Scandium, me simbolin e elementit Sc dhe numër atomik 21, është lehtësisht i tretshëm në ujë, mund të ndërveprojë me ujin e nxehtë dhe errësohet lehtësisht në ajër. Valenca e saj kryesore është +3. Shpesh përzihet me gadolinium, erbium dhe elementë të tjerë, me rendiment të ulët dhe një përmbajtje afërsisht 0,0005% në kore. Skandiumi përdoret shpesh për të bërë qelq të veçantë dhe lidhje të lehta me temperaturë të lartë.
Aktualisht, rezervat e vërtetuara të skandiumit në botë janë vetëm 2 milion ton, 90-95% e të cilave përmbahen në mineralet e boksitit, fosforit dhe hekurit të titanit, dhe një pjesë e vogël në mineralet e uraniumit, toriumit, tungstenit dhe tokës së rrallë, kryesisht. shpërndarë në Rusi, Kinë, Taxhikistan, Madagaskar, Norvegji dhe vende të tjera. Kina është shumë e pasur me burime skadiumi, me rezerva të mëdha minerale të lidhura me skandiumin. Sipas statistikave jo të plota, rezervat e skandiumit në Kinë janë rreth 600000 ton, të cilat gjenden në depozitat e boksitit dhe fosforitit, depozitat e tungstenit të porfirit dhe kuarcit në Kinën e Jugut, depozitat e tokës së rrallë në Kinën e Jugut, depozitat e mineralit të hekurit të tokës së rrallë Bayan Obo. Mongolia e brendshme dhe depozitimi i magnetitit të titanit Panzhihua vanadium në Sichuan.
Për shkak të mungesës së skadiumit, çmimi i skadiumit është gjithashtu shumë i lartë dhe në kulmin e tij, çmimi i skadiumit u fry në 10 herë më shumë se çmimi i arit. Edhe pse çmimi i skandiumit ka rënë, ai përsëri është katërfishi i çmimit të arit!
Zbulimi i Historisë
Në 1869, Mendeleev vuri re një hendek në masën atomike midis kalciumit (40) dhe titanit (48), dhe parashikoi se këtu kishte gjithashtu një element të pazbuluar të masës atomike të ndërmjetme. Ai parashikoi se oksidi i tij është X ₂ O Å. Skandiumi u zbulua në 1879 nga Lars Frederik Nilson nga Universiteti Uppsala në Suedi. Ai e nxori atë nga miniera e arit të zi të rrallë, një mineral kompleks që përmban 8 lloje oksidesh metali. Ai ka nxjerrëOksidi i erbiumit (III).nga minerali i zi i rrallë i arit, dhe përftohetOksidi i yterbiumit (III).nga ky oksid, dhe ekziston një oksid tjetër i elementit më të lehtë, spektri i të cilit tregon se është një metal i panjohur. Ky është metali i parashikuar nga Mendeleev, oksidi i të cilit ështëSc2O3. Vetë metali skadium është prodhuar ngaKlorur skandiumime shkrirje elektrolitike në 1937.
Mendelejevi
Konfigurimi i elektroneve
Konfigurimi i elektroneve: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandiumi është një metal kalimtar i butë, i bardhë argjendi, me një pikë shkrirjeje 1541 ℃ dhe një pikë vlimi 2831 ℃.
Për një periudhë të konsiderueshme kohore pas zbulimit të tij, përdorimi i skandiumit nuk u demonstrua për shkak të vështirësisë së tij në prodhim. Me përmirësimin në rritje të metodave të ndarjes së elementeve të rralla të tokës, tani ekziston një rrjedhë e pjekur e procesit për pastrimin e komponimeve të skandiumit. Për shkak se skandiumi është më pak alkalik se ittriumi dhe lantanidi, hidroksidi është më i dobëti, kështu që minerali i përzier i elementit të tokës së rrallë që përmban skadium do të ndahet nga elementi i tokës së rrallë me metodën e "reshjeve me hapa" kur hidroksidi i skandiumit (III) trajtohet me amoniak pas duke u transferuar në tretësirë. Metoda tjetër është ndarja e nitratit të skandiumit me dekompozim polar të nitratit. Për shkak se nitrati i skandiumit është më i lehtë për t'u dekompozuar, skandiumi mund të ndahet. Përveç kësaj, rikuperimi gjithëpërfshirës i skadiumit shoqërues nga uraniumi, toriumi, tungsteni, kallaji dhe depozitat e tjera minerale është gjithashtu një burim i rëndësishëm i skandiumit.
Pas marrjes së një përbërjeje të pastër skandiumi, ai shndërrohet në ScCl Å dhe shkrihet bashkë me KCl dhe LiCl. Zinku i shkrirë përdoret si katodë për elektrolizë, duke bërë që skandiumi të precipitojë në elektrodën e zinkut. Më pas, zinku avullohet për të marrë skadiumin metalik. Ky është një metal i lehtë argjendi i bardhë me veti kimike shumë aktive, i cili mund të reagojë me ujin e nxehtë për të gjeneruar gaz hidrogjeni. Pra, skandiumi metalik që shihni në foto është i mbyllur në një shishe dhe i mbrojtur me gaz argon, përndryshe skandiumi do të formojë shpejt një shtresë oksidi të verdhë ose gri të errët, duke humbur shkëlqimin e tij metalik me shkëlqim.
