Scandium, dengan simbol unsur Sc dan nombor atom 21, mudah larut dalam air, boleh berinteraksi dengan air panas, dan mudah menjadi gelap di udara. Valensi utamanya ialah +3. Ia sering dicampur dengan gadolinium, erbium, dan unsur-unsur lain, dengan hasil yang rendah dan kandungan kira-kira 0.0005% dalam kerak. Skandium sering digunakan untuk membuat kaca khas dan aloi suhu tinggi yang ringan.
Pada masa ini, rizab skandium yang terbukti di dunia hanyalah 2 juta tan, 90~95% daripadanya terkandung dalam bijih Bauksit, fosforit dan titanium besi, dan sebahagian kecil dalam bijih uranium, torium, tungsten dan nadir bumi, terutamanya. diedarkan di Rusia, China, Tajikistan, Madagascar, Norway dan negara-negara lain. China sangat kaya dengan sumber skandium, dengan rizab mineral yang besar berkaitan dengan skandium. Menurut statistik yang tidak lengkap, rizab skandium di China adalah kira-kira 600000 tan, yang terkandung dalam Bauksit dan deposit fosforit, deposit tungsten urat porfiri dan kuarza di China Selatan, deposit nadir bumi di China Selatan, deposit bijih besi nadir bumi Bayan Obo di Mongolia Dalam, dan deposit magnetit titanium Panzhihua vanadium di Sichuan.
Oleh kerana kekurangan skandium, harga skandium juga sangat tinggi, dan pada kemuncaknya, harga skandium dinaikkan kepada 10 kali ganda harga emas. Walaupun harga skandium telah jatuh, ia masih empat kali ganda harga emas!
Menemui Sejarah
Pada tahun 1869, Mendeleev melihat jurang dalam jisim atom antara kalsium (40) dan titanium (48), dan meramalkan bahawa terdapat juga unsur jisim atom perantaraan yang belum ditemui di sini. Dia meramalkan bahawa oksidanya ialah X ₂ O Å. Scandium ditemui pada tahun 1879 oleh Lars Frederik Nilson dari Universiti Uppsala di Sweden. Dia mengekstraknya dari lombong emas nadir hitam, bijih kompleks yang mengandungi 8 jenis oksida logam. Dia telah mengekstrakErbium(III) oksidadaripada bijih emas nadir hitam, dan diperolehiYtterbium(III) oksidadaripada oksida ini, dan terdapat satu lagi oksida unsur yang lebih ringan, yang spektrumnya menunjukkan bahawa ia adalah logam yang tidak diketahui. Ini adalah logam yang diramalkan oleh Mendeleev, yang oksidanyaSc₂O₃. Logam skandium itu sendiri dihasilkan daripadaSkandium kloridadengan pencairan elektrolitik pada tahun 1937.
Mendeleev
Konfigurasi elektron
Konfigurasi elektron: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandium ialah logam peralihan lembut berwarna putih perak dengan takat lebur 1541 ℃ dan takat didih 2831 ℃.
Untuk tempoh masa yang agak lama selepas penemuannya, penggunaan skandium tidak ditunjukkan kerana kesukaran dalam pengeluaran. Dengan peningkatan kaedah pemisahan unsur nadir bumi yang semakin meningkat, kini terdapat aliran proses yang matang untuk menulenkan sebatian skandium. Oleh kerana skandium kurang beralkali daripada yttrium dan Lanthanide, hidroksida adalah yang paling lemah, jadi mineral campuran unsur nadir bumi yang mengandungi skandium akan diasingkan daripada unsur nadir bumi dengan kaedah “step precipitation” apabila Scandium(III) hidroksida dirawat dengan ammonia selepas dipindahkan ke dalam larutan. Kaedah lain ialah mengasingkan Skandium nitrat dengan penguraian Kutub nitrat. Oleh kerana skandium nitrat adalah yang paling mudah terurai, skandium boleh dipisahkan. Di samping itu, pemulihan menyeluruh skandium yang disertakan daripada uranium, torium, tungsten, timah dan deposit mineral lain juga merupakan sumber penting skandium.
Selepas mendapat sebatian skandium tulen, ia ditukar kepada ScCl Å dan dicairkan bersama dengan KCl dan LiCl. Zink cair digunakan sebagai katod untuk elektrolisis, menyebabkan skandium memendakan pada elektrod zink. Kemudian, zink disejat untuk mendapatkan skandium logam. Ini adalah logam putih perak ringan dengan sifat kimia yang sangat aktif, yang boleh bertindak balas dengan air panas untuk menghasilkan gas hidrogen. Jadi skandium logam yang anda lihat dalam gambar dimeteraikan dalam botol dan dilindungi dengan gas argon, jika tidak skandium akan cepat membentuk lapisan oksida kuning gelap atau kelabu, kehilangan kilauan logamnya yang berkilat.
