SCandium, với biểu tượng nguyên tố SC và số nguyên tử là 21, dễ dàng hòa tan trong nước, có thể tương tác với nước nóng và dễ dàng tối trong không khí. Hóa trị chính của nó là+3. Nó thường được trộn với gadolinium, erbium và các yếu tố khác, với năng suất thấp và hàm lượng khoảng 0,0005% trong lớp vỏ. Scandium thường được sử dụng để tạo ra thủy tinh đặc biệt và hợp kim nhiệt độ cao nhẹ.
Hiện tại, dự trữ scandium đã được chứng minh trên thế giới chỉ có 2 triệu tấn, 90 ~ 95% trong số đó được chứa trong quặng bauxite, phosphorite và sắt titan, và một phần nhỏ trong uranium, thorium, vonfram và quặng đất hiếm, chủ yếu phân bố ở Nga, Trung Quốc Trung Quốc rất giàu tài nguyên scandium, với dự trữ khoáng sản khổng lồ liên quan đến scandium. Theo thống kê không đầy đủ, dự trữ scandium ở Trung Quốc là khoảng 600000 tấn, được chứa trong các mỏ bauxite và phosphorite, porphyry và vonfram tĩnh mạch thạch anh ở phía nam Trung Quốc, tiền gửi đất hiếm ở Nam Trung Quốc.
Do sự khan hiếm của scandium, giá của scandium cũng rất cao, và ở mức cao nhất, giá của scandium đã tăng gấp 10 lần giá vàng. Mặc dù giá của Scandium đã giảm, nhưng nó vẫn gấp bốn lần giá vàng!
Khám phá lịch sử
Năm 1869, Mendeleev nhận thấy một khoảng cách về khối lượng nguyên tử giữa canxi (40) và titan (48), và dự đoán rằng cũng có một yếu tố khối nguyên tử trung gian chưa được khám phá ở đây. Ông dự đoán rằng oxit của nó là x ₂ o. Scandium được phát hiện vào năm 1879 bởi Lars Frederik Nilson của Đại học Uppsala ở Thụy Điển. Ông đã chiết nó từ mỏ vàng hiếm màu đen, một quặng phức tạp chứa 8 loại oxit kim loại. Anh ấy đã trích xuấtOxit erbium (iii)từ quặng vàng quý hiếm màu đen, và thu đượcOxit ytterbium (III)Từ oxit này, và có một oxit khác của nguyên tố nhẹ hơn, có phổ cho thấy đó là một kim loại không rõ. Đây là kim loại được dự đoán bởi Mendeleev, có oxitSc₂o₃. Bản thân kim loại scandium được sản xuất từScandium cloruabằng cách nóng chảy điện phân vào năm 1937.
Mendeleev
Cấu hình điện tử
Cấu hình điện tử: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Scandium là một kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc, mềm mại với điểm nóng chảy là 1541 và điểm sôi là 2831.
Trong một khoảng thời gian đáng kể sau khi phát hiện ra, việc sử dụng scandium đã không được chứng minh do khó khăn trong sản xuất. Với sự cải thiện ngày càng tăng của các phương pháp phân tách nguyên tố đất hiếm, giờ đây có một dòng quy trình trưởng thành để tinh chế các hợp chất scandium. Bởi vì scandium ít kiềm hơn yttri và lanthanide, nên hydroxit là yếu nhất, do đó, nguyên tố trái đất hiếm có chứa khoáng chất có chứa scandium sẽ được tách ra khỏi nguyên tố đất hiếm bằng phương pháp kết tủa bước tiến khi scandium (III) hydroxit được điều trị bằng amoniac sau khi chuyển vào dung dịch. Phương pháp khác là tách scandium nitrat bằng cách phân hủy cực của nitrat. Bởi vì scandium nitrat là dễ phân hủy nhất, scandium có thể được tách ra. Ngoài ra, sự phục hồi toàn diện của scandium đi kèm từ uranium, thorium, vonfram, thiếc và các mỏ khoáng sản khác cũng là một nguồn quan trọng của scandium.
Sau khi có được một hợp chất scandium nguyên chất, nó được chuyển đổi thành SCCL và CO tan chảy với KCl và LICL. Kẽm nóng chảy được sử dụng làm cực âm để điện phân, khiến scandium kết tủa trên điện cực kẽm. Sau đó, kẽm được bay hơi để thu được scandium kim loại. Đây là một kim loại trắng bạc nhẹ với các đặc tính hóa học rất hoạt động, có thể phản ứng với nước nóng để tạo ra khí hydro. Vì vậy, scandium kim loại mà bạn nhìn thấy trong hình được niêm phong trong một chai và được bảo vệ bằng khí argon, nếu không thì scandium sẽ nhanh chóng tạo thành một lớp oxit màu vàng đen hoặc màu xám, mất ánh kim loại sáng bóng.