Aplikacionet
Industria e ndriçimit
Përdorimet e skandiumit janë të përqendruara në drejtime shumë të ndritshme dhe nuk është ekzagjerim ta quajmë atë Biri i Dritës. Arma e parë magjike e skadiumit quhet llambë natriumi skandiumi, e cila mund të përdoret për të sjellë dritë në mijëra familje. Kjo është një halid metalik Drita elektrike: llamba mbushet me jodur natriumi dhe trijodid skandium, dhe skandiumi dhe petë natriumi shtohen në të njëjtën kohë. Gjatë shkarkimit të tensionit të lartë, jonet e skandiumit dhe jonet e natriumit përkatësisht lëshojnë dritë të gjatësive të tyre karakteristike të emetimit. Linjat spektrale të natriumit janë 589.0 dhe 589.6 nm, dy drita të verdha të famshme, ndërsa linjat spektrale të skandiumit janë 361.3 ~ 424.7 nm, një seri emetimesh afër ultravjollcë dhe dritë blu. Për shkak se ato plotësojnë njëra-tjetrën, ngjyra e përgjithshme e dritës e prodhuar është drita e bardhë. Pikërisht për shkak se llambat e natriumit skadium kanë karakteristikat e efikasitetit të lartë të ndriçimit, ngjyrës së mirë të dritës, kursimit të energjisë, jetëgjatësisë së gjatë të shërbimit dhe aftësisë së fortë të thyerjes së mjegullës, ato mund të përdoren gjerësisht për kamerat televizive, sheshe, ambiente sportive dhe ndriçim rrugor. dhe njihen si burimet e dritës së gjeneratës së tretë. Në Kinë, kjo lloj llamba gradualisht po promovohet si një teknologji e re, ndërsa në disa vende të zhvilluara, ky lloj llambash u përdor gjerësisht që në fillim të viteve 1980.
Arma e dytë magjike e skadiumit janë qelizat fotovoltaike diellore, të cilat mund të mbledhin dritën e shpërndarë në tokë dhe ta kthejnë atë në energji elektrike për të nxitur shoqërinë njerëzore. Skandiumi është metali më i mirë pengues në qelizat diellore të silikonit gjysmëpërçues të izolatorit metalik dhe qelizat diellore.
Arma e saj e tretë magjike quhet γ Një burim rrezesh, kjo armë magjike mund të shkëlqejë vetë, por kjo lloj drite nuk mund të merret me sy të lirë, është një rrjedhje fotonike me energji të lartë. Ne zakonisht nxjerrim 45Sc nga mineralet, i cili është i vetmi izotop natyror i skadiumit. Çdo bërthamë 45Sc përmban 21 protone dhe 24 neutrone. 46Sc, një izotop radioaktiv artificial, mund të përdoret si γ Burimet e rrezatimit ose atomet gjurmuese mund të përdoren gjithashtu për radioterapi të tumoreve malinje. Ekzistojnë gjithashtu aplikacione si lazeri i granetit të ittrium galium scandium,Fluori i skandiumitFibër optike infra të kuqe qelqi dhe tub me rreze katodë të veshur me skadium në televizor. Duket se skandiumi ka lindur me shkëlqim.
Industria e aliazheve
Skandiumi në formën e tij elementare është përdorur gjerësisht për doping të lidhjeve të aluminit. Për sa kohë që aluminit i shtohen disa të mijta skadiumi, do të formohet një fazë e re Al3Sc, e cila do të luajë një rol metamorfizmi në lidhjen e aluminit dhe do të bëjë që struktura dhe vetitë e lidhjes të ndryshojnë ndjeshëm. Shtimi i 0,2%~0,4% Sc (që është vërtet i ngjashëm me përqindjen e shtimit të kripës për të trazuar perimet e skuqura në shtëpi, nevojitet vetëm pak) mund të rrisë temperaturën e rikristalizimit të lidhjes me 150-200 ℃ dhe të përmirësojë ndjeshëm nivelin e lartë. -Forca e temperaturës, stabiliteti strukturor, performanca e saldimit dhe rezistenca ndaj korrozionit. Mund të shmangë gjithashtu fenomenin e brishtësisë që ndodh lehtë gjatë punës afatgjatë në temperatura të larta. Lidhja e aluminit me forcë dhe qëndrueshmëri të lartë, aliazh i ri i saldueshëm rezistent ndaj korrozionit me rezistencë të lartë, aliazh alumini me temperaturë të lartë, aliazh alumini rezistent ndaj rrezatimit me neutron me forcë të lartë, etj., kanë perspektiva shumë tërheqëse zhvillimi në hapësirën ajrore, aviacionin, anijet, reaktorët bërthamorë, automjetet e lehta dhe trenat me shpejtësi të lartë.
