მაგიური იშვიათი დედამიწის ელემენტების სკანდიუმი

Sკანდიუმიელემენტის სიმბოლო Sc და ატომური რიცხვი 21, ადვილად ხსნადია წყალში, შეუძლია ურთიერთქმედება ცხელ წყალთან და ადვილად ბნელდება ჰაერში. მისი ძირითადი ვალენტობაა +3. მას ხშირად ურევენ გადოლინიუმს, ერბიუმს და სხვა ელემენტებს, დაბალი მოსავლიანობით და დაახლოებით 0,0005% შემცველობით ქერქში. სკანდიუმს ხშირად იყენებენ სპეციალური მინის და მსუბუქი მაღალი ტემპერატურის შენადნობების დასამზადებლად.

დღეისათვის მსოფლიოში სკანდიუმის დადასტურებული მარაგი მხოლოდ 2 მილიონი ტონაა, რომელთა 90-95% შეიცავს ბოქსიტის, ფოსფორიტისა და რკინის ტიტანის საბადოებს, მცირე ნაწილს კი ურანის, თორიუმის, ვოლფრამის და იშვიათი მიწის საბადოებში, ძირითადად. გავრცელებულია რუსეთში, ჩინეთში, ტაჯიკეთში, მადაგასკარში, ნორვეგიაში და სხვა ქვეყნებში. ჩინეთი ძალიან მდიდარია სკანდიუმის რესურსებით, უზარმაზარი მინერალური მარაგებით, რომლებიც დაკავშირებულია სკანდიუმთან. არასრული სტატისტიკის მიხედვით, სკანდიუმის მარაგი ჩინეთში დაახლოებით 600000 ტონაა, რომელიც შეიცავს ბოქსიტისა და ფოსფორიტის საბადოებს, პორფირისა და კვარცის ვენების ვოლფრამის საბადოებს სამხრეთ ჩინეთში, იშვიათი დედამიწის საბადოებში სამხრეთ ჩინეთში, ბაიან ობოს იშვიათ მიწაზე რკინის საბადოში. შიდა მონღოლეთი და პანჟიჰუას ვანადიუმის ტიტანის მაგნეტიტის საბადო სიჩუანში.

სკანდიუმის სიმცირის გამო სკანდიუმის ფასიც ძალიან მაღალია და პიკზე სკანდიუმის ფასი ოქროს ფასზე 10-ჯერ გაიზარდა. მიუხედავად იმისა, რომ სკანდიუმის ფასი დაეცა, ის მაინც ოთხჯერ აღემატება ოქროს ფასს!

ისტორიის აღმოჩენა

1869 წელს მენდელეევმა შენიშნა ატომური მასის უფსკრული კალციუმსა (40) და ტიტანს (48) შორის და იწინასწარმეტყველა, რომ აქ ასევე არსებობდა ამოუცნობი შუალედური ატომური მასის ელემენტი. მან იწინასწარმეტყველა, რომ მისი ოქსიდი არის X ₂ O Å. სკანდიუმი აღმოაჩინა 1879 წელს შვედეთის უფსალას უნივერსიტეტის ლარს ფრედერიკ ნილსონმა. მან ის მოიპოვა შავი იშვიათი ოქროს მაღაროდან, რთული საბადოდან, რომელიც შეიცავს 8 სახის ლითონის ოქსიდს. მან ამოიღოერბიუმის (III) ოქსიდიშავი იშვიათი ოქროს საბადოდან და მიღებულიიტერბიუმის (III) ოქსიდიამ ოქსიდიდან და არის უფრო მსუბუქი ელემენტის კიდევ ერთი ოქსიდი, რომლის სპექტრი აჩვენებს, რომ ის უცნობი ლითონია. ეს არის მენდელეევის მიერ ნაწინასწარმეტყველები მეტალი, რომლის ოქსიდიც არისSc2O3. თავად სკანდიუმის მეტალი წარმოებული იყოსკანდიუმის ქლორიდიელექტროლიტური დნობით 1937 წელს.

