Sكانديوم، مع رمز العنصر SC والعدد الذري البالغ 21 ، يمكن للذوبان بسهولة في الماء ، ويمكن أن يتفاعل مع الماء الساخن ، ويتظاهر بسهولة في الهواء. التكافؤ الرئيسي هو+3. غالبًا ما يتم خلطه مع الجادولينيوم ، الإربيوم ، وغيرها من العناصر ، مع انخفاض العائد ومحتوى حوالي 0.0005 ٪ في القشرة. غالبًا ما يتم استخدام Scandium لصنع سبائك خاصة بالزجاج وخفيفة الوزن.
في الوقت الحاضر ، لا يوجد سوى 2 مليون طن ، و 90 ~ 95 ٪ منها موجودة في خامات البوكسيت والفوسفوريت والحديد من التيتانيوم ، وجزء صغير في اليورانيوم ، والثوريوم ، والتنغستن ، والخامات الأرضية النادرة ، موزعة بشكل أساسي في روسيا ، الصين ، تاجيكستان ، مداغاسكار ، NORWAWAY. الصين غنية جدًا بموارد Scandium ، مع احتياطيات معدنية ضخمة تتعلق بـ Scandium. وفقًا للإحصاءات غير المكتملة ، تبلغ احتياطيات Scandium في الصين حوالي 600000 طن ، والتي وردت في رواسب البوكسيت والفوسفوريت ، ودائعات البورفيري والكوارتز الوريد التنغستن في جنوب الصين ، ودائعات أرضية نادرة في جنوب الصين ، ودائعات من الحديد الأرضي في بايان.
نظرًا لندرة Scandium ، فإن سعر Scandium مرتفع جدًا أيضًا ، وفي ذروته ، تم تضخيم سعر Scandium إلى 10 أضعاف سعر الذهب. على الرغم من انخفاض سعر Scandium ، إلا أنه لا يزال أربعة أضعاف سعر الذهب!
اكتشاف التاريخ
في عام 1869 ، لاحظت Mendeleev فجوة في الكتلة الذرية بين الكالسيوم (40) وتيتانيوم (48) ، وتوقع أن يكون هناك أيضًا عنصر كتلة ذرية وسيطة غير مكتشفة هنا. وتوقع أن أكسيدها هو x ₂ o Å. اكتشف Scandium في عام 1879 من قبل لارس فريدريك نيلسون من جامعة أوبسالا في السويد. قام باستخراجها من منجم الذهب النادر الأسود ، وهو خام معقد يحتوي على 8 أنواع من أكاسيد المعادن. لقد استخرجأكسيد erbium (III)من خام الذهب النادر الأسود ، وتم الحصول عليهytterbium (III) أكسيدمن هذا الأكسيد ، وهناك أكسيد آخر لعنصر أخف ، يظهر طيفه أنه معدن غير معروف. هذا هو المعدن الذي تنبأ به Mendeleev ، الذي يوجد أكسيدهsc₂o₃. تم إنتاج المعدن Scandium نفسه منكلوريد سكانديومبواسطة الانصهار الكهربائي في عام 1937.
منديليف
تكوين الإلكترون
تكوين الإلكترون: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1
Scandium هو معدن انتقال أبيض ناعم وفضي مع نقطة انصهار من 1541 ℃ ونقطة غليان من 2831 ℃.
لفترة طويلة من الزمن بعد اكتشافها ، لم يظهر استخدام Scandium بسبب صعوبة الإنتاج. مع زيادة التحسن في طرق فصل العناصر الأرضية النادرة ، يوجد الآن تدفق عملية ناضج لتنقية مركبات الكوردة. نظرًا لأن سكانديوم أقل قلوية من Yttrium و Lanthanide ، فإن الهيدروكسيد هو الأضعف ، وبالتالي فإن العنصر الأرضي النادر المختلط الذي يحتوي على سكانديوم سيتم فصله عن عنصر الأرض النادر عن طريق "خطوة هطول الأمطار" عندما يتم التعامل مع الهيدروكسيد Scandium (III) مع الأمونيا بعد نقله إلى محلول. الطريقة الأخرى هي فصل نترات Scandium عن طريق التحلل القطبي للنترات. نظرًا لأن نترات Scandium هو الأسهل في التحلل ، يمكن فصل Scandium. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الانتعاش الشامل للسكانديوم المصاحب من اليورانيوم والثوريوم والتنغستن والقصدير والرواسب المعدنية الأخرى هو أيضًا مصدر مهم للسكانديوم.