Skandiumi është gjithashtu një modifikues i shkëlqyer për hekurin, dhe një sasi e vogël skandiumi mund të përmirësojë ndjeshëm forcën dhe fortësinë e gize. Përveç kësaj, skandiumi mund të përdoret gjithashtu si një shtesë për lidhjet e tungstenit dhe kromit me temperaturë të lartë. Natyrisht, përveç prodhimit të rrobave të dasmës për të tjerët, skandiumi ka një pikë shkrirjeje të lartë dhe densiteti i tij është i ngjashëm me aluminin, dhe përdoret gjithashtu në lidhjet e lehta me pikë shkrirjeje të lartë si aliazhi i titanit të skandiumit dhe aliazhi i magnezit të skandiumit. Megjithatë, për shkak të çmimit të tij të lartë, ai përgjithësisht përdoret vetëm në industritë e prodhimit të nivelit të lartë si anijet kozmike dhe raketat.
Material qeramike
Skandiumi, një substancë e vetme, përdoret përgjithësisht në lidhje, dhe oksidet e tij luajnë një rol të rëndësishëm në materialet qeramike në një mënyrë të ngjashme. Materiali qeramik i zirkonit tetragonal, i cili mund të përdoret si material elektrodë për qelizat e karburantit me oksid të ngurtë, ka një veti unike ku përçueshmëria e këtij elektroliti rritet me rritjen e temperaturës dhe përqendrimit të oksigjenit në mjedis. Megjithatë, vetë struktura kristalore e këtij materiali qeramik nuk mund të ekzistojë në mënyrë të qëndrueshme dhe nuk ka asnjë vlerë industriale; Është e nevojshme të dopingohen disa substanca që mund të rregullojnë këtë strukturë për të ruajtur vetitë e saj origjinale. Shtimi i 6~10% oksid skandiumi është si një strukturë betoni, kështu që zirkonia mund të stabilizohet në një rrjetë katrore.
Ekzistojnë gjithashtu materiale qeramike inxhinierike si nitridi i silikonit me rezistencë të lartë dhe rezistent ndaj temperaturës së lartë si densifikimi dhe stabilizues.
Si një densifikimi,Oksid skandiumimund të formojë një fazë zjarrduruese Sc2Si2O7 në skajin e grimcave të imëta, duke reduktuar kështu deformimin në temperaturë të lartë të qeramikës inxhinierike. Krahasuar me oksidet e tjera, mund të përmirësojë më mirë vetitë mekanike në temperaturë të lartë të nitridit të silikonit.
Kimia katalitike
Në inxhinierinë kimike, skandiumi përdoret shpesh si katalizator, ndërsa Sc2O3 mund të përdoret për dehidratimin dhe deoksidimin e etanolit ose izopropanolit, dekompozimin e acidit acetik dhe prodhimin e etilenit nga CO dhe H2. Katalizatori Pt Al që përmban Sc2O3 është gjithashtu një katalizator i rëndësishëm për pastrimin dhe proceset e rafinimit të hidrogjenizimit të naftës së rëndë në industrinë petrokimike. Në reaksionet e plasaritjes katalitike si kumeni, aktiviteti i katalizatorit të zeolitit Sc-Y është 1000 herë më i lartë se ai i katalizatorit silikat alumini; Krahasuar me disa katalizatorë tradicionalë, perspektivat e zhvillimit të katalizatorëve të skandiumit do të jenë shumë të ndritshme.
Industria e energjisë bërthamore
Shtimi i një sasie të vogël Sc2O3 në UO2 në karburantin bërthamor të reaktorit me temperaturë të lartë mund të shmangë transformimin e rrjetës, rritjen e vëllimit dhe plasaritjen e shkaktuar nga konvertimi i UO2 në U3O8.
Qelizë e karburantit
Në mënyrë të ngjashme, duke shtuar 2,5% deri në 25% skadium në bateritë e nikelit alkali do të rrisë jetën e tyre të shërbimit.
Mbarështimi bujqësor
Në bujqësi, farat si misri, panxhari, bizelet, gruri dhe luledielli mund të trajtohen me sulfat skandium (përqendrimi është përgjithësisht 10-3~10-8mol/L, bimë të ndryshme do të kenë të ndryshme) dhe efekti aktual i nxitjes së mbirjes është arritur. Pas 8 orësh, pesha e thatë e rrënjëve dhe sythave u rrit përkatësisht me 37% dhe 78% krahasuar me fidanët, por mekanizmi është ende në studim.
Nga vëmendja e Nielsen-it ndaj borxhit të të dhënave të masës Atomike e deri më sot, skandiumi ka hyrë në vizionin e njerëzve vetëm për njëqind apo njëzet vjet, por pothuajse ka qëndruar në stol për njëqind vjet. Vetëm zhvillimi i vrullshëm i shkencës materiale në fund të shekullit të kaluar i solli vitalitet atij. Sot, elementët e rralla të tokës, duke përfshirë skandiumin, janë bërë yje të nxehtë në shkencën e materialeve, duke luajtur role gjithnjë në ndryshim në mijëra sisteme, duke sjellë më shumë komoditet në jetën tonë çdo ditë dhe duke krijuar vlerë ekonomike që është edhe më e vështirë për t'u matur.
Koha e postimit: Qershor-29-2023