Aplikasi
Industri pencahayaan
Penggunaan skandium tertumpu pada arah yang sangat terang, dan tidak keterlaluan untuk memanggilnya Anak Cahaya. Senjata ajaib pertama skandium dipanggil lampu natrium scandium, yang boleh digunakan untuk membawa cahaya kepada beribu-ribu isi rumah. Ini adalah lampu elektrik halida logam: mentol diisi dengan Sodium iodide dan Scandium triiodide, dan scandium dan sodium foil ditambah pada masa yang sama. Semasa nyahcas voltan tinggi, ion skandium dan ion natrium masing-masing memancarkan cahaya panjang gelombang pancaran cirinya. Garis spektrum natrium ialah 589.0 dan 589.6 nm, dua lampu kuning yang terkenal, manakala garis spektrum skandium ialah 361.3~424.7 nm, satu siri pelepasan cahaya ultraungu dan biru berhampiran. Kerana ia saling melengkapi, warna cahaya keseluruhan yang dihasilkan adalah cahaya putih. Ia adalah tepat kerana lampu natrium skandium mempunyai ciri-ciri kecekapan bercahaya tinggi, warna cahaya yang baik, penjimatan kuasa, hayat perkhidmatan yang panjang, dan keupayaan memecahkan kabus yang kuat yang boleh digunakan secara meluas untuk kamera televisyen, dataran, tempat sukan, dan lampu jalan, dan dikenali sebagai sumber cahaya generasi ketiga. Di China, lampu jenis ini secara beransur-ansur dipromosikan sebagai teknologi baru, manakala di beberapa negara maju, lampu jenis ini digunakan secara meluas seawal awal 1980-an.
Senjata ajaib kedua skandium ialah sel fotovoltaik solar, yang boleh mengumpul cahaya yang bertaburan di atas tanah dan mengubahnya menjadi elektrik untuk memacu masyarakat manusia. Scandium ialah logam penghalang terbaik dalam penebat logam semikonduktor silikon sel suria dan sel suria.
Senjata sihir ketiganya dipanggil γ Sumber sinar, senjata ajaib ini boleh bersinar terang dengan sendirinya, tetapi cahaya jenis ini tidak dapat diterima oleh mata kasar, ia adalah aliran foton bertenaga tinggi. Kami biasanya mengekstrak 45Sc daripada mineral, yang merupakan satu-satunya isotop Asli skandium. Setiap nukleus 45Sc mengandungi 21 proton dan 24 neutron. 46Sc, isotop radioaktif tiruan, boleh digunakan sebagai γ Sumber sinaran atau atom pengesan juga boleh digunakan untuk radioterapi tumor malignan. Terdapat juga aplikasi seperti yttrium gallium scandium garnet laser,Skandium fluoridainframerah kaca Gentian optik, dan tiub sinar katod bersalut skandium di televisyen. Nampaknya skandium dilahirkan dengan kecerahan.
Industri aloi
Skandium dalam bentuk unsurnya telah digunakan secara meluas untuk doping aloi aluminium. Selagi beberapa perseribu skandium ditambah kepada aluminium, fasa Al3Sc baharu akan terbentuk, yang akan memainkan peranan Metamorfisme dalam aloi aluminium dan menjadikan struktur dan sifat aloi berubah dengan ketara. Menambah 0.2%~0.4% Sc (yang benar-benar serupa dengan perkadaran menambah garam untuk mengacau sayur-sayuran goreng di rumah, hanya sedikit diperlukan) boleh meningkatkan suhu penghabluran semula aloi sebanyak 150-200 ℃, dan meningkatkan tahap tinggi dengan ketara. -kekuatan suhu, kestabilan struktur, prestasi kimpalan, dan rintangan kakisan. Ia juga dapat mengelak fenomena embrittlement yang mudah berlaku semasa kerja jangka panjang pada suhu tinggi. Aloi aluminium kekuatan tinggi dan keliatan tinggi, aloi aluminium boleh kimpal tahan kakisan kekuatan tinggi baharu, aloi aluminium suhu tinggi baharu, aloi aluminium tahan sinaran neutron berkekuatan tinggi, dsb., mempunyai prospek pembangunan yang sangat menarik dalam aeroangkasa, penerbangan, kapal, reaktor nuklear, kenderaan ringan dan kereta api berkelajuan tinggi.