بعد الحصول على مركب Scandium النقي ، يتم تحويله إلى SCCL Å ويذوب CO مع KCL و LICL. يتم استخدام الزنك المنصهر ككاثود للتحليل الكهربائي ، مما يتسبب في ترسب سكانديوم على قطب الزنك. ثم ، يتم تبخير الزنك للحصول على سكانديوم معدني. هذا هو المعدن الأبيض الفضي خفيف الوزن مع خصائص كيميائية نشطة للغاية ، والتي يمكن أن تتفاعل مع الماء الساخن لتوليد غاز الهيدروجين. لذلك يتم ختم السكانف المعدني الذي تراه في الصورة في زجاجة ومحمية بغاز الأرجون ، وإلا فإن Scandium سيشكل بسرعة طبقة من أكسيد صفراء أو رمادية داكنة ، وفقدان بريقه المعدني اللامع.
التطبيقات
صناعة الإضاءة
تتركز استخدامات Scandium في اتجاهات مشرقة للغاية ، وليس من المبالغة أن نسميها ابن الضوء. يُطلق على أول سلاح سحري من Scandium مصباح Scandium Sodium ، والذي يمكن استخدامه لجلب الضوء إلى الآلاف من الأسر. هذا هو الضوء الكهربائي للهاليد المعدني: تمتلئ المصباح مع يوديد الصوديوم وثيوديد الصوديوم ، ويتم إضافة رقائق Scandium و Sodium في نفس الوقت. أثناء إفرازات الجهد العالي ، تنبعث أيونات سكانديوم وأيونات الصوديوم على التوالي من ضوء موجاتها المميزة للانبعاثات. الخطوط الطيفية للصوديوم هي 589.0 و 589.6 نانومتر ، واثنين من المصابيح الصفراء الشهيرة ، في حين أن الخطوط الطيفية من Scandium هي 361.3 ~ 424.7 نانومتر ، سلسلة من الانبعاثات الأشعة فوق البنفسجية والأزرق القريبة. لأنها تكمل بعضها البعض ، فإن لون الضوء الإجمالي المنتج هو الضوء الأبيض. وذلك على وجه التحديد لأن مصابيح الصوديوم Scandium لها خصائص الكفاءة المضيئة العالية ، واللون الفاتح الجيد ، وتوفير الطاقة ، وحياة الخدمة الطويلة ، وقدرة كسر الضباب القوية التي يمكن استخدامها على نطاق واسع في كاميرات التلفزيون ، والساحات ، والأماكن الرياضية ، وإضاءة الطرق ، وتعرف باسم مصادر الضوء من الجيل الثالث. في الصين ، يتم ترقية هذا النوع من المصباح تدريجياً كتقنية جديدة ، بينما في بعض البلدان المتقدمة ، كان هذا النوع من المصباح يستخدم على نطاق واسع في أوائل الثمانينيات.
السلاح السحري الثاني من Scandium هو خلايا الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، والتي يمكن أن تجمع الضوء المنتشرة على الأرض وتحويله إلى كهرباء لدفع المجتمع البشري. Scandium هو أفضل معدن حاجز في عازل معدني أشباه الموصلات الخلايا الشمسية والخلايا الشمسية.
