Scandium, se symbolem prvku Sc a atomovým číslem 21, je snadno rozpustný ve vodě, může interagovat s horkou vodou a na vzduchu snadno tmavne. Jeho hlavní valence je +3. Často se mísí s gadoliniem, erbiem a dalšími prvky, s nízkým výtěžkem a obsahem přibližně 0,0005 % v kůře. Scandium se často používá k výrobě speciálního skla a lehkých vysokoteplotních slitin.
V současnosti jsou prokázané zásoby skandia ve světě pouze 2 miliony tun, z nichž 90–95 % je obsaženo v bauxitu, fosforitu a železných titanových rudách a malá část v rudách uranu, thoria, wolframu a vzácných zemin, především distribuován v Rusku, Číně, Tádžikistánu, Madagaskaru, Norsku a dalších zemích. Čína je velmi bohatá na zdroje skandia, s obrovskými zásobami nerostů souvisejících se skandiem. Podle neúplných statistik jsou zásoby skandia v Číně asi 600 000 tun, které jsou obsaženy v ložiskách bauxitu a fosforitu, porfyru a křemenných žilách wolframu v jižní Číně, vzácných zemin v jižní Číně, ložisku železné rudy vzácných zemin Bayan Obo v Vnitřní Mongolsko a ložisko vanadium titanium magnetitu Panzhihua v Sichuanu.
Kvůli nedostatku skandia je cena skandia také velmi vysoká a na svém vrcholu byla cena skandia nafouknuta na 10násobek ceny zlata. I když cena skandia klesla, stále je čtyřikrát vyšší než cena zlata!
Objevování historie
V roce 1869 si Mendělejev všiml mezery v atomové hmotnosti mezi vápníkem (40) a titanem (48) a předpověděl, že zde existuje také neobjevený prvek střední atomové hmotnosti. Předpověděl, že jeho oxid je X ₂ O Å. Scandium objevil v roce 1879 Lars Frederik Nilson z Uppsalské univerzity ve Švédsku. Získal ji z černého vzácného zlatého dolu, komplexní rudy, která obsahuje 8 druhů oxidů kovů. VytěžilOxid erbium(III).z černé vzácné zlaté rudy a získalOxid ytterbium(III).z tohoto oxidu a existuje další oxid lehčího prvku, jehož spektrum ukazuje, že jde o neznámý kov. Toto je kov, který předpověděl Mendělejev, jehož oxid jeSc203. Samotný skandium kov byl vyroben zchlorid skandiaelektrolytickým tavením v roce 1937.
Mendělejev
Konfigurace elektronů
Konfigurace elektronů: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Scandium je měkký, stříbrně bílý přechodový kov s bodem tání 1541 ℃ a bodem varu 2831 ℃.
Po značnou dobu po jeho objevení nebylo použití skandia prokázáno kvůli jeho obtížnosti při výrobě. S rostoucím zdokonalováním metod separace prvků vzácných zemin nyní existuje vyspělý proces čištění sloučenin skandia. Vzhledem k tomu, že skandium je méně alkalické než yttrium a lanthanid, hydroxid je nejslabší, takže směsný minerál prvků vzácných zemin obsahující skandium bude oddělen od prvku vzácných zemin metodou „krokového srážení“, když se hydroxid skandium (III) zpracuje s amoniakem po převedeny do roztoku. Další metodou je separace dusičnanu skandia polárním rozkladem dusičnanů. Protože dusičnan skandia se nejsnáze rozkládá, lze skandium oddělit. Kromě toho je důležitým zdrojem skandia také komplexní obnova doprovodného skandia z ložisek uranu, thoria, wolframu, cínu a dalších nerostů.
Po získání čisté skandiové sloučeniny se tato převede na ScCl Á a společně roztaví s KCl a LiCl. Roztavený zinek se používá jako katoda pro elektrolýzu, což způsobuje vysrážení skandia na zinkové elektrodě. Poté se zinek odpaří a získá se kovové skandium. Jedná se o lehký stříbrný bílý kov s velmi aktivními chemickými vlastnostmi, který může reagovat s horkou vodou za vzniku plynného vodíku. Kovové skandium, které vidíte na obrázku, je tedy uzavřeno v láhvi a chráněno plynným argonem, jinak skandium rychle vytvoří tmavě žlutou nebo šedou vrstvu oxidu a ztratí svůj lesklý kovový lesk.
