סקריום אלמנטים אדמה נדירים קסומים

Sקנדיום, עם סמל אלמנט SC ומספר אטומי של 21, הוא מסיס בקלות במים, יכול לקיים אינטראקציה עם מים חמים, ומתכהה בקלות באוויר. הערכיות העיקרית שלו היא+3. לעתים קרובות הוא מעורבב עם גאדוליניום, ארביום ואלמנטים אחרים, עם תשואה נמוכה ותוכן של כ- 0.0005% בקרום. סקנדיום משמש לרוב לייצור סגסוגות מיוחדות של זכוכית וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה.

נכון לעכשיו, עתודות הסקנדיום המוכחות בעולם הן רק 2 מיליון טון, 90 ~ 95% מהן כלולות בבוקסיט, פוספוריט וטיטניום ברזל, וחלק קטן באורניום, תוריום, טונגסטן ואדמה נדירה, המופצים בעיקר ברוסיה, סין, טאג'יקיסטן, מדגסאר, נורווגס, ומדינות אחרות. סין עשירה מאוד במשאבי סקנדיום, עם עתודות מינרלים ענקיות הקשורות לסקנדיום. על פי נתונים סטטיסטיים לא שלמים, עתודות הסקנדיום בסין הן כ- 600000 טון, הכלולות במפקדות בוקסיט ופוספוריט, פורפירי ורידי טונגסטן בדרום סין, מרבצי כדור הארץ נדירים בדרום סין, פיקדון של אובו בברזל באדמה במונגוליה הפנימית, ופאנזיהאווה במגנציה.

בשל מחסור הסקנדיום, מחיר הסקנדיום הוא גם גבוה מאוד, ובשיאו, מחיר הסקנדיום נופל פי 10 ממחיר הזהב. למרות שמחיר הסקנדיום ירד, הוא עדיין פי ארבעה ממחיר הזהב!

לגלות היסטוריה

בשנת 1869 הבחין מנדלייב בפער במסה האטומית בין סידן (40) לטיטניום (48), וחזה כי היה כאן גם אלמנט מסה אטומי ביניים לא נחשף. הוא חזה כי תחמוצתו היא x ₂ o Å. סקנדיום התגלה בשנת 1879 על ידי לארס פרדריק נילסון מאוניברסיטת אופסלה בשבדיה. הוא חילץ אותו ממכרה הזהב הנדיר השחור, עפרות מורכבות המכילות 8 סוגים של תחמוצות מתכת. הוא חילץתחמוצת ארביום (iii)מעפרות זהב שחורות נדירות, והושגתחמוצת ytterbium (iii)מתחמוצת זו, ויש תחמוצת נוספת של אלמנט קל יותר, שהספקטרום שלו מראה כי מדובר במתכת לא ידועה. זו המתכת שחזה מנדלייב, שתחמוצתו היאSc₂o₃ו מתכת הסקנדיום עצמה הופקה מסקנדיום כלורידעל ידי התכה אלקטרוליטית בשנת 1937.

מנדלייב

תצורת אלקטרונים

תצורת אלקטרונים: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1

מתכת סקנדיום

סקנדיום הוא מתכת מעבר לבן רך וכסף עם נקודת התכה של 1541 ℃ ונקודה רותחת של 2831 ℃.

במשך תקופה לא מבוטלת לאחר גילויו, לא הוכח השימוש בסקנדיום בגלל קושי הייצור שלו. עם השיפור ההולך וגובר בשיטות ההפרדה הנדירות של יסודות כדור הארץ, יש כיום זרימת תהליכים בוגרת לטיהור תרכובות סקאנדיום. מכיוון שהסקנדיום פחות אלקליין מאשר yttrium ו- lanthanide, ההידרוקסיד הוא החלש ביותר, ולכן אלמנט האדמה הנדיר מעורב המינרל המכיל סקנדיום יופרד מאלמנט האדמה הנדיר בשיטת "משקעים צעד" כאשר סקנדיום (III) הידרוקסיד יתייחס אליו עם אמוניה לאחר שהועבר לתמיסה. השיטה האחרת היא להפריד בין סקנדיום חנקה על ידי פירוק קוטב של חנקה. מכיוון שסקנדיום חנקתי הוא הקל ביותר להתפרק, ניתן להפריד בין סקנדיום. בנוסף, ההתאוששות המקיפה של סקאנדיום נלווה מאורניום, תוריום, טונגסטן, פח ומפקדות מינרליות אחרות היא גם מקור חשוב לסקנדיום.

לאחר השגת תרכובת סקנדיום טהורה, הוא מומר ל- SCCL Å ו- CO נמס עם KCL ו- LICL. האבץ המותך משמש כקתודה לאלקטרוליזה, וגורם לסקנדיום לזרז על אלקטרודת האבץ. לאחר מכן, האבץ מתאדה כדי להשיג סקאנדיום מתכתי. זוהי מתכת לבנה כסף קל משקל עם תכונות כימיות פעילות מאוד, שיכולות להגיב עם מים חמים לייצור גז מימן. אז סקאנדיום המתכת שאתה רואה בתמונה אטום בבקבוק ומוגן בגז ארגון, אחרת סקנדיום ייצור במהירות שכבת תחמוצת צהובה או אפורה כהה, ותאבד את הברק המתכתי המבריק שלו.

