Sкандий, элемент таңбасы Sc және атомдық нөмірі 21, суда оңай ериді, ыстық сумен әрекеттесе алады және ауада оңай қараңғыланады. Оның негізгі валенттілігі +3. Көбінесе гадолиниймен, эрбиймен және басқа элементтермен араласады, шығымдылығы төмен және жер қыртысында шамамен 0,0005% құрайды. Скандий жиі арнайы шыны және жеңіл жоғары температуралы қорытпалар жасау үшін қолданылады.
Қазіргі уақытта әлемде скандийдің дәлелденген қоры бар болғаны 2 млн тоннаны құрайды, оның 90~95% боксит, фосфорит және темір титан рудаларында, ал аз бөлігі уран, торий, вольфрам және сирек жер рудаларында, негізінен Ресейде, Қытайда, Тәжікстанда, Мадагаскарда, Норвегияда және басқа елдерде таралған. Қытай скандий ресурстарына өте бай, скандиймен байланысты үлкен минералдық қорлары бар. Толық емес статистика бойынша Қытайдағы скандий қоры шамамен 600 000 тоннаны құрайды, олар боксит және фосфорит кен орындарында, Оңтүстік Қытайдағы порфир және кварц тамырлы вольфрам кен орындарында, Оңтүстік Қытайдағы сирек жер кеніштерінде, Баян Обо сирек жер темір рудасында кездеседі. Ішкі Моңғолия және Сычуаньдағы Панжихуа ванадий титан магнетит кен орны.
Скандийдің тапшылығына байланысты скандийдің бағасы да өте жоғары және оның шарықтау шегінде скандийдің бағасы алтынның бағасынан 10 есеге дейін көтерілді. Скандийдің бағасы төмендегенімен, ол әлі де алтыннан төрт есе қымбат!
Тарихты ашу
1869 жылы Менделеев кальций (40) мен титанның (48) арасындағы атомдық массадағы алшақтықты байқап, мұнда да ашылмаған аралық атомдық масса элементі бар деп болжаған. Оның оксиді X ₂ O Å деп болжаған. Скандийді 1879 жылы Швециядағы Упсала университетінің қызметкері Ларс Фредерик Нильсон ашқан. Ол металл оксидтерінің 8 түрін құрайтын күрделі кен – қара сирек алтын кенішінен өндірді. Ол шығарып алдыЭрбий (III) оксидіқара сирек алтын кенінен, және алынғанИтербий (III) оксидіосы оксидтен және одан жеңілірек элементтің тағы бір оксиді бар, оның спектрі оның белгісіз металл екенін көрсетеді. Бұл Менделеев болжаған метал, оның оксидіSc₂O₃. Скандий металының өзі өндірілгенСкандий хлоридіэлектролиттік балқыту арқылы 1937 ж.
Менделеев
Электрондық конфигурация
Электрондық конфигурация: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Скандий - балқу температурасы 1541 ℃ және қайнау температурасы 2831 ℃ болатын жұмсақ, күміс ақ өтпелі металл.
Ол ашылғаннан кейін көп уақыт бойы скандийдің қолданылуы оның өндірістегі қиындығына байланысты көрсетілмеді. Сирек жер элементтерін бөлу әдістерінің жетілдірілуімен скандий қосылыстарын тазарту үшін жетілген технологиялық ағын пайда болды. Скандий иттрий мен лантанидке қарағанда сілтілі болғандықтан, гидроксид ең әлсіз, сондықтан құрамында скандий бар сирек жер элементі аралас минерал сирек жер элементінен «қадамдық жауын-шашын» әдісімен Скандий (III) гидроксиді аммиакпен өңделгеннен кейін бөлінеді. ерітіндіге ауыстырылады. Басқа әдіс - нитраттың полярлық ыдырауы арқылы скандий нитратын бөлу. Скандий нитраты ең оңай ыдырайды, сондықтан скандийді бөлуге болады. Сонымен қатар, уран, торий, вольфрам, қалайы және басқа да пайдалы қазбалар кен орындарынан ілеспе скандийді кешенді қалпына келтіру де скандийдің маңызды көзі болып табылады.
Таза скандий қосылысын алғаннан кейін ол ScCl Å-ге айналады және KCl және LiCl-мен бірге балқытады. Балқытылған мырыш электролиз үшін катод ретінде пайдаланылады, бұл мырыш электродында скандийдің тұнбасын тудырады. Содан кейін металл скандий алу үшін мырыш буланады. Бұл өте белсенді химиялық қасиеттері бар жеңіл күміс ақ металл, ол ыстық сумен әрекеттесіп, сутегі газын түзе алады. Сонымен, сіз суретте көріп отырған металл скандий бөтелкеде тығыздалған және аргон газымен қорғалған, әйтпесе скандий тез жылтыр металл жылтырлығын жоғалтып, қою сары немесе сұр оксидті қабат түзеді.