Ứng dụng
Ngành công nghiệp chiếu sáng
Việc sử dụng scandium tập trung theo những hướng rất sáng, và không phải là một sự cường điệu khi gọi nó là con trai của ánh sáng. Vũ khí ma thuật đầu tiên của scandium được gọi là đèn natri scandium, có thể được sử dụng để mang lại ánh sáng cho hàng ngàn hộ gia đình. Đây là một ánh sáng điện halogen kim loại: bóng đèn chứa đầy natri iodua và scandium triiodide, và lá scandium và natri được thêm vào cùng một lúc. Trong quá trình xả điện áp cao, các ion scandium và ion natri lần lượt phát ra ánh sáng của các bước sóng phát xạ đặc trưng của chúng. Các đường quang phổ của natri là 589,0 và 589,6nm, hai đèn màu vàng nổi tiếng, trong khi các đường phổ của scandium là 361.3 ~ 424,7nm, một loạt khí thải gần tia cực tím và ánh sáng xanh. Bởi vì chúng bổ sung cho nhau, màu sáng tổng thể được tạo ra là ánh sáng trắng. Đó chính xác là vì đèn natri scandium có đặc điểm của hiệu quả phát sáng cao, màu sáng tốt, tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ dài và khả năng phá vỡ sương mù mạnh mẽ mà chúng có thể được sử dụng rộng rãi cho máy ảnh truyền hình, hình vuông, địa điểm thể thao và ánh sáng đường bộ và được gọi là nguồn sáng thế hệ thứ ba. Ở Trung Quốc, loại đèn này đang dần được quảng bá như một công nghệ mới, trong khi ở một số nước phát triển, loại đèn này được sử dụng rộng rãi vào đầu những năm 1980.
Vũ khí ma thuật thứ hai của Scandium là các tế bào quang điện mặt trời, có thể thu thập ánh sáng rải rác trên mặt đất và biến nó thành điện để điều khiển xã hội loài người. Scandium là loại kim loại hàng rào tốt nhất trong pin mặt trời bán dẫn bằng kim loại và pin mặt trời.
Vũ khí ma thuật thứ ba của nó được gọi là một nguồn tia, vũ khí ma thuật này có thể tự tỏa sáng, nhưng loại ánh sáng này không thể được tiếp nhận bởi mắt thường, nó là một dòng photon năng lượng cao. Chúng tôi thường chiết xuất 45SC từ khoáng chất, đây là đồng vị tự nhiên duy nhất của scandium. Mỗi hạt nhân 45SC chứa 21 proton và 24 neutron. 46SC, một đồng vị phóng xạ nhân tạo, có thể được sử dụng làm nguồn bức xạ hoặc các nguyên tử tracer cũng có thể được sử dụng để xạ trị các khối u ác tính. Ngoài ra còn có các ứng dụng như laser yttri gallium scandium garnet,Scandium fluorideChất xơ quang hồng ngoại thủy tinh và ống tia catốt phủ Scandium trên truyền hình. Có vẻ như Scandium được sinh ra với độ sáng.
Công nghiệp hợp kim
Scandium ở dạng nguyên tố của nó đã được sử dụng rộng rãi cho các hợp kim nhôm pha tạp. Miễn là một vài phần nghìn scandium được thêm vào nhôm, một pha Al3SC mới sẽ được hình thành, sẽ đóng vai trò biến chất trong hợp kim nhôm và tạo ra cấu trúc và tính chất của hợp kim thay đổi đáng kể. Thêm 0,2% ~ 0,4% SC (thực sự tương tự như tỷ lệ thêm muối vào các loại rau rán khuấy tại nhà, chỉ cần một chút) có thể làm tăng nhiệt độ kết tinh của hợp kim bằng 150-200 và cải thiện đáng kể cường độ nhiệt độ cao, độ ổn định cấu trúc, hiệu suất hàn và chống ăn mòn. Nó cũng có thể tránh được hiện tượng nắm bắt dễ xảy ra trong quá trình làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao. Hợp kim Aluminum độ bền cao và độ bền cao, Hợp kim nhôm có thể chống ăn mòn cao mới, hợp kim nhôm nhiệt độ cao mới, hợp kim nhôm nhiệt độ cao mới, hợp kim bằng nhôm chiếu xạ neutron mạnh cao, có triển vọng phát triển rất hấp dẫn.
