Scandium, amb símbol d’elements SC i nombre atòmic de 21, és fàcilment soluble en aigua, pot interactuar amb l’aigua calenta i s’enfosqueix fàcilment a l’aire. La seva valència principal és+3. Sovint es barreja amb gadolinium, erbium i altres elements, amb un rendiment baix i un contingut d’aproximadament 0,0005% a l’escorça. Scandium s’utilitza sovint per fabricar vidres especials i aliatges de temperatura lleugera.
Actualment, les reserves provades d’escandium al món són només 2 milions de tones, el 90 ~ 95% de les quals es troben en minerals de bauxita, fosforit i de ferro, i una petita part en urani, tori, tungstè i rares terres, distribuïdes principalment a Rússia, Xina, Tajikistan, Madagascar, Noruega i altres països. La Xina és molt rica en recursos d’escandi, amb enormes reserves de minerals relacionades amb Scandium. Segons estadístiques incompletes, les reserves d’escandi a la Xina són d’unes 600.000 tones, que es troben en dipòsits de bauxita i fosforita, porfíria i dipòsits de tungstè de la vena al sud de la Xina, dipòsits rars a la Xina del Sud, dipòsit de mine de ferro rara de la terra rara en sichuan a Sichuan.
A causa de l'escassetat d'escandium, el preu de l'escandium també és molt elevat i, al seu punt àlgid, el preu de l'escandium es va inflar fins a deu vegades el preu de l'or. Tot i que el preu de Scandium ha caigut, segueix sent quatre vegades el preu de l’or.
Descobrir la història
El 1869, Mendeleev va notar una bretxa en la massa atòmica entre el calci (40) i el titani (48), i va predir que també hi havia un element de massa atòmica intermèdia no descoberta aquí. Va predir que el seu òxid és x ₂ o Å. Scandium va ser descobert el 1879 per Lars Frederik Nilson de la Universitat Uppsala a Suècia. El va extreure de la mina d'or rara negra, un mineral complex que conté 8 tipus d'òxids metàl·lics. Ha extretL’òxid d’erbium (iii)del mineral d'or rar negre i obtingutÒxid ytterbium (iii)D’aquest òxid, i hi ha un altre òxid d’element més lleuger, l’espectre del qual mostra que és un metall desconegut. Aquest és el metall previst per Mendeleev, l’òxid del qual ésSc₂o₃. El metall scandium en si es va produir a partir deClorur de scandiumper la fusió electrolítica el 1937.
Mendeleev
Configuració d’electrons
Configuració d’electrons: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Scandium és un metall de transició blanca suau i platejat amb un punt de fusió de 1541 ℃ i un punt d’ebullició de 2831 ℃.
Durant un període considerable de temps després del descobriment, no es va demostrar l’ús de Scandium per la seva dificultat en la producció. Amb la millora creixent dels mètodes de separació d’elements de terres rares, ara hi ha un flux de procés madur per purificar els compostos d’escandi. Com que l’escandium és menys alcalí que el yttrium i el lantànid, l’hidròxid és el més feble, de manera que l’element mixt de l’element mixt de terra rara que conté escandi es separarà de l’element de la terra rara mitjançant el mètode de “precipitació de pas” quan l’escandi (III) es tracti amb amoníac després de ser transferit en solució. L’altre mètode és separar el nitrat de scandium mitjançant la descomposició polar del nitrat. Com que el nitrat de scandium és el més fàcil de descomposar, es pot separar Scandium. A més, la recuperació integral de l’escandi que l’acompanya d’urani, tori, tungstè, estany i altres dipòsits minerals també és una font important d’escandi.
Després d’obtenir un compost d’escandi pur, es converteix en SCCl Å i CO es fon amb KCL i LiCL. El zinc fos s’utilitza com a càtode per a l’electròlisi, fent que l’escandi es precipiti a l’elèctrode de zinc. A continuació, el zinc s’evapora per obtenir escandi metàl·lic. Es tracta d’un metall blanc de plata lleugera amb propietats químiques molt actives, que poden reaccionar amb aigua calenta per generar gas d’hidrogen. De manera que l’escandium metàl·lic que veieu a la imatge està segellat en una ampolla i protegit amb gas d’argó, en cas contrari, l’escandium formarà ràpidament una capa d’òxid de groc o gris fosc, perdent el seu brillant lustre metàl·lic.