მენდელეევი

ელექტრონის კონფიგურაცია

ელექტრონის კონფიგურაცია: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

მეტალი სკანდიუმი

სკანდიუმი არის რბილი, ვერცხლისფერი თეთრი გარდამავალი ლითონი, დნობის წერტილით 1541 ℃ და დუღილის წერტილი 2831 ℃.

აღმოჩენიდან დიდი ხნის განმავლობაში, სკანდიუმის გამოყენება არ იყო დემონსტრირებული მისი წარმოების სირთულის გამო. იშვიათი დედამიწის ელემენტების გამოყოფის მეთოდების მზარდი გაუმჯობესებით, ახლა უკვე არსებობს სკანდიუმის ნაერთების გაწმენდის პროცესის მომწიფებული ნაკადი. იმის გამო, რომ სკანდიუმი ნაკლებად ტუტეა, ვიდრე იტრიუმი და ლანთანიდი, ჰიდროქსიდი ყველაზე სუსტია, ამიტომ იშვიათი მიწიერი ელემენტის შერეული მინერალი, რომელიც შეიცავს სკანდიუმს, გამოეყოფა იშვიათი დედამიწის ელემენტს "ნალექის საფეხურით" მეთოდით, როდესაც სკანდიუმის (III) ჰიდროქსიდი დამუშავდება ამიაკის შემდეგ. გადადის ხსნარში. სხვა მეთოდია სკანდიუმის ნიტრატის გამოყოფა ნიტრატის პოლარული დაშლით. იმის გამო, რომ სკანდიუმის ნიტრატი ყველაზე ადვილად იშლება, სკანდიუმის გამოყოფა შესაძლებელია. გარდა ამისა, ურანის, თორიუმის, ვოლფრამის, კალის და სხვა მინერალური საბადოებიდან თანმხლები სკანდიუმის ყოვლისმომცველი აღდგენა ასევე სკანდიუმის მნიშვნელოვანი წყაროა.

სუფთა სკანდიუმის ნაერთის მიღების შემდეგ იგი გარდაიქმნება ScCl Å-ად და დნება KCl-თან და LiCl-თან ერთად. გამდნარი თუთია გამოიყენება როგორც კათოდი ელექტროლიზისთვის, რაც იწვევს თუთიის ელექტროდზე სკანდიუმის ნალექს. შემდეგ, თუთია აორთქლდება მეტალის სკანდიუმის მისაღებად. ეს არის მსუბუქი ვერცხლისფერი თეთრი ლითონი ძალიან აქტიური ქიმიური თვისებებით, რომელსაც შეუძლია რეაგირება ცხელ წყალთან წყალბადის გაზის წარმოქმნით. ასე რომ, ლითონის სკანდიუმი, რომელსაც ხედავთ სურათზე, დალუქულია ბოთლში და დაცულია არგონის გაზით, წინააღმდეგ შემთხვევაში სკანდიუმი სწრაფად წარმოქმნის მუქ ყვითელ ან ნაცრისფერ ოქსიდის ფენას და კარგავს თავის მბზინავ მეტალის ბზინვარებას.