Skandium juga merupakan pengubah suai yang sangat baik untuk besi, dan sejumlah kecil skandium boleh meningkatkan kekuatan dan kekerasan besi tuang dengan ketara. Selain itu, skandium juga boleh digunakan sebagai bahan tambahan untuk aloi tungsten dan kromium suhu tinggi. Sudah tentu, selain membuat pakaian perkahwinan untuk orang lain, skandium mempunyai takat lebur yang tinggi dan ketumpatannya serupa dengan aluminium, dan juga digunakan dalam aloi ringan takat lebur tinggi seperti aloi skandium titanium dan aloi magnesium skandium. Walau bagaimanapun, disebabkan harganya yang tinggi, ia biasanya hanya digunakan dalam industri pembuatan mewah seperti kapal angkasa dan roket.
Bahan seramik
Skandium, bahan tunggal, biasanya digunakan dalam aloi, dan oksidanya memainkan peranan penting dalam bahan seramik dengan cara yang sama. Bahan seramik zirkonia tetragonal, yang boleh digunakan sebagai bahan elektrod untuk sel bahan api oksida pepejal, mempunyai sifat unik di mana kekonduksian elektrolit ini meningkat dengan peningkatan suhu dan kepekatan oksigen dalam persekitaran. Walau bagaimanapun, struktur kristal bahan seramik ini sendiri tidak boleh wujud secara stabil dan tidak mempunyai nilai industri; Ia perlu melakukan doping beberapa bahan yang boleh membetulkan struktur ini untuk mengekalkan sifat asalnya. Menambah 6~10% Skandium oksida adalah seperti struktur konkrit, supaya zirkonia boleh distabilkan pada kekisi persegi.
Terdapat juga bahan seramik kejuruteraan seperti silikon nitrida tahan kekuatan tinggi dan suhu tinggi sebagai penumpat dan penstabil.
Sebagai pemampat,Skandium oksidaboleh membentuk fasa refraktori Sc2Si2O7 di pinggir zarah halus, dengan itu mengurangkan ubah bentuk suhu tinggi seramik kejuruteraan. Berbanding dengan oksida lain, ia boleh meningkatkan sifat mekanikal suhu tinggi silikon nitrida dengan lebih baik.
Kimia pemangkin
Dalam kejuruteraan kimia, skandium sering digunakan sebagai pemangkin, manakala Sc2O3 boleh digunakan untuk dehidrasi dan penyahoksidaan etanol atau isopropanol, penguraian asid asetik, dan pengeluaran etilena daripada CO dan H2. Pemangkin Pt Al yang mengandungi Sc2O3 juga merupakan pemangkin penting untuk proses penulenan dan penapisan penghidrogenan minyak berat dalam industri petrokimia. Dalam tindak balas retak pemangkin seperti Cumene, aktiviti mangkin zeolit Sc-Y adalah 1000 kali lebih tinggi daripada mangkin Aluminium silikat; Berbanding dengan beberapa pemangkin tradisional, prospek pembangunan pemangkin skandium akan menjadi sangat cerah.
Industri tenaga nuklear
Menambah sejumlah kecil Sc2O3 kepada UO2 dalam bahan api nuklear reaktor suhu tinggi boleh mengelakkan transformasi kekisi, peningkatan isipadu dan keretakan yang disebabkan oleh penukaran UO2 kepada U3O8.
Sel bahan api
Begitu juga, menambah 2.5% hingga 25% skandium kepada bateri alkali nikel akan meningkatkan hayat perkhidmatannya.
Pembiakan pertanian
Dalam bidang pertanian, benih seperti jagung, bit, kacang, gandum dan bunga matahari boleh dirawat dengan Scandium sulfate (kepekatan biasanya 10-3~10-8mol/L, tumbuhan berbeza akan berbeza), dan kesan sebenar menggalakkan percambahan. telah dicapai. Selepas 8 jam, berat kering akar dan tunas meningkat masing-masing sebanyak 37% dan 78% berbanding dengan anak benih, tetapi mekanismenya masih dalam kajian.
Dari perhatian Nielsen kepada hutang data jisim Atom hingga hari ini, skandium telah memasuki penglihatan orang selama seratus atau dua puluh tahun sahaja, tetapi ia hampir duduk di bangku simpanan selama seratus tahun. Sehinggalah perkembangan pesat sains material pada akhir abad yang lalu barulah ia membawa daya hidup kepadanya. Hari ini, unsur nadir bumi, termasuk skandium, telah menjadi bintang hangat dalam sains bahan, memainkan peranan yang sentiasa berubah dalam beribu-ribu sistem, membawa lebih banyak kemudahan kepada kehidupan kita setiap hari, dan mencipta nilai ekonomi yang lebih sukar untuk diukur.
Masa siaran: Jun-29-2023