Қолданбалар
Жарықтандыру өнеркәсібі
Скандийдің қолданылуы өте жарқын бағыттарда шоғырланған және оны Жарықтың Ұлы деп атасақ, артық айтқандық емес. Скандийдің алғашқы сиқырлы қаруы скандий натрий шамы деп аталады, оны мыңдаған үй шаруашылығына жарық әкелуге болады. Бұл металл галогенді Электр шамы: шам натрий йодидімен және скандий триодидімен толтырылған, ал скандий мен натрий фольгасы бір уақытта қосылады. Жоғары вольтты разряд кезінде скандий иондары және натрий иондары сәйкесінше өзіне тән сәулелену толқын ұзындығының сәулесін шығарады. Натрийдің спектрлік сызықтары 589,0 және 589,6 нм, екі атақты сары шамдар, ал скандийдің спектрлік сызықтары 361,3 ~ 424,7 нм, жақын ультракүлгін және көк жарық сәулелерінің сериясы. Олар бір-бірін толықтыратындықтан, өндірілген жалпы ашық түс ақ жарық болып табылады. Скандий натрий лампаларының жоғары жарық тиімділігі, жақсы жарық түсі, қуатты үнемдеу, ұзақ қызмет ету мерзімі және күшті тұманға қарсы қабілет сипаттамалары болғандықтан, оларды теледидар камераларында, алаңдарда, спорт алаңдарында және жолды жарықтандыруда кеңінен қолдануға болады. және үшінші буын жарық көздері ретінде белгілі. Қытайда шамның бұл түрі бірте-бірте жаңа технология ретінде алға жылжуда, ал кейбір дамыған елдерде шамның бұл түрі 1980 жылдардың басында кеңінен қолданыла бастады.
Скандийдің екінші сиқырлы қаруы - күн фотоэлектрлі элементтер, олар жерге шашыраған жарықты жинап, адамзат қоғамын қозғау үшін оны электр энергиясына айналдыра алады. Скандий металл оқшаулағыш жартылай өткізгіш кремний күн батареялары мен күн элементтеріндегі ең жақсы тосқауыл металл болып табылады.
Оның үшінші сиқырлы қаруы γ Сәуле көзі деп аталады, бұл сиқырлы қару өздігінен жарқырайды, бірақ мұндай жарық түрін жай көзбен қабылдай алмайды, бұл жоғары энергиялы фотон ағыны. Біз әдетте минералдардан 45Sc аламыз, бұл скандийдің жалғыз табиғи изотоптары. Әрбір 45Sc ядросында 21 протон және 24 нейтрон болады. γ Сәулелену көздері ретінде 46Sc жасанды радиоактивті изотопты пайдалануға болады немесе қатерлі ісіктердің сәулелік терапиясы үшін бақылаушы атомдарды да қолдануға болады. Сондай-ақ иттрий галий скандий гранат лазері сияқты қолданбалар бар.Скандий фторидішыны инфрақызыл Оптикалық талшық және теледидардағы скандиймен қапталған катод сәулесі түтігі. Скандий жарықтықпен туатын сияқты.
Қорытпа өнеркәсібі
Скандий өзінің элементтік түрінде алюминий қорытпаларын қоспалау үшін кеңінен қолданылады. Алюминийге бірнеше мыңдаған скандий қосылса, жаңа Al3Sc фазасы қалыптасады, ол алюминий қорытпасында Метаморфизм рөлін атқарады және қорытпаның құрылымы мен қасиеттерін айтарлықтай өзгертеді. 0,2% ~ 0,4% Sc қосу (бұл үйде қуырылған көкөністерді араластыру үшін тұз қосу үлесіне шынымен ұқсас, аз ғана қажет) қорытпаның қайта кристалдану температурасын 150-200 ℃ жоғарылатуы және жоғары температураны айтарлықтай жақсартуы мүмкін. -температуралық беріктік, құрылымдық тұрақтылық, дәнекерлеу өнімділігі және коррозияға төзімділік. Ол сондай-ақ жоғары температурада ұзақ мерзімді жұмыс кезінде оңай болатын морттану құбылысын болдырмайды. Жоғары беріктігі мен қаттылығы жоғары алюминий қорытпасы, жаңа жоғары берік коррозияға төзімді дәнекерленген алюминий қорытпасы, жаңа жоғары температуралы алюминий қорытпасы, жоғары беріктікке нейтронды сәулеленуге төзімді алюминий қорытпасы және т.б., аэроғарыш, авиация, кемелер, ядролық реакторлар, жеңіл көліктер мен жүрдек пойыздар.