აპლიკაციები

განათების ინდუსტრია

სკანდიუმის გამოყენება კონცენტრირებულია ძალიან ნათელ მიმართულებებში და გაზვიადებული არ არის მას სინათლის ძე ვუწოდოთ. სკანდიუმის პირველ ჯადოსნურ იარაღს ჰქვია სკანდიუმის ნატრიუმის ნათურა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ათასობით შინამეურნეობაში შუქის მოსატანად. ეს არის ლითონის ჰალოდიდი ელექტრული ნათურა: ნათურა ივსება ნატრიუმის იოდიდით და სკანდიუმის ტრიიოდიდით და ერთდროულად ემატება სკანდიუმი და ნატრიუმის ფოლგა. მაღალი ძაბვის გამონადენის დროს სკანდიუმის იონები და ნატრიუმის იონები შესაბამისად ასხივებენ მათი დამახასიათებელი ემისიის ტალღის სიგრძის შუქს. ნატრიუმის სპექტრული ხაზებია 589.0 და 589.6 ნმ, ორი ცნობილი ყვითელი ნათება, ხოლო სკანდიუმის სპექტრული ხაზებია 361.3 ~ 424.7 ნმ, ულტრაიისფერი და ლურჯი შუქის მახლობლად ემისიების სერია. იმის გამო, რომ ისინი ავსებენ ერთმანეთს, მთლიანი სინათლის ფერი წარმოებული არის თეთრი სინათლე. სწორედ იმის გამო, რომ სკანდიუმის ნატრიუმის ნათურებს აქვთ მაღალი მანათობელი ეფექტურობის, კარგი განათების ფერის, ენერგიის დაზოგვის, ხანგრძლივი მომსახურების ვადა და ძლიერი ნისლის დამტვრევის უნარი, მათი ფართო გამოყენება შესაძლებელია სატელევიზიო კამერებისთვის, სკვერებისთვის, სპორტული მოედნებისა და გზის განათებისთვის. და ცნობილია, როგორც მესამე თაობის სინათლის წყაროები. ჩინეთში ამ ტიპის ნათურები თანდათან პოპულარიზაციას უწევენ როგორც ახალ ტექნოლოგიას, ხოლო ზოგიერთ განვითარებულ ქვეყანაში ამ ტიპის ნათურა ფართოდ გამოიყენებოდა ჯერ კიდევ 1980-იანი წლების დასაწყისში.

სკანდიუმის მეორე ჯადოსნური იარაღი არის მზის ფოტოელექტრული უჯრედები, რომლებსაც შეუძლიათ შეაგროვონ მიწაზე მიმოფანტული შუქი და გადააქციონ ის ელექტროენერგიად, რათა მართოს ადამიანთა საზოგადოება. სკანდიუმი არის საუკეთესო ბარიერული ლითონი ლითონის იზოლატორის ნახევარგამტარული სილიკონის მზის უჯრედებში და მზის უჯრედებში.

მის მესამე ჯადოსნურ იარაღს γ A სხივის წყარო ჰქვია, ამ ჯადოსნურ იარაღს შეუძლია თავისით ანათოს კაშკაშა, მაგრამ ასეთი სინათლე შეუიარაღებელი თვალით ვერ მიიღება, ეს არის მაღალი ენერგიის ფოტონის ნაკადი. ჩვენ ჩვეულებრივ ვიღებთ 45Sc-ს მინერალებიდან, რომელიც არის სკანდიუმის ერთადერთი ბუნებრივი იზოტოპები. თითოეული 45Sc ბირთვი შეიცავს 21 პროტონს და 24 ნეიტრონს. 46Sc, ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი, შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც γ რადიაციული წყაროები ან მკვლევარი ატომები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ავთვისებიანი სიმსივნეების რადიოთერაპიისთვის. ასევე არსებობს პროგრამები, როგორიცაა იტრიუმის გალიუმის სკანდიუმის გარნეტის ლაზერი,სკანდიუმის ფტორიდიმინის ინფრაწითელი ოპტიკური ბოჭკოვანი და სკანდიუმით დაფარული კათოდური სხივის მილი ტელევიზორზე. როგორც ჩანს, სკანდიუმი სიკაშკაშით იბადება.