Aplicacions
Indústria de la il·luminació
Els usos de Scandium es concentren en direccions molt brillants i no és una exageració anomenar -la fill de la llum. La primera arma màgica de Scandium s’anomena làmpada de sodi scandium, que es pot utilitzar per aportar llum a milers de llars. Es tracta d’una llum elèctrica de l’halogeno metàl·lic: la bombeta s’omple de iodur de sodi i triodur de scandium, i s’afegeixen al mateix temps el paper d’escandium i sodi. Durant la descàrrega d’alta tensió, els ions d’escandi i els ions de sodi emeten respectivament la llum de les seves longituds d’ona d’emissió característica. Les línies espectrals de sodi són de 589,0 i 589,6 nm, dues llums grogues famoses, mentre que les línies espectrals d’escandium són de 361,3 ~ 424,7 nm, una sèrie d’emissions de llum ultraviolades i blaves properes. Com que es complementen, el color clar general produït és la llum blanca. És precisament perquè les làmpades de sodi scandium tenen les característiques d’alta eficiència lluminosa, de bon color clar, d’estalvi d’energia, de llarga vida útil i de forta capacitat de trencament de boira que es poden utilitzar àmpliament per a càmeres de televisió, quadrats, llocs d’esports i il·luminació de carreteres i es coneixen com a fonts de llum de tercera generació. A la Xina, aquest tipus de làmpades s’està promovent gradualment com a nova tecnologia, mentre que en alguns països desenvolupats, aquest tipus de làmpades s’utilitzaven àmpliament des de principis dels anys vuitanta.
La segona arma màgica de Scandium són les cèl·lules fotovoltaiques solars, que poden recollir la llum dispersa a terra i convertir -la en electricitat per impulsar la societat humana. Scandium és la millor barrera de metall de les cèl·lules solars i cèl·lules solars de silici de semiconductor de semiconductor de metall.
La seva tercera arma màgica s’anomena γ una font de raig, aquesta arma màgica pot brillar per si sola, però aquest tipus de llum no pot ser rebuda per l’ull nu, és un flux de fotons d’alta energia. Normalment extreuen 45Sc de minerals, que són els únics isòtops naturals de Scandium. Cada nucli de 45Sc conté 21 protons i 24 neutrons. 46SC, un isòtop radioactiu artificial, es pot utilitzar com a fonts de radiació γ o àtoms de traçador també es poden utilitzar per a la radioteràpia de tumors malignes. També hi ha aplicacions com Yttrium Gallium Scandium Laser,Fluorur de scandiumFibra òptica infraroja de vidre i tub de raig càtode recobert de Scandium a la televisió. Sembla que Scandium neix amb brillantor.
Indústria d’aliatge
Scandium en la seva forma elemental ha estat àmpliament utilitzat per a aliatges d'alumini dopant. Mentre s’afegeixin unes quantes mil·lèsimes de Scandium a l’alumini, es formarà una nova fase AL3SC, que tindrà un paper de metamorfisme en l’aliatge d’alumini i farà que l’estructura i les propietats de l’aliatge canviïn significativament. Afegint un 0,2% ~ 0,4% SC (que és realment similar a la proporció d’afegir sal a les verdures fregides a casa, només cal una mica) pot augmentar la temperatura de recristalització de l’aliatge per 150-200 ℃ i millorar significativament la resistència a la temperatura alta, l’estabilitat estructural, el rendiment de la soldadura i la resistència a la corrosió. També pot evitar el fenomen d’embrittisme fàcil de produir-se durant el treball a llarg termini a temperatures altes. Aliatge d'alumini d'alta resistència i alta resistència, aliatge d'alumini soldable resistent a la corrosió d'alta resistència, aliatge d'alumini resistent a la irradiació de neutrons d'alta resistència, aliatge, etc., tenen perspectives de desenvolupament molt atractives en aeroespacial, aviació, obra, reactors nuclears, vehicles lluminosos i trens d'alta.