Aplikace
Světelný průmysl
Použití skandia je soustředěno do velmi jasných směrů a není přehnané ho nazývat Synem světla. První magická zbraň skandia se nazývá skandiová sodná lampa, kterou lze použít k přivedení světla do tisíců domácností. Jedná se o halogenidové elektrické světlo: žárovka je naplněna jodidem sodným a trijodidem skandia a současně jsou přidány skandium a sodná fólie. Během vysokonapěťového výboje vyzařují skandiové ionty a sodíkové ionty světlo o svých charakteristických emisních vlnových délkách. Spektrální čáry sodíku jsou 589,0 a 589,6 nm, dvě známá žlutá světla, zatímco spektrální čáry skandia jsou 361,3 až 424,7 nm, což je řada emisí blízkého ultrafialového a modrého světla. Vzhledem k tomu, že se vzájemně doplňují, je celková barva světla bílé světlo. Právě proto, že skandium sodíkové výbojky se vyznačují vysokou světelnou účinností, dobrou barvou světla, úsporou energie, dlouhou životností a silnou schopností rozbíjení mlhy, mohou být široce používány pro televizní kamery, náměstí, sportoviště a osvětlení silnic, a jsou známé jako světelné zdroje třetí generace. V Číně se tento typ lampy postupně prosazuje jako nová technologie, zatímco v některých vyspělých zemích se tento typ lampy hojně používal již na počátku 80. let.
Druhou magickou zbraní skandia jsou solární fotovoltaické články, které dokážou sbírat světlo rozptýlené na zemi a přeměňovat ho na elektřinu, která pohání lidskou společnost. Scandium je nejlepší bariérový kov v kovových izolátorech polovodičových křemíkových solárních článků a solárních článků.
Jeho třetí magická zbraň se nazývá γ A ray source, tato magická zbraň může sama o sobě jasně zářit, ale tento druh světla nemůže být přijat pouhým okem, je to vysokoenergetický tok fotonů. Obvykle extrahujeme 45Sc z minerálů, což jsou jediné přírodní izotopy skandia. Každé jádro 45Sc obsahuje 21 protonů a 24 neutronů. 46Sc, umělý radioaktivní izotop, může být použit jako γ Zdroje záření nebo stopovací atomy mohou být také použity pro radioterapii maligních nádorů. Existují také aplikace jako yttrium-gallium scandium granátový laser,Fluorid skandiaskleněné infračervené Optické vlákno a skandiem potažená katodová trubice v televizi. Zdá se, že skandium se rodí s jasem.
Slitinářský průmysl
Scandium ve své elementární formě bylo široce používáno pro dopování hliníkových slitin. Dokud se do hliníku přidá několik tisícin skandia, vytvoří se nová fáze Al3Sc, která bude hrát roli metamorfózy v hliníkové slitině a výrazně změní strukturu a vlastnosti slitiny. Přidání 0,2 % ~ 0,4 % Sc (což je skutečně podobné podílu přidání soli do restované zeleniny doma, stačí jen trochu) může zvýšit teplotu rekrystalizace slitiny o 150-200 ℃ a výrazně zlepšit vysokou -teplotní pevnost, strukturální stabilita, svařovací výkon a odolnost proti korozi. Může také zabránit jevu křehnutí, ke kterému snadno dochází při dlouhodobé práci za vysokých teplot. Vysoká pevnost a houževnatost hliníkové slitiny, nová vysoce pevná svařitelná hliníková slitina odolná proti korozi, nová vysokoteplotní hliníková slitina, vysoce pevná hliníková slitina odolná proti neutronovému záření atd., mají velmi atraktivní vyhlídky na rozvoj v letectví, letectví, lodích, jaderné reaktory, lehká vozidla a vysokorychlostní vlaky.