يطلق على سلاحه السحري الثالث مصدرًا للأشعة ، ويمكن أن يلمع هذا السلاح السحري بشكل مشرق من تلقاء نفسه ، ولكن لا يمكن استلام هذا النوع من الضوء من خلال العين المجردة ، إنه تدفق فوتون عالي الطاقة. عادةً ما نستخرج 45SC من المعادن ، وهي النظائر الطبيعية الوحيدة من Scandium. كل نواة 45SC تحتوي على 21 بروتون و 24 نيوترون. يمكن استخدام 46SC ، وهو نظير إشعاعي اصطناعي ، كمصادر إشعاعية γ أو ذرات التتبع أيضًا للعلاج الإشعاعي للأورام الخبيثة. هناك أيضًا تطبيقات مثل Yttrium Gallium Scandium Garnet Laser ،الفلورايد Scandiumالألياف البصرية بالأشعة تحت الحمراء الزجاجية ، وأنبوب أشعة الكاثود المغلفة على التلفزيون. يبدو أن Scandium يولد مع السطوع.
صناعة السبائك
تم استخدام Scandium في شكله الأولي على نطاق واسع لسبائك الألومنيوم المنشطات. طالما تتم إضافة بضعة آلاف من سكانديوم إلى الألومنيوم ، سيتم تشكيل مرحلة AL3SC جديدة ، والتي ستلعب دورًا متحولًا في سبيكة الألومنيوم وجعل بنية وخصائص السبائك تتغير بشكل كبير. إن إضافة 0.2 ٪ ~ 0.4 ٪ SC (وهو ما يشبه حقًا نسبة إضافة الملح إلى تحريك الخضار المقلية في المنزل ، لا يلزم سوى القليل) إلى زيادة درجة حرارة إعادة التبلور للسبائك بمقدار 150-200 ℃ ، وتحسين قوة درجة الحرارة العالية بشكل كبير ، والاستقرار الهيكلي ، وأداء اللحام ، ومقاومة التآكل. يمكن أن يتجنب أيضًا ظاهرة الحضور التي يسهل حدوثها أثناء العمل على المدى الطويل في درجات حرارة عالية. سبيكة ألمنيوم عالية القوة وسبائك الألومنيوم عالية الصلابة ، وسبائك الألومنيوم القابل لحام قابلة للذاكرة عالية القوة ، وسبائك الألومنيوم الجديدة عالية الحرارة ، والسبائك المصنوعة من ألومنيوم ناتوي عالي القوة ، والسيارات الخفيفة ، والدراجات ذات السرعة العالية للغاية.
يعد Scandium أيضًا معدلًا ممتازًا للحديد ، ويمكن أن يحسن كمية صغيرة من سكانديوم بشكل كبير من قوة وصلابة الحديد الزهر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا استخدام Scandium كمضاف لسبائك التنغستن ذات درجة الحرارة العالية وسبائك الكروم. بطبيعة الحال ، بالإضافة إلى صنع ملابس الزفاف للآخرين ، فإن Scandium لديه نقطة انصهار عالية وكثافته تشبه الألومنيوم ، وتستخدم أيضًا في سبائك ذوبان خفيفة الوزن للغاية مثل سبيكة التيتانيوم Scandium وسبائك المغنيسيوم Scandium. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع سعره ، يتم استخدامه بشكل عام فقط في الصناعات التحويلية المتطورة مثل المكوكات الفضائية والصواريخ.
مادة السيراميك
يتم استخدام Scandium ، مادة واحدة ، بشكل عام في السبائك ، وأكاسيده تلعب دورًا مهمًا في المواد السيراميكية بطريقة مماثلة. تحتوي مادة السيراميك رباعي الزركونيا ، والتي يمكن استخدامها كمواد قطب كهربائي لخلايا وقود أكسيد الصلبة ، على خاصية فريدة حيث تزداد الموصلية لهذا المنحل بالكهرباء مع زيادة درجة الحرارة وتركيز الأكسجين في البيئة. ومع ذلك ، فإن التركيب البلوري لهذه المادة الخزفية نفسها لا يمكن أن يكون ثابتًا وليس له قيمة صناعية ؛ من الضروري نشر بعض المواد التي يمكنها إصلاح هذا الهيكل من أجل الحفاظ على خصائصه الأصلية. إضافة 6 ~ 10 ٪ أكسيد سكانديوم يشبه بنية خرسانية ، بحيث يمكن استقرار الزركونيا على شبكة مربعة.
