ჯადოსნური იშვიათი დედამიწის ელემენტები სკანდიუმი

Sკანდიუმი, ელემენტის სიმბოლო SC და ატომური რაოდენობის 21, წყალში ადვილად ხსნადია, შეუძლია ურთიერთქმედება ცხელი წყლით და ადვილად ჩაბნელდეს ჰაერში. მისი მთავარი ვალენტობაა+3. ის ხშირად შერეულია გაადოლინიუმთან, ერბიუმთან და სხვა ელემენტებთან, ქერქში დაბალი მოსავლიანობით და შინაარსით დაახლოებით 0.0005%. სკენდიუმი ხშირად გამოიყენება სპეციალური მინის და მსუბუქი წონის მაღალი ტემპერატურის შენადნობების დასამზადებლად.

ამჟამად, მსოფლიოში სკანდიუმის დადასტურებული რეზერვები მხოლოდ 2 მილიონი ტონაა, რომელთა 90 ~ 95% შეიცავს ბუქსიტს, ფოსფორიტსა და რკინის ტიტანის საბადოებში და მცირე ნაწილს ურანის, თორიუმის, ვოლფენის და იშვიათი დედამიწის საბადოებში, ძირითადად განაწილებულია რუსეთში, ჩინეთში, ტაჯიკისტანში, მადაგასკარში, ნორვგიაში. ჩინეთი ძალიან მდიდარია სკანდიუმის რესურსებით, უზარმაზარი მინერალური რეზერვები, რომლებიც დაკავშირებულია სკანდიუმთან. არასრული სტატისტიკის თანახმად, ჩინეთში სკანდიუმის რეზერვები დაახლოებით 600000 ტონაა, რომლებიც შეიცავს ბაქსიტისა და ფოსფორიტის საბადოებში, პორფირი და კვარცის ვენების ვოლფრამის საბადოები სამხრეთ ჩინეთში, იშვიათი დედამიწის საბადოები სამხრეთ ჩინეთში, ბაიანი იშვიათი დედამიწის რკინის საბადო დეპოზიტით.

სკანდიუმის სიმცირის გამო, სკანდიუმის ფასი ასევე ძალიან მაღალია და მისი მწვერვალზე, სკანდიუმის ფასი 10 -ჯერ იყო გაბერილი ოქროს ფასზე. მიუხედავად იმისა, რომ Scandium- ის ფასი დაეცა, ის მაინც ოთხჯერ მეტია ოქროს ფასად!

ისტორიის აღმოჩენა

1869 წელს, მენდელეევმა შენიშნა ატომური მასის უფსკრული კალციუმის (40) და ტიტანის (48) შორის, და იწინასწარმეტყველა, რომ აქ ასევე იყო აღმოჩენილი შუალედური ატომური მასის ელემენტი. მან იწინასწარმეტყველა, რომ მისი ოქსიდი არის x ₂ o. სკანდიუმი აღმოაჩინეს 1879 წელს შვედეთის უპსალას უნივერსიტეტის ლარს ფრედერიკ ნილსონმა. მან იგი ამოიღო შავი იშვიათი ოქროს მაღაროსგან, რთული საბადო, რომელიც შეიცავს 8 ტიპის ლითონის ოქსიდს. მან ამოიღოერბიუმი (iii) ოქსიდიშავი იშვიათი ოქროს საბადოიდან და მიღებულიYtterbium (iii) ოქსიდიამ ოქსიდიდან და არსებობს მსუბუქი ელემენტის კიდევ ერთი ოქსიდი, რომლის სპექტრი გვიჩვენებს, რომ ის უცნობი ლითონია. ეს არის ლითონი, რომელიც პროგნოზირებულია მენდელეევის მიერ, რომლის ოქსიდი არისSC₂o₃. თავად სკანდიუმის ლითონი წარმოიქმნასკანდიუმის ქლორიდიელექტროლიტური დნობით 1937 წელს.