יישומים

ענף תאורה

השימושים בסקנדיום מרוכזים בכיוונים בהירים מאוד, וזה לא הגזמה לקרוא לזה בן האור. נשק הסקנדיום הראשון של הסקנדיום נקרא מנורת נתרן סקנדיום, שניתן להשתמש בה כדי להביא אור לאלפי משקי בית. זהו אור חשמלי של הליד מתכת: הנורה מלאה בנתרן יוד וטריודיד סקנדיום, וניתנים סקנדיום ונייר נתרן בו זמנית. במהלך פריקת מתח גבוה, יוני סקנדיום ויוני נתרן בהתאמה פולטים אור של אורכי הגל הפליטה האופייניים שלהם. הקווים הספקטרליים של נתרן הם 589.0 ו- 589.6 ננומטר, שני אורות צהובים מפורסמים, ואילו הקווים הספקטרליים של הסקנדיום הם 361.3 ~ 424.7 ננומטר, סדרה של פליטות אור אולטרה סגול וכחולות כמעט. מכיוון שהם משלימים זה את זה, הצבע האור הכולל המיוצר הוא אור לבן. זה בדיוק מכיוון שמנורות נתרן סקנדיום יש מאפיינים של יעילות זוהרת גבוהה, צבע אור טוב, חיסכון בחשמל, חיי שירות ארוכים ויכולת שבירת ערפל חזקה שניתן להשתמש בהן באופן נרחב למצלמות טלוויזיה, ריבועים, מקומות ספורט ותאורת דרכים, והם ידועים כמקורות האור של הדור השלישי. בסין מקודמת בהדרגה סוג זה של מנורה כטכנולוגיה חדשה, בעוד שבמדינות מפותחות, סוג זה של מנורה שימש בשימוש נרחב כבר בראשית שנות השמונים.

נשק הקסם השני של הסקנדיום הוא תאים פוטו -וולטאיים סולאריים, שיכולים לאסוף את האור המפוזר על האדמה ולהפוך אותו לחשמל כדי להניע את החברה האנושית. סקנדיום הוא מתכת המחסום הטובה ביותר בתאים סולאריים של מוליכים למחצה מוליכים למחצה ותאים סולאריים.

נשק הקסם השלישי שלו נקרא γ מקור קרני, נשק קסם זה יכול לזרוח בהיר מעצמו, אך סוג זה של אור לא יכול להתקבל בעין בלתי מזוינת, זהו זרימת פוטון בעלת אנרגיה גבוהה. בדרך כלל אנו מוציאים 45SC ממינרלים, שהם האיזוטופים הטבעיים היחידים של סקנדיום. כל גרעין 45SC מכיל 21 פרוטונים ו -24 נויטרונים. 46SC, איזוטופ רדיואקטיבי מלאכותי, יכול לשמש כמקורות קרינת γ או אטומי עקבות יכולים לשמש גם לרדיותרפיה של גידולים ממאירים. ישנם גם יישומים כמו לייזר yttrium gallium scandium garnet,סקנדיום פלואורידסיבים אופטיים של אינפרא אדום זכוכית, וצינור קרן קתודה מצופה סקנדיום בטלוויזיה. נראה שסקנדיום נולד עם בהירות.

תעשיית סגסוגת

הסקנדיום בצורתו היסודית היה בשימוש נרחב לסגסוגות אלומיניום סמים. כל עוד מתווספים כמה אלפי סקנדיום לאלומיניום, ייווצר שלב AL3SC חדש, אשר ישחק תפקיד מטמורפיזם בסגסוגת אלומיניום ויהפוך את המבנה והתכונות של הסגסוגת לשינוי משמעותית. הוספת 0.2% ~ 0.4% SC (וזה ממש דומה לשיעור הוספת מלח לירוק מטוגן בבית, רק מעט צורך) יכול להגדיל את טמפרטורת ההתגבשות של הסגסוגת ב 150-200 ℃, ולשפר משמעותית את חוזק הטמפרטורה הגבוהה, היציבות המבנית, ביצועי הריתוך ועמידות בפני קורוזיה. זה יכול גם להימנע מתופעת ההתחברות שקל להתרחש במהלך עבודה לטווח הארוך בטמפרטורות גבוהות. סגסוגת אלומיניום בעלת חוזק גבוה וקשיחות גבוהה, סגסוגת אלומיניום עמידה בפני קורוזיה בעלת קורוזיה גבוהה, סגסוגת אלומיניום בעלת טמפרטורה גבוהה, סגסוגת אלומיניום בעלת חוזק גבוה, סגסוגת אלומיניום וכו ', יש סיכויי התפתחות אטרקטיביים מאוד באווירה, אוניות, מגיבים גרעינים, רכבי רכב רטניים.