Scandium cũng là một công cụ sửa đổi tuyệt vời cho sắt, và một lượng nhỏ scandium có thể cải thiện đáng kể sức mạnh và độ cứng của gang. Ngoài ra, scandium cũng có thể được sử dụng như một chất phụ gia cho các hợp kim vonfram và crom ở nhiệt độ cao. Tất nhiên, ngoài việc làm quần áo cưới cho người khác, Scandium còn có điểm nóng chảy cao và mật độ của nó tương tự như nhôm, và cũng được sử dụng trong các hợp kim nhẹ nóng chảy cao như hợp kim scandium titan và hợp kim scandium magiê. Tuy nhiên, do giá cao của nó, nó thường chỉ được sử dụng trong các ngành sản xuất cao cấp như tàu con thoi không gian và tên lửa.
Vật liệu gốm
Scandium, một chất duy nhất, thường được sử dụng trong các hợp kim và các oxit của nó đóng một vai trò quan trọng trong vật liệu gốm theo cách tương tự. Vật liệu gốm zirconia tetragonal, có thể được sử dụng làm vật liệu điện cực cho các tế bào nhiên liệu oxit rắn, có một tính chất duy nhất trong đó độ dẫn của chất điện phân này tăng lên khi tăng nhiệt độ và nồng độ oxy trong môi trường. Tuy nhiên, cấu trúc tinh thể của vật liệu gốm này không thể tồn tại ổn định và không có giá trị công nghiệp; Cần phải pha tạp một số chất có thể khắc phục cấu trúc này để duy trì các thuộc tính ban đầu của nó. Thêm 6 ~ 10% oxit scandium giống như một cấu trúc bê tông, do đó zirconia có thể được ổn định trên một mạng vuông.
Ngoài ra còn có các vật liệu gốm kỹ thuật như nitride silicon có độ bền cao và nhiệt độ cao như các bộ biến đổi và chất ổn định.
Là một người mật độ,Oxit scandiumCó thể tạo thành một pha chịu lửa SC2SI2O7 ở rìa của các hạt mịn, do đó làm giảm biến dạng nhiệt độ cao của gốm sứ kỹ thuật. So với các oxit khác, nó có thể cải thiện tốt hơn các tính chất cơ học ở nhiệt độ cao của nitride silicon.
Hóa học xúc tác
Trong kỹ thuật hóa học, scandium thường được sử dụng làm chất xúc tác, trong khi SC2O3 có thể được sử dụng để mất nước và khử oxy hóa ethanol hoặc isopropanol, phân hủy axit axetic và sản xuất ethylene từ CO và H2. Chất xúc tác Pt al có chứa SC2O3 cũng là một chất xúc tác quan trọng cho quá trình tinh chế hydro hóa dầu nặng và quá trình tinh chế trong ngành hóa dầu. Trong các phản ứng nứt xúc tác như cumene, hoạt động của chất xúc tác sc-y zeolite cao hơn 1000 lần so với chất xúc tác silicat nhôm; So với một số chất xúc tác truyền thống, triển vọng phát triển của các chất xúc tác scandium sẽ rất sáng.
Công nghiệp năng lượng hạt nhân
Thêm một lượng nhỏ SC2O3 vào UO2 trong nhiên liệu hạt nhân của lò phản ứng nhiệt độ cao có thể tránh được chuyển đổi mạng, tăng thể tích và nứt do chuyển đổi UO2 thành U3O8.
Pin nhiên liệu
Tương tự, việc thêm 2,5% đến 25% scandium vào pin kiềm niken sẽ làm tăng tuổi thọ dịch vụ của họ.
Nhân giống nông nghiệp
Trong nông nghiệp, các hạt như ngô, củ cải đường, đậu, lúa mì và hướng dương có thể được xử lý bằng scandium sulfate (nồng độ thường là 10-3 ~ 10-8mol/L, các loại cây khác nhau sẽ có khác nhau) và ảnh hưởng thực sự của việc thúc đẩy sự nảy mầm đã đạt được. Sau 8 giờ, trọng lượng khô của rễ và chồi tăng lần lượt 37% và 78% so với cây con, nhưng cơ chế vẫn đang được nghiên cứu.
Từ sự chú ý của Nielsen đến khoản nợ của dữ liệu đại chúng nguyên tử cho đến ngày nay, Scandium đã đi vào tầm nhìn của mọi người chỉ trong một trăm hoặc hai mươi năm, nhưng nó gần như đã ngồi trên băng ghế dự bị trong một trăm năm. Mãi đến khi sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vật chất vào cuối thế kỷ trước, nó mới mang lại sức sống cho anh. Ngày nay, các yếu tố đất hiếm, bao gồm cả Scandium, đã trở thành những ngôi sao nóng trong khoa học vật liệu, đóng vai trò luôn thay đổi trong hàng ngàn hệ thống, mang lại sự tiện lợi hơn cho cuộc sống của chúng ta mỗi ngày và tạo ra giá trị kinh tế thậm chí còn khó đo lường hơn.
Thời gian đăng: Tháng 6-29-2023