მენდელეევი

ელექტრონის კონფიგურაცია

ელექტრონის კონფიგურაცია: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1

სკანდიუმის ლითონი

Scandium არის რბილი, ვერცხლის თეთრი გარდამავალი ლითონი, რომელსაც აქვს დნობის წერტილი 1541 ℃ და მდუღარე წერტილი 2831.

მისი აღმოჩენის შემდეგ მნიშვნელოვანი პერიოდის განმავლობაში, სკანდიუმის გამოყენება არ გამოვლენილა წარმოების სირთულის გამო. დედამიწის იშვიათი ელემენტების განცალკევების მეთოდების მზარდი გაუმჯობესებით, ახლა უკვე არსებობს სექსუალური პროცესის ნაკადი სკანდიუმის ნაერთების გასასუფთავებლად. იმის გამო, რომ სკანდიუმი ნაკლებად ტუტეა ვიდრე yttrium და lanthanide, ჰიდროქსიდი ყველაზე სუსტია, ამიტომ იშვიათი დედამიწის ელემენტი შერეული მინერალი, რომელიც შეიცავს სკანდიუმს, იშვიათი დედამიწის ელემენტიდან გამოყოფილია "ნაბიჯის ნალექების" მეთოდით, როდესაც სკანდიუმი (iii) ჰიდროქსიდი მკურნალობს ამონით, მას შემდეგ, რაც გადაეცემა ხსნარს. სხვა მეთოდია ნიტრატის პოლარული დაშლით სკანდიუმის ნიტრატის განცალკევება. იმის გამო, რომ სკანდიუმის ნიტრატი ყველაზე ადვილია დაშლა, სკანდიუმი შეიძლება გამოეყო. გარდა ამისა, თანმხლები სკანდიუმის ყოვლისმომცველი აღდგენა ურანიდან, თორიუმიდან, ვოლფენიდან, კალის და სხვა მინერალური საბადოებიდან ასევე სკანდიუმის მნიშვნელოვანი წყაროა.

სუფთა სკანდიუმის ნაერთის მოპოვების შემდეგ, იგი გარდაიქმნება sccl Å და CO მდნარი KCL და LICL. მდნარი თუთია გამოიყენება როგორც ელექტროლიზის კათოდური, რამაც გამოიწვია სკანდიუმის ნალექი თუთიის ელექტროდზე. შემდეგ, თუთია აორთქლებულია მეტალის სკანდიუმის მისაღებად. ეს არის მსუბუქი ვერცხლის თეთრი ლითონი ძალიან აქტიური ქიმიური თვისებებით, რომელსაც შეუძლია რეაგირება ცხელი წყლით, წყალბადის გაზის წარმოქმნის მიზნით. ასე რომ, ლითონის სკანდიუმი, რომელსაც სურათზე ხედავთ, ბოთლში დალუქულია და არგონის გაზით არის დაცული, წინააღმდეგ შემთხვევაში სკენდიუმი სწრაფად შექმნის მუქი ყვითელ ან ნაცრისფერ ოქსიდის ფენას, დაკარგავს თავის მბზინავ მეტალის სიკაშკაშეს.