هناك أيضًا مواد هندسية للسيراميك مثل نيتريد السيليكون عالي القوة ودرجات الحرارة العالية مثل الكثافة والمثبتات.
ككثافة ،أكسيد سكانديوميمكن أن تشكل طور حراري SC2SI2O7 على حافة الجزيئات الدقيقة ، مما يقلل من تشوه درجات الحرارة العالية للسيراميك الهندسي. بالمقارنة مع الأكاسيد الأخرى ، يمكن أن يحسن بشكل أفضل من الخواص الميكانيكية ذات درجة الحرارة العالية لنيتريد السيليكون.
الكيمياء الحفزية
في الهندسة الكيميائية ، غالبًا ما يتم استخدام Scandium كمحفز ، بينما يمكن استخدام SC2O3 للجفاف وإزالة الأكسدة من الإيثانول أو الأيزوبروبانول ، وتحلل حمض الأسيتيك ، وإنتاج الإيثيلين من CO و H2. يعد محفز Pt al الذي يحتوي على SC2O3 أيضًا محفزًا مهمًا لتنقية هدروس الزيت الثقيل وعمليات التكرير في صناعة البتروكيماويات. في تفاعلات التكسير الحفزية مثل cumene ، يكون نشاط محفز الزيوليت SC-Y أعلى 1000 مرة من محفز سيليكات الألومنيوم ؛ بالمقارنة مع بعض المحفزات التقليدية ، ستكون آفاق تطوير محفزات Scandium مشرقة للغاية.
صناعة الطاقة النووية
إن إضافة كمية صغيرة من SC2O3 إلى UO2 في الوقود النووي للمفاعل عالي درجة الحرارة يمكن أن تتجنب تحول الشبكة ، وزيادة الحجم ، والتكسير الناجم عن تحويل UO2 إلى U3O8.
خلية الوقود
وبالمثل ، فإن إضافة 2.5 ٪ إلى 25 ٪ من سكانديوم إلى بطاريات القلويات النيكل سيزيد من عمر خدمتها.
تربية الزراعة
في الزراعة ، يمكن معالجة البذور مثل الذرة والبنجر والبازلاء والقمح وعباد الشمس بكبريتات سكانديوم (يتراوح التركيز بشكل عام من 10-3 ~ 10-8MOL/لتر ، سيكون لدى النباتات المختلفة مختلفة) ، وقد تم تحقيق التأثير الفعلي للإنبات الترويجي. بعد 8 ساعات ، زاد الوزن الجاف للجذور والبراعم بنسبة 37 ٪ و 78 ٪ على التوالي مقارنة بالشتلات ، لكن الآلية لا تزال قيد الدراسة.
من انتباه نيلسن إلى ديون البيانات الجماعية الذرية إلى اليوم ، دخل Scandium في رؤية الناس لمدة مائة أو عشرين عامًا فقط ، لكنها جلس على مقاعد البدلاء لمدة مائة عام تقريبًا. لم يكن حتى التطور القوي لعلوم المواد في أواخر القرن الماضي هو الذي جلبه حيوية. اليوم ، أصبحت العناصر الأرضية النادرة ، بما في ذلك Scandium ، نجومًا ساخنة في علوم المواد ، حيث تلعب أدوارًا متغيرة باستمرار في الآلاف من الأنظمة ، مما يجلب المزيد من الراحة لحياتنا كل يوم ، وخلق قيمة اقتصادية يصعب قياسها.
وقت النشر: يونيو -29-2023