Skandis, kurio elemento simbolis Sc ir atominis skaičius 21, lengvai tirpsta vandenyje, gali sąveikauti su karštu vandeniu ir lengvai tamsėja ore. Jo pagrindinis valentingumas yra +3. Jis dažnai maišomas su gadoliniu, erbiu ir kitais elementais, išeiga maža ir jo kiekis plutoje sudaro maždaug 0,0005 %. Skandis dažnai naudojamas specialiam stiklui ir lengviems aukštos temperatūros lydiniams gaminti.
Šiuo metu pasaulyje patvirtintos skandžio atsargos tesiekia 2 milijonus tonų, iš kurių 90–95 % sudaro boksito, fosforito ir geležies bei titano rūdos, o nedidelė dalis – urano, torio, volframo ir retųjų žemių rūdos, daugiausia išsibarsčiusios Rusijoje, Kinijoje, Tadžikistane, Madagaskare, Norvegijoje ir kitose šalyse. Kinija yra labai turtinga skandžio išteklių, joje yra didžiulių su skandžiu susijusių mineralų atsargų. Remiantis nepilna statistika, skandžio atsargos Kinijoje siekia apie 600 000 tonų, kurios yra boksito ir fosforito telkiniuose, porfyro ir kvarco gyslų volframo telkiniuose Pietų Kinijoje, retųjų žemių telkiniuose Pietų Kinijoje, Bajan Obo retųjų žemių geležies rūdos telkinyje Vidinėje Mongolijoje ir Pandžihua vanadžio titano magnetito telkinyje Sičuane.
Dėl skandžio trūkumo skandžio kaina taip pat yra labai didelė, o piko metu skandžio kaina buvo išpūsta iki 10 kartų didesnė už aukso kainą. Nors skandžio kaina nukrito, ji vis dar yra keturis kartus didesnė už aukso kainą!
Istorijos atradimas
1869 m. Mendelejevas pastebėjo atominės masės skirtumą tarp kalcio (40) ir titano (48) ir numatė, kad čia taip pat yra neatrastas tarpinės atominės masės elementas. Jis numatė, kad jo oksidas yra X₂OÅ. Skandį 1879 m. atrado Larsas Frederikas Nilsonas iš Upsalos universiteto Švedijoje. Jis jį išgavo iš juodojo reto aukso kasyklos – sudėtingos rūdos, kurioje yra 8 rūšių metalų oksidų. Jis išgavoErbio(III) oksidasiš juodojo retojo aukso rūdos ir gautasIterbio(III) oksidasiš šio oksido, ir yra kitas lengvesnio elemento oksidas, kurio spektras rodo, kad tai nežinomas metalas. Tai Mendelejevo numatytas metalas, kurio oksidas yraSc₂O₃Pats skandžio metalas buvo pagamintas išSkandžio chloridaselektrolizės būdu 1937 m.
Mendelejevas
Elektronų konfigūracija
Elektronų konfigūracija: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandis yra minkštas, sidabriškai baltas pereinamasis metalas, kurio lydymosi temperatūra yra 1541 ℃, o virimo temperatūra – 2831 ℃.
Ilgą laiką po skandžio atradimo jo naudojimas nebuvo demonstruojamas dėl jo gamybos sunkumų. Tobulėjant retųjų žemių elementų atskyrimo metodams, dabar yra brandus skandžio junginių valymo procesas. Kadangi skandis yra mažiau šarminis nei itris ir lantanidas, hidroksidas yra silpniausias, todėl retųjų žemių elementų mišrus mineralas, kuriame yra skandžio, bus atskirtas nuo retųjų žemių elemento „laipsniško nusodinimo“ metodu, kai skandžio (III) hidroksidas, perkeltas į tirpalą, yra apdorojamas amoniaku. Kitas metodas yra skandžio nitrato atskyrimas poliariniu nitrato skaidymu. Kadangi skandžio nitratas skaidosi lengviausiai, skandį galima atskirti. Be to, išsamus lydinčio skandžio išgavimas iš urano, torio, volframo, alavo ir kitų mineralų telkinių taip pat yra svarbus skandžio šaltinis.