პროგრამები

განათების ინდუსტრია

სკანდიუმის გამოყენებები კონცენტრირებულია ძალიან ნათელი მიმართულებით და არ არის გაზვიადება, რომ მას სინათლის ძე უწოდოს. სკანდიუმის პირველ ჯადოსნურ იარაღს ეწოდება Scandium ნატრიუმის ნათურა, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელია ათასობით ოჯახში შუქის შესატანად. ეს არის ლითონის ჰალოიდის ელექტრო შუქი: ბოლქვი ივსება ნატრიუმის იოდიდითა და სკანდიუმის ტრიოდიდით, ხოლო სკანდიუმი და ნატრიუმის კილიტა ერთდროულად ემატება. მაღალი ძაბვის გამონადენის დროს, სკანდიუმის იონები და ნატრიუმის იონები, შესაბამისად, ასხივებენ მათი დამახასიათებელი ემისიის ტალღების სიგრძეებს. ნატრიუმის სპექტრული ხაზებია 589.0 და 589.6 ნმ, ორი ცნობილი ყვითელი შუქი, ხოლო სკანდიუმის სპექტრული ხაზები არის 361.3 ~ 424.7 ნმ, ულტრაიისფერი და ლურჯი შუქის ემისიების სერია. იმის გამო, რომ ისინი ავსებენ ერთმანეთს, წარმოებული მთლიანი ფერი არის თეთრი შუქი. ეს სწორედ იმიტომ ხდება, რომ სკანდიუმის ნატრიუმის ნათურებს აქვთ მაღალი მანათობელი ეფექტურობის, კარგი მსუბუქი ფერის, ელექტროენერგიის დაზოგვის, ხანგრძლივი მომსახურების სიცოცხლისა და ძლიერი ნისლის დარღვევის უნარის მახასიათებლები, რომლითაც ისინი ფართოდ გამოიყენებენ სატელევიზიო კამერებს, მოედნებს, სპორტულ ადგილებს და საგზაო განათებას და ცნობილია, როგორც მესამე თაობის მსუბუქი წყაროები. ჩინეთში, ამ ტიპის ნათურა თანდათანობით ხდება ახალი ტექნოლოგიად, ხოლო ზოგიერთ განვითარებულ ქვეყანაში, ამ ტიპის ნათურა ფართოდ გამოიყენებოდა 1980 -იანი წლების დასაწყისში.

სკანდიუმის მეორე ჯადოსნური იარაღი არის მზის ფოტომოლტარული უჯრედები, რომელსაც შეუძლია შეაგროვოს მიწაზე მიმოფანტული შუქი და ელექტროენერგიად აქციოს ადამიანის საზოგადოების გასაკეთებლად. Scandium არის საუკეთესო ბარიერი მეტალი ლითონის იზოლატორის ნახევარგამტარული სილიკონის მზის უჯრედებში და მზის უჯრედებში.

მის მესამე ჯადოსნურ იარაღს ეწოდება γ სხივის წყარო, ამ ჯადოსნურ იარაღს შეუძლია საკუთარი თავის ბრწყინვალება, მაგრამ ამ ტიპის შუქს შეუიარაღებელი თვალით ვერ მიიღებს, ეს არის მაღალი ენერგიის ფოტონის ნაკადი. ჩვენ, როგორც წესი, 45SC გამოვყოფთ მინერალებისგან, რაც სკანდიუმის ერთადერთი ბუნებრივი იზოტოპია. თითოეული 45SC ბირთვი შეიცავს 21 პროტონს და 24 ნეიტრონს. 46SC, ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი, შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც γ გამოსხივების წყაროები ან ტრეკერის ატომები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ავთვისებიანი სიმსივნეების რადიოთერაპიისთვის. ასევე არსებობს პროგრამები, როგორიცაა yttrium gallium scandium garnet ლაზერი,Scandium Fluorideმინის ინფრაწითელი ოპტიკური ბოჭკოვანი და სკანდიუმის დაფარული კათოდური სხივის მილის ტელევიზორში. როგორც ჩანს, სკანდიუმი სიკაშკაშე იბადება.

