlı faza Sc2Si2O7 yarada bilər, beləliklə mühəndislik keramikasının yüksək temperatur deformasiyasını azaldır. Digər oksidlərlə müqayisədə, silikon nitridin yüksək temperaturda mexaniki xüsusiyyətlərini daha yaxşı yaxşılaşdıra bilər.
Katalitik kimya
Kimya mühəndisliyində skandium tez-tez katalizator kimi istifadə olunur, Sc2O3 isə etanol və ya izopropanolun susuzlaşdırılması və deoksidləşməsi, sirkə turşusunun parçalanması və CO və H2-dən etilen istehsalı üçün istifadə edilə bilər. Tərkibində Sc2O3 olan Pt Al katalizatoru həm də neft-kimya sənayesində ağır neftin hidrogenləşməsinin təmizlənməsi və emalı prosesləri üçün mühüm katalizatordur. Cumene kimi katalitik krekinq reaksiyalarında Sc-Y seolit katalizatorunun aktivliyi Alüminium silikat katalizatorundan 1000 dəfə yüksəkdir; Bəzi ənənəvi katalizatorlarla müqayisədə skandium katalizatorlarının inkişaf perspektivləri çox parlaq olacaqdır.
Nüvə enerjisi sənayesi
Yüksək temperaturlu reaktor nüvə yanacağında UO2-ə az miqdarda Sc2O3 əlavə etmək, şəbəkənin çevrilməsinin, həcmin artmasının və UO2-nin U3O8-ə çevrilməsi nəticəsində yaranan krekinqlərin qarşısını ala bilər.
Yanacaq hüceyrəsi
Eynilə, nikel qələvi batareyalarına 2,5% - 25% skandium əlavə etmək onların xidmət müddətini artıracaq.
Kənd təsərrüfatı heyvandarlığı
Kənd təsərrüfatında qarğıdalı, çuğundur, noxud, buğda və günəbaxan kimi toxumlar Skandium sulfatla müalicə edilə bilər (konsentrasiya ümumiyyətlə 10-3 ~ 10-8mol / L, müxtəlif bitkilər fərqli olacaq) və cücərməni təşviq edən faktiki təsir nail olunub. 8 saatdan sonra köklərin və tumurcuqların quru çəkisi şitillərlə müqayisədə müvafiq olaraq 37% və 78% artıb, lakin mexanizm hələ də öyrənilir.
Nielsenin diqqətindən Atom kütləsi məlumatlarının borcuna qədər, skandium yalnız yüz və ya iyirmi il ərzində insanların görmə qabiliyyətinə daxil oldu, lakin yüz ildir ki, skamyada oturdu. Yalnız keçən əsrin sonlarında material elminin güclü inkişafı ona canlılıq gətirdi. Bu gün nadir torpaq elementləri, o cümlədən skandium material elmində qaynar ulduzlara çevrilib, minlərlə sistemdə daim dəyişən rol oynayır, həyatımıza hər gün daha çox rahatlıq gətirir və ölçülməsi daha da çətin olan iqtisadi dəyər yaradır.
Göndərmə vaxtı: 29 iyun 2023-cü il