შენადნობის ინდუსტრია

სკანდიუმი მისი ელემენტარული ფორმით ფართოდ გამოიყენებოდა ალუმინის შენადნობების დოპინგისთვის. სანამ ალუმინს დაემატება რამდენიმე მეათასედი სკანდიუმი, ჩამოყალიბდება ახალი Al3Sc ფაზა, რომელიც ითამაშებს მეტამორფიზმის როლს ალუმინის შენადნობაში და მნიშვნელოვნად შეცვლის შენადნობის სტრუქტურასა და თვისებებს. 0.2%~0.4% Sc-ის დამატება (რაც ნამდვილად ჰგავს სახლში შემწვარ ბოსტნეულს მარილის დამატების პროპორციას, მხოლოდ ცოტაა საჭირო) შეიძლება გაზარდოს შენადნობის რეკრისტალიზაციის ტემპერატურა 150-200 ℃-ით და მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს მაღალი. -ტემპერატურული სიძლიერე, სტრუქტურული სტაბილურობა, შედუღების შესრულება და კოროზიის წინააღმდეგობა. მას ასევე შეუძლია თავიდან აიცილოს მყიფე ფენომენი, რომელიც ადვილად წარმოიქმნება მაღალ ტემპერატურაზე ხანგრძლივი მუშაობისას. მაღალი სიმტკიცის და მაღალი სიმტკიცის ალუმინის შენადნობი, ახალი მაღალი სიმტკიცის კოროზიისადმი მდგრადი შედუღებადი ალუმინის შენადნობი, ახალი მაღალტემპერატურული ალუმინის შენადნობი, მაღალი სიმტკიცის ნეიტრონების დასხივება მდგრადი ალუმინის შენადნობი და ა.შ. ბირთვული რეაქტორები, მსუბუქი მანქანები და ჩქაროსნული მატარებლები.

სკანდიუმი ასევე შესანიშნავი მოდიფიკატორია რკინისთვის და მცირე რაოდენობით სკანდიუმს შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს თუჯის სიმტკიცე და სიმტკიცე. გარდა ამისა, სკანდიუმი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც დანამატი მაღალი ტემპერატურის ვოლფრამის და ქრომის შენადნობებისთვის. რა თქმა უნდა, სხვებისთვის საქორწილო ტანსაცმლის დამზადების გარდა, სკანდიუმს აქვს მაღალი დნობის წერტილი და მისი სიმკვრივე ალუმინის მსგავსია და ასევე გამოიყენება მაღალი დნობის წერტილის მსუბუქ შენადნობებში, როგორიცაა სკანდიუმის ტიტანის შენადნობი და სკანდიუმის მაგნიუმის შენადნობი. თუმცა, მისი მაღალი ფასის გამო, ის ძირითადად გამოიყენება მხოლოდ მაღალი დონის წარმოების ინდუსტრიებში, როგორიცაა კოსმოსური შატლები და რაკეტები.

კერამიკული მასალა

სკანდიუმი, ერთი ნივთიერება, ზოგადად გამოიყენება შენადნობებში და მისი ოქსიდები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ კერამიკულ მასალებში ანალოგიურად. ტეტრაგონალურ ცირკონიის კერამიკულ მასალას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ელექტროდის მასალა მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედებისთვის, აქვს უნიკალური თვისება, სადაც ამ ელექტროლიტის გამტარობა იზრდება ტემპერატურისა და ჟანგბადის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად გარემოში. თუმცა, თავად ამ კერამიკული მასალის კრისტალური სტრუქტურა ვერ იარსებებს სტაბილურად და არ გააჩნია სამრეწველო ღირებულება; აუცილებელია ზოგიერთი ნივთიერების დოპინგი, რომელსაც შეუძლია ამ სტრუქტურის დაფიქსირება, რათა შეინარჩუნოს მისი ორიგინალური თვისებები. 6~10% სკანდიუმის ოქსიდის დამატება ბეტონის კონსტრუქციას ჰგავს, ასე რომ ცირკონია შეიძლება დასტაბილურდეს კვადრატულ გისოსზე.

ასევე არსებობს საინჟინრო კერამიკული მასალები, როგორიცაა მაღალი სიმტკიცის და მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადი სილიციუმის ნიტრიდი, როგორც დენსიფიკატორი და სტაბილიზატორი.