შენადნობის ინდუსტრია

Scandium მისი ელემენტარული ფორმით ფართოდ გამოიყენება ალუმინის შენადნობების დოპინგისთვის. სანამ რამდენიმე ათასით სკანდიუმს ემატება ალუმინი, ჩამოყალიბდება ახალი AL3SC ფაზა, რომელიც მეტამორფიზმის როლს შეასრულებს ალუმინის შენადნობში და მნიშვნელოვნად შეიცვლება შენადნობის სტრუქტურა და თვისებები. 0.2% ~ 0.4% SC (რაც ნამდვილად ჰგავს მარილის დამატების პროპორციას სახლში შემწვარი ბოსტნეულის აურიეთ, მხოლოდ ცოტათი საჭიროა) შეიძლება გაზარდოს შენადნობის რეკრისტალიზაციის ტემპერატურა 150-200 ℃ და მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს მაღალი ტემპერატურის სიმტკიცე, სტრუქტურული სტაბილურობა, შედუღების შესრულება და კოროზიის წინააღმდეგობა. მას ასევე შეუძლია თავიდან აიცილოს ემბრიტაციის ფენომენი, რომელიც ადვილია მოხდეს გრძელვადიანი მუშაობის დროს მაღალ ტემპერატურაზე. მაღალი სიძლიერე და მაღალი სიმკაცრის ალუმინის შენადნობი, ახალი მაღალი სიმძლავრის კოროზიის მდგრადი შედუღების ალუმინის შენადნობი, ახალი მაღალი ტემპერატურის ალუმინის შენადნობი, მაღალი სიმტკიცის ნეიტრონის დასხივება რეზისტენტული ალუმინის შენადნობით და ა.შ.

Scandium ასევე არის შესანიშნავი მოდიფიკატორი რკინისთვის, ხოლო მცირე რაოდენობით სკანდიუმმა შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს თუჯის სიმტკიცე და სიმტკიცე. გარდა ამისა, Scandium ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დანამატი მაღალი ტემპერატურის ვოლფრამისა და ქრომის შენადნობებისთვის. რასაკვირველია, გარდა სხვებისთვის საქორწილო ტანსაცმლის დამზადების გარდა, Scandium- ს აქვს მაღალი დნობის წერტილი და მისი სიმჭიდროვე მსგავსია ალუმინისგან, და ასევე გამოიყენება მაღალი დნობის წერტილის მსუბუქი წონის შენადნობებში, როგორიცაა Scandium Titanium Alloy და Scandium მაგნიუმის შენადნობი. ამასთან, მისი მაღალი ფასის გამო, იგი ზოგადად გამოიყენება მხოლოდ მაღალი დონის საწარმოო ინდუსტრიებში, როგორიცაა კოსმოსური ჩამკეტები და რაკეტები.

კერამიკული მასალა

სკანდიუმი, ერთი ნივთიერება, ზოგადად გამოიყენება შენადნობებში და მისი ოქსიდები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ კერამიკული მასალებში ანალოგიურად. ტეტრაკონალური ცირკონიის კერამიკული მასალა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ელექტროდიდის მასალა მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედებისთვის, აქვს უნიკალური თვისება, სადაც ამ ელექტროლიტების გამტარობა იზრდება გარემოში ტემპერატურისა და ჟანგბადის კონცენტრაციით. ამასთან, ამ კერამიკული მასალის კრისტალური სტრუქტურა ვერ იარსებებს სტაბილურად და არ აქვს ინდუსტრიული ღირებულება; აუცილებელია ზოგიერთი ნივთიერების დოპინგი, რომელსაც შეუძლია ამ სტრუქტურის დაფიქსირება, რათა შეინარჩუნოს მისი ორიგინალური თვისებები. 6 ~ 10% სკანდიუმის ოქსიდის დამატება ბეტონის სტრუქტურას ჰგავს, ასე რომ ცირკონიის სტაბილიზაცია შესაძლებელია კვადრატულ ქსელში.

ასევე არსებობს საინჟინრო კერამიკული მასალები, როგორიცაა მაღალი სიმტკიცე და მაღალი ტემპერატურის მდგრადი სილიკონის ნიტრიდი, როგორც მკვებავი და სტაბილიზატორები.