Scandium també és un modificador excel·lent per al ferro i una petita quantitat d’escandi pot millorar significativament la força i la duresa del ferro colat. A més, Scandium també es pot utilitzar com a additiu per a aliatges de tungstè i crom a alta temperatura. Per descomptat, a més de fer roba de casament per a altres, Scandium té un punt de fusió elevat i la seva densitat és similar a l’alumini, i també s’utilitza en aliatges lleugers de fusió de fusió com l’aliatge de titani de Scandium i l’aliatge de magnesi de Scandium. No obstant això, a causa del seu preu elevat, generalment només s'utilitza en indústries de fabricació de gamma alta com ara llançadors espacials i coets.
Material ceràmic
Scandium, una sola substància, s’utilitza generalment en aliatges i els seus òxids tenen un paper important en els materials ceràmics d’una manera similar. El material ceràmic de zirconi tetragonal, que es pot utilitzar com a material d’elèctrodes per a piles de combustible d’òxid sòlid, té una propietat única on la conductivitat d’aquest electròlit augmenta amb l’augment de la temperatura i la concentració d’oxigen al medi. Tanmateix, l'estructura de cristall d'aquest material ceràmic no pot existir de manera estable i no té valor industrial; És necessari dopar algunes substàncies que puguin solucionar aquesta estructura per mantenir les seves propietats originals. Afegir un 6 ~ 10% d'òxid d'escandium és com una estructura de formigó, de manera que es pot estabilitzar la zirconia en una gelosia quadrada.
També hi ha materials de ceràmica d’enginyeria com el nitrur de silici resistent a alta temperatura i a alta temperatura com a densificadors i estabilitzadors.
Com a densificador,L’òxid d’escandiumPot formar una fase refractària SC2SI2O7 a la vora de les partícules fines, reduint així la deformació a alta temperatura de la ceràmica d’enginyeria. En comparació amb altres òxids, pot millorar millor les propietats mecàniques a alta temperatura del nitrur de silici.
Química catalítica
En enginyeria química, Scandium s’utilitza sovint com a catalitzador, mentre que SC2O3 es pot utilitzar per deshidratació i desoxidació d’etanol o isopropanol, descomposició d’àcid acètic i producció d’etilè a partir de CO i H2. El catalitzador de Pt al que conté SC2O3 és també un important catalitzador per a la purificació i refinament de la purificació i refinament de la hidrogenació d’oli pesat a la indústria petroquímica. En les reaccions d’esquerdament catalítiques com el cumè, l’activitat del catalitzador de zeolita SC-Y és 1000 vegades superior a la del catalitzador de silicats d’alumini; En comparació amb alguns catalitzadors tradicionals, les perspectives de desenvolupament dels catalitzadors de Scandium seran molt brillants.
Indústria de l'energia nuclear
Afegir una petita quantitat de SC2O3 a UO2 en combustible nuclear de reactor a alta temperatura pot evitar la transformació de gelosia, l’augment del volum i l’esquerda causada per la conversió UO2 a U3O8.
Combustible
De la mateixa manera, afegir el 2,5% al 25% de scandium a les bateries alcalines de níquel augmentarà la seva vida útil.
Reproducció Agrícola
A l’agricultura, les llavors com el blat de moro, la remolatxa, el pèsol, el blat i el gira-sol es poden tractar amb sulfat d’escandium (la concentració és generalment de 10-3 ~ 10-8mol/L, diferents plantes tindran diferents) i s’ha aconseguit l’efecte real de promoure la germinació. Al cap de 8 hores, el pes sec de les arrels i els cabdells va augmentar un 37% i un 78% respectivament en comparació amb les plàntules, però el mecanisme encara està estudiat.
Des de l’atenció de Nielsen sobre el deute de les dades de massa atòmica fins avui, Scandium ha entrat a la visió de la gent durant només cent o vint anys, però gairebé ha estat a la banqueta durant cent anys. No va ser fins al vigorós desenvolupament de la ciència material a finals del segle passat que li va aportar vitalitat. Avui, els elements de la Terra Rara, inclòs Scandium, s’han convertit en estrelles calentes en la ciència dels materials, interpretant papers en constant transformació en milers de sistemes, aportant més comoditat a la nostra vida cada dia i creant un valor econòmic que és encara més difícil de mesurar.
Post Horari: 29 de juny-2023