როგორც დენსიფიკატორი,სკანდიუმის ოქსიდიშეუძლია შექმნას ცეცხლგამძლე ფაზა Sc2Si2O7 წვრილი ნაწილაკების კიდეზე, რითაც ამცირებს საინჟინრო კერამიკის მაღალტემპერატურულ დეფორმაციას. სხვა ოქსიდებთან შედარებით, მას შეუძლია უკეთ გააუმჯობესოს სილიციუმის ნიტრიდის მაღალი ტემპერატურის მექანიკური თვისებები.

კატალიზური ქიმია

ქიმიურ ინჟინერიაში სკანდიუმი ხშირად გამოიყენება კატალიზატორად, ხოლო Sc2O3 შეიძლება გამოყენებულ იქნას ეთანოლის ან იზოპროპანოლის დეჰიდრატაციისა და დეოქსიდაციისთვის, ძმარმჟავას დაშლისა და CO-დან და H2-დან ეთილენის წარმოებისთვის. Sc2O3 შემცველი Pt Al კატალიზატორი ასევე მნიშვნელოვანი კატალიზატორია ნავთობქიმიური მრეწველობის მძიმე ნავთობის ჰიდროგენიზაციისა და გადამუშავების პროცესებისთვის. კატალიზური კრეკინგის რეაქციებში, როგორიცაა კუმენი, Sc-Y ცეოლითის კატალიზატორის აქტივობა 1000-ჯერ მეტია, ვიდრე ალუმინის სილიკატური კატალიზატორი; ზოგიერთ ტრადიციულ კატალიზატორთან შედარებით, სკანდიუმის კატალიზატორების განვითარების პერსპექტივები ძალიან ნათელი იქნება.

ბირთვული ენერგიის ინდუსტრია

მაღალი ტემპერატურის რეაქტორის ბირთვულ საწვავში მცირე რაოდენობის Sc2O3-ის დამატება UO2-ში შეიძლება თავიდან აიცილოს გისოსის ტრანსფორმაცია, მოცულობის ზრდა და კრეკი, რომელიც გამოწვეულია UO2-ში U3O8-ში გადაქცევით.

საწვავის უჯრედი

ანალოგიურად, ნიკელის ტუტე ბატარეებს სკანდიუმის 2.5%-დან 25%-მდე დამატება გაზრდის მათ მომსახურების ხანგრძლივობას.

სასოფლო-სამეურნეო მოშენება

სოფლის მეურნეობაში, თესლები, როგორიცაა სიმინდი, ჭარხალი, ბარდა, ხორბალი და მზესუმზირა შეიძლება დამუშავდეს სკანდიუმის სულფატით (კონცენტრაცია ზოგადად 10-3~10-8 მოლ/ლ, სხვადასხვა მცენარეს ექნება განსხვავებული) და გაღივების ხელშეწყობის რეალური ეფექტი. მიღწეულია. 8 საათის შემდეგ ფესვებისა და კვირტების მშრალი წონა გაიზარდა 37%-ით და 78%-ით შესაბამისად ნერგებთან შედარებით, მაგრამ მექანიზმი ჯერ კიდევ შესწავლის პროცესშია.

ნილსენის ყურადღების მიქცევიდან დღემდე ატომური მასის მონაცემების დავალიანებაზე, სკანდიუმი ხალხის ხედვაში მხოლოდ ასი თუ ოცი წლის განმავლობაში შევიდა, მაგრამ ის თითქმის ასი წლის განმავლობაში იჯდა სკამზე. გასული საუკუნის ბოლოს მატერიალური მეცნიერების ენერგიულმა განვითარებამ მას სიცოცხლისუნარიანობა მოუტანა. დღეს, იშვიათი დედამიწის ელემენტები, მათ შორის სკანდიუმი, გახდნენ ცხელი ვარსკვლავები მასალების მეცნიერებაში, ასრულებენ მუდმივად ცვალებად როლებს ათასობით სისტემაში, ყოველდღიურად უფრო მეტ კომფორტს ანიჭებენ ჩვენს ცხოვრებას და ქმნიან ეკონომიკურ ღირებულებას, რომლის გაზომვაც უფრო რთულია.