Skandium je také vynikající modifikátor železa a malé množství skandia může výrazně zlepšit pevnost a tvrdost litiny. Kromě toho lze skandium použít také jako přísadu do vysokoteplotních slitin wolframu a chrómu. Kromě výroby svatebních oděvů pro ostatní má skandium samozřejmě vysoký bod tání a jeho hustota je podobná hliníku a používá se také v lehkých slitinách s vysokým bodem tání, jako je skandium titanová slitina a skandium hořčíková slitina. Vzhledem ke své vysoké ceně se však obecně používá pouze ve špičkových výrobních odvětvích, jako jsou raketoplány a rakety.
Keramický materiál
Scandium, jediná látka, se obecně používá ve slitinách a jeho oxidy hrají důležitou roli v keramických materiálech podobným způsobem. Tetragonální zirkonový keramický materiál, který lze použít jako elektrodový materiál pro palivové články s pevným oxidem, má unikátní vlastnost, kdy vodivost tohoto elektrolytu roste s rostoucí teplotou a koncentrací kyslíku v prostředí. Samotná krystalická struktura tohoto keramického materiálu však nemůže existovat stabilně a nemá žádnou průmyslovou hodnotu; Pro zachování původních vlastností je nutné dopovat některé látky, které dokážou tuto strukturu fixovat. Přidání 6~10% oxidu skandia je jako betonová struktura, takže oxid zirkoničitý lze stabilizovat na čtvercové mřížce.
Existují také technické keramické materiály, jako je vysoce pevný a vysokoteplotně odolný nitrid křemíku jako zhušťovače a stabilizátory.
Jako zahušťovač,Oxid skandiamůže tvořit žáruvzdornou fázi Sc2Si2O7 na okraji jemných částic, čímž se snižuje vysokoteplotní deformace technické keramiky. Ve srovnání s jinými oxidy může lépe zlepšit vysokoteplotní mechanické vlastnosti nitridu křemíku.
Katalytická chemie
V chemickém inženýrství se skandium často používá jako katalyzátor, zatímco Sc2O3 lze použít pro dehydrataci a deoxidaci ethanolu nebo isopropanolu, rozklad kyseliny octové a výrobu ethylenu z CO a H2. Pt Al katalyzátor obsahující Sc2O3 je také důležitým katalyzátorem pro procesy hydrogenace těžkých olejů, čištění a rafinace v petrochemickém průmyslu. Při katalytických krakovacích reakcích, jako je kumen, je aktivita zeolitového katalyzátoru Sc-Y 1000krát vyšší než u katalyzátoru na bázi křemičitanu hlinitého; Ve srovnání s některými tradičními katalyzátory budou vyhlídky vývoje skandiových katalyzátorů velmi jasné.
Průmysl jaderné energetiky
Přidání malého množství Sc2O3 do UO2 do vysokoteplotního jaderného paliva reaktoru může zabránit transformaci mřížky, zvětšení objemu a praskání způsobenému konverzí UO2 na U3O8.
Palivový článek
Podobně přidání 2,5 % až 25 % skandia do niklových alkalických baterií zvýší jejich životnost.
Zemědělský chov
V zemědělství mohou být semena, jako je kukuřice, řepa, hrách, pšenice a slunečnice, ošetřena síranem skandium (koncentrace je obecně 10-3~10-8mol/l, různé rostliny budou mít různé) a skutečný účinek podpory klíčení bylo dosaženo. Po 8 hodinách se suchá hmotnost kořenů a pupenů zvýšila o 37 % a 78 % v porovnání se sazenicemi, ale mechanismus je stále ve studiu.
Od Nielsenovy pozornosti vůči dluhu atomových hmotnostních dat až po dnešek vstoupilo skandium do vidění lidí jen na sto nebo dvacet let, ale na sto let téměř sedělo v lavici. Životní sílu mu přinesl až prudký rozvoj materiálové vědy na konci minulého století. Dnes se prvky vzácných zemin, včetně skandia, staly horkými hvězdami ve vědě o materiálech, hrají stále se měnící roli v tisících systémech, přinášejí do našich životů každý den více pohodlí a vytvářejí ekonomickou hodnotu, kterou je ještě obtížnější měřit.
Čas odeslání: 29. června 2023