Скандий сонымен қатар темір үшін тамаша модификатор болып табылады, ал аз мөлшерде скандий шойынның беріктігі мен қаттылығын айтарлықтай жақсарта алады. Сонымен қатар, скандий жоғары температуралы вольфрам және хром қорытпалары үшін қоспа ретінде де пайдаланылуы мүмкін. Әрине, басқаларға үйлену киімін жасаумен қатар, скандийдің балқу температурасы жоғары және оның тығыздығы алюминийге ұқсас, сонымен қатар скандий титан қорытпасы және скандий магний қорытпасы сияқты жоғары балқу температурасы бар жеңіл қорытпаларда қолданылады. Дегенмен, оның жоғары бағасына байланысты, ол әдетте ғарыш кемелері мен зымырандар сияқты жоғары деңгейлі өндіріс салаларында ғана қолданылады.
Керамикалық материал
Скандий, бір зат, әдетте қорытпаларда қолданылады, ал оның оксидтері керамикалық материалдарда дәл осылай маңызды рөл атқарады. Қатты оксидті отын ұяшықтары үшін электрод материалы ретінде пайдалануға болатын тетрагональды цирконий керамикалық материалдың бірегей қасиеті бар, бұл электролиттің өткізгіштігі қоршаған ортадағы температура мен оттегі концентрациясының жоғарылауымен артады. Алайда, бұл керамикалық материалдың кристалдық құрылымының өзі тұрақты өмір сүре алмайды және өнеркәсіптік құндылығы жоқ; Оның бастапқы қасиеттерін сақтау үшін осы құрылымды түзете алатын кейбір заттарды допингтеу қажет. 6~10% скандий оксидін қосу бетон конструкциясына ұқсайды, осылайша цирконийді шаршы торда тұрақтандыруға болады.
Сондай-ақ тығыздағыштар мен тұрақтандырғыштар ретінде жоғары беріктікке және жоғары температураға төзімді кремний нитриді сияқты инженерлік керамикалық материалдар бар.
Тығыздаушы ретінде,Скандий оксидіұсақ бөлшектердің шетінде Sc2Si2O7 отқа төзімді фазасын құра алады, осылайша инженерлік керамиканың жоғары температуралық деформациясын азайтады. Басқа оксидтермен салыстырғанда кремний нитридінің жоғары температуралық механикалық қасиеттерін жақсырақ жақсарта алады.
Каталитикалық химия
Химиялық инженерияда скандий жиі катализатор ретінде пайдаланылады, ал Sc2O3 этанолды немесе изопропанолды сусыздандыру және тотықсыздандыру, сірке қышқылының ыдырауы және СО мен Н2-ден этилен алу үшін қолданылуы мүмкін. Құрамында Sc2O3 бар Pt Al катализаторы мұнай-химия өнеркәсібіндегі ауыр мұнайды гидрлеуді тазарту және тазарту процестерінің маңызды катализаторы болып табылады. Cumene сияқты каталитикалық крекинг реакцияларында Sc-Y цеолит катализаторының белсенділігі алюминий силикат катализаторынан 1000 есе жоғары; Кейбір дәстүрлі катализаторлармен салыстырғанда скандий катализаторларының даму болашағы өте жарқын болады.
Атом энергетикасы саласы
Жоғары температуралы реактордың ядролық отынында UO2-ге аз мөлшерде Sc2O3 қосу UO2-ден U3O8-ге түрлендіру нәтижесінде пайда болатын тордың өзгеруін, көлем ұлғаюын және крекингті болдырмайды.
Жанармай ұяшығы
Сол сияқты, никель сілті батареяларына 2,5% - 25% скандий қосу олардың қызмет ету мерзімін арттырады.
Ауыл шаруашылығы селекциясы
Ауыл шаруашылығында жүгері, қызылша, бұршақ, бидай және күнбағыс сияқты тұқымдарды скандий сульфатымен өңдеуге болады (концентрация әдетте 10-3 ~ 10-8 моль/л, әртүрлі өсімдіктер әртүрлі болады) және өнуді ынталандырудың нақты әсері қол жеткізілді. 8 сағаттан кейін тамырлар мен бүршіктердің құрғақ салмағы көшеттермен салыстырғанда сәйкесінше 37% және 78% өсті, бірақ механизм әлі зерттелуде.
Нильсеннің назарынан Атомдық массалық деректердің қарызына бүгінгі күнге дейін скандий адамдардың көзқарасына тек жүз немесе жиырма жыл ғана кірді, бірақ ол жүз жыл бойы орындықта отырды. Өткен ғасырдың аяғында материалтану қарқынды дамыған кезде ғана ол оған өміршеңдік әкелді. Бүгінгі таңда сирек жер элементтері, соның ішінде скандий, мыңдаған жүйелерде үнемі өзгеріп отыратын рөлдерді атқарып, күн сайын біздің өмірімізге көбірек қолайлылық әкелетін және өлшеуі одан да қиын экономикалық құндылықты тудыратын материалтанудағы ыстық жұлдыздарға айналды.
Жіберу уақыты: 29 маусым-2023 ж