סקנדיום הוא גם שינוי מצוין לברזל, וכמות קטנה של סקנדיום יכולה לשפר משמעותית את חוזק וקשיותו של ברזל יצוק. בנוסף, סקנדיום יכול לשמש גם כתוסף לסגסוגות טונגסטן וכרום בטמפרטורה גבוהה. כמובן שבנוסף לייצור בגדי חתונה לאחרים, לסקנדיום נקודת התכה גבוהה וצפיפותו דומה לאלומיניום, ומשמש גם בסגסוגות גבוהות של נקודת התכה כמו סגסוגת סקנדיום טיטניום וסגסוגת מגנזיום סקנדיום. עם זאת, בשל מחירו הגבוה, הוא משמש בדרך כלל רק בתעשיות ייצור מתקדמות כמו הסעות חלל ורקטות.

חומר קרמי

סקנדיום, חומר יחיד, משמש בדרך כלל בסגסוגות, ותחמוצותיו ממלאות תפקיד חשוב בחומרים קרמיים באופן דומה. לחומר הקרמיקה הזירקוניה הטטרגונלית, שיכול לשמש כחומר אלקטרודה לתאי דלק תחמוצת מוצקה, יש מאפיין ייחודי בו המוליכות של אלקטרוליט זה עולה עם עליית הטמפרטורה וריכוז החמצן בסביבה. עם זאת, מבנה הגביש של חומר קרמי זה עצמו אינו יכול להתקיים ביציבות ואין לו ערך תעשייתי; יש צורך לסמים כמה חומרים שיכולים לתקן מבנה זה על מנת לשמור על המאפיינים המקוריים שלו. הוספת 6 ~ 10% תחמוצת סקנדיום היא כמו מבנה בטון, כך שניתן לייצב זירקוניה על סריג מרובע.

ישנם גם חומרים קרמיים הנדסיים כמו סיליקון ניטריד עמיד בטמפרטורה גבוהה ועמידה בטמפרטורה גבוהה כצפיפות ומייצבים.

כצפיפות,תחמוצת סקנדיוםיכול ליצור שלב עקשן SC2SI2O7 בקצה חלקיקים עדינים, ובכך להפחית את העיוות בטמפרטורה הגבוהה של קרמיקה הנדסית. בהשוואה לתחמוצות אחרות, זה יכול לשפר טוב יותר את התכונות המכניות בטמפרטורה גבוהה של סיליקון ניטריד.

כימיה קטליטית

בהנדסה כימית, הסקנדיום משמש לרוב כזרז, ואילו SC2O3 יכול לשמש להתייבשות ודאוקסידציה של אתנול או איזופרופנול, פירוק חומצה אצטית וייצור אתילן מ- CO ו- H2. זרז ה- PT AL המכיל SC2O3 הוא גם זרז חשוב לטיהור ושכלול שמן כבד של שמן כבד בתהליכי התעשייה הפטרוכימית. בתגובות פיצוח קטליטיות כמו קומן, הפעילות של זרז זאוליט SC-Y גבוהה פי 1000 מזו של זרז סיליקט אלומיניום; בהשוואה לכמה זרזים מסורתיים, סיכויי הפיתוח של זרזי הסקנדיום יהיו בהירים מאוד.

תעשיית האנרגיה הגרעינית

הוספת כמות קטנה של SC2O3 ל- UO2 בכור בטמפרטורה גבוהה דלק גרעיני יכול להימנע מהטרנספורמציה של סריג, עליית נפח וסדקים הנגרמים על ידי המרת UO2 ל- U3O8.

תא דלק

באופן דומה, הוספת 2.5% עד 25% סקנדיום לסוללות אלקלי ניקל תגדיל את חיי השירות שלהם.

גידול חקלאי

בחקלאות ניתן לטפל בזרעים כמו תירס, סלק, אפונה, חיטה וחמניות בסקנדיום סולפט (הריכוז הוא בדרך כלל 10-3 ~ 10-8 מול/ל ', צמחים שונים יהיו שונים), וההשפעה האמיתית של קידום נביטה הושגה. לאחר 8 שעות, המשקל היבש של השורשים והניצנים עלה ב -37% ו -78% בהתאמה בהשוואה לשתילים, אך המנגנון עדיין נחקר.

החל מתשומת לבו של נילסן לחוב של נתוני המונים האטומיים להיום, סקנדיום נכנס לחזון של אנשים במשך מאה או עשרים שנה בלבד, אך הוא כמעט ישב על הספסל במשך מאה שנה. רק לאחר ההתפתחות הנמרצת של מדע החומרי בסוף המאה שעברה היא הביאה לו חיוניות. כיום, אלמנטים נדירים של כדור הארץ, כולל סקנדיום, הפכו לכוכבים חמים במדע חומרים, משחקים תפקידים משתנים מתמיד באלפי מערכות, מביאים יותר נוחות לחיינו מדי יום ויוצרים ערך כלכלי שקשה עוד יותר למדידה.