როგორც densifier,სკანდიუმის ოქსიდიშეუძლია შექმნას ცეცხლგამძლე ფაზა SC2SI2O7 წვრილ ნაწილაკების კიდეზე, რითაც შეამცირებს საინჟინრო კერამიკის მაღალი ტემპერატურის დეფორმაციას. სხვა ოქსიდებთან შედარებით, მას შეუძლია უკეთესად გააუმჯობესოს სილიკონის ნიტრიდის მაღალი ტემპერატურის მექანიკური თვისებები.

კატალიზური ქიმია

ქიმიურ ინჟინერიაში, სკანდიუმი ხშირად გამოიყენება როგორც კატალიზატორი, ხოლო SC2O3 შეიძლება გამოყენებულ იქნას ეთანოლის ან იზოპროპანოლის დეჰიდრატაციისა და დეოქსიდაციისთვის, ძმარმჟავას დაშლა და ეთილენის წარმოება CO და H2– დან. Pt al კატალიზატორი, რომელიც შეიცავს SC2O3- ს, ასევე მნიშვნელოვანი კატალიზატორი არის მძიმე ნავთობის ჰიდროგენაციის გაწმენდისა და დახვეწის პროცესებისთვის ნავთობქიმიურ ინდუსტრიაში. კატალიზური კრეკინგის რეაქციებში, როგორიცაა კუმენი, SC-y Zeolite კატალიზატორის მოქმედება 1000-ჯერ მეტია, ვიდრე ალუმინის სილიკატური კატალიზატორი; ზოგიერთ ტრადიციულ კატალიზატორთან შედარებით, სკანდიუმის კატალიზატორების განვითარების პერსპექტივები ძალიან ნათელი იქნება.

ბირთვული ენერგიის ინდუსტრია

მცირე რაოდენობით SC2O3 UO2- ს მაღალი ტემპერატურის რეაქტორის ბირთვული საწვავის დამატება შეიძლება თავიდან აიცილოთ ცხრილის ტრანსფორმაცია, მოცულობის გაზრდა და UO2- ით U3O8 კონვერტაციით გამოწვეული გახეხილი.

საწვავის უჯრედი

ანალოგიურად, ნიკელის ტუტე ბატარეების 2.5% -დან 25% -მდე დამატება, გაზრდის მათ მომსახურებას.

სოფლის მეურნეობის მეცხოველეობა

სოფლის მეურნეობაში, თესლი, როგორიცაა სიმინდი, ჭარხალი, ბარდა, ხორბალი და მზესუმზირა შეიძლება მკურნალობა სკანდიუმის სულფატით (კონცენტრაცია ზოგადად 10-3 ~ 10-8 მოლი/ლ, სხვადასხვა მცენარეებს ექნება განსხვავებული), ხოლო მიღწეულია germination– ის ხელშეწყობის ფაქტობრივი ეფექტი. 8 საათის შემდეგ, ფესვებისა და კვირტების მშრალი წონა გაიზარდა 37% და 78% შესაბამისად, ნერგებთან შედარებით, მაგრამ მექანიზმი ჯერ კიდევ მიმდინარეობს.

ნილსენის ყურადღების მიქცევიდან ატომური მასის მონაცემების დღევანდელ დღემდე, სკანდიუმმა მხოლოდ ასი ან ოცი წლის განმავლობაში შევიდა ხალხის ხედვა, მაგრამ ის ასი წლის განმავლობაში თითქმის იჯდა სკამზე. გასული საუკუნის ბოლოს მატერიალური მეცნიერების ენერგიულ განვითარებამდე არ მომხდარა მას სიცოცხლისუნარიანობა. დღეს, იშვიათი დედამიწის ელემენტები, მათ შორის სკანდიუმი, გახდნენ ცხელი ვარსკვლავები მასალების მეცნიერებაში, ათასობით სისტემაში მუდმივად ცვალებადი როლები თამაშობდნენ, ყოველდღიურად უფრო მეტ მოხერხებულობას უტარებენ ჩვენს ცხოვრებას და ქმნიან ეკონომიკურ ღირებულებას, რაც კიდევ უფრო რთულია გაზომვა.