Gavus gryną skandžio junginį, jis paverčiamas ScCl₃Å ir kartu lydomas su KCl ir LiCl. Išlydytas cinkas naudojamas kaip katodas elektrolizei, dėl ko ant cinko elektrodo nusėda skandis. Tada cinkas išgarinamas, kad būtų gautas metalinis skandis. Tai lengvas sidabriškai baltas metalas, pasižymintis labai aktyviomis cheminėmis savybėmis, kuris gali reaguoti su karštu vandeniu ir išsklaidyti vandenilio dujas. Taigi, paveikslėlyje matomas metalinis skandis yra sandariai uždarytas butelyje ir apsaugotas argono dujomis, kitaip skandis greitai suformuos tamsiai geltoną arba pilką oksido sluoksnį ir praras savo blizgantį metalinį blizgesį.
Paraiškos
Apšvietimo pramonė
Skandžio panaudojimas sutelktas labai ryškiose kryptyse, ir ne perdėta jį vadinti Šviesos Sūnumi. Pirmasis skandžio magiškasis ginklas vadinamas skandžio-natrio lempa, kuria galima apšviesti tūkstančius namų ūkių. Tai metalo halogenidinė elektrinė lempa: lemputė pripildyta natrio jodido ir skandžio trijodido, o tuo pačiu metu pridedama skandžio ir natrio folijos. Aukštos įtampos išlydžio metu skandžio ir natrio jonai atitinkamai skleidžia jiems būdingo emisijos bangos ilgio šviesą. Natrio spektrinės linijos yra 589,0 ir 589,6 nm – dvi garsiosios geltonos šviesos, o skandžio spektrinės linijos yra 361,3–424,7 nm – tai artimosios ultravioletinės ir mėlynos šviesos emisijų serija. Kadangi jos viena kitą papildo, bendra išgaunama šviesos spalva yra balta. Būtent dėl to, kad skandžio-natrio lempos pasižymi dideliu šviesos efektyvumu, gera šviesos spalva, taupo energiją, yra ilgaamžės ir stipriai slopina rūką, jos gali būti plačiai naudojamos televizijos kamerose, aikštėse, sporto vietose ir kelių apšvietime, ir yra žinomos kaip trečios kartos šviesos šaltiniai. Kinijoje šio tipo lempos pamažu reklamuojamos kaip nauja technologija, o kai kuriose išsivysčiusiose šalyse šio tipo lempos buvo plačiai naudojamos jau devintojo dešimtmečio pradžioje.
Antrasis skandžio stebuklingas ginklas yra saulės fotovoltiniai elementai, kurie gali surinkti ant žemės išsklaidytą šviesą ir paversti ją elektra, kuria varoma žmonių visuomenė. Skandis yra geriausias barjerinis metalas metaliniuose izoliatoriuose, puslaidininkiniuose silicio saulės elementuose ir saulės elementuose.
Trečiasis jo magiškasis ginklas vadinamas γA spindulių šaltiniu. Šis magiškasis ginklas gali ryškiai šviesti pats, tačiau tokios šviesos plika akis nematyti, tai yra didelės energijos fotonų srautas. Paprastai 45Sc išgauname iš mineralų, tai vieninteliai natūralūs skandžio izotopai. Kiekviename 45Sc branduolyje yra 21 protonas ir 24 neutronai. 46Sc, dirbtinis radioaktyvus izotopas, gali būti naudojamas kaip γ spinduliuotės šaltiniai arba žymekliai, taip pat gali būti naudojami piktybinių navikų radioterapijai. Taip pat yra tokių pritaikymų kaip itrio, galio, skandžio granato lazeris,Skandžio fluoridasStiklinis infraraudonųjų spindulių optinis pluoštas ir skandžiu padengtas katodinių spindulių vamzdis televizijoje. Atrodo, kad skandis gimsta kartu su ryškumu.
Lydinių pramonė
Skandis savo elementine forma buvo plačiai naudojamas aliuminio lydiniams legiruoti. Į aliuminį pridėjus kelias tūkstantąsias skandžio dalis, susidarys nauja Al3Sc fazė, kuri atliks metamorfizmo vaidmenį aliuminio lydinyje ir žymiai pakeis lydinio struktūrą bei savybes. Pridėjus 0,2–0,4 % Sc (tai iš tikrųjų yra panašu į druskos kiekį, įdedant į namuose keptas daržoves, tereikia nedidelio kiekio), lydinio rekristalizacijos temperatūra gali padidėti 150–200 ℃ ir žymiai pagerinti aukštos temperatūros stiprumą, konstrukcijos stabilumą, suvirinimo savybes ir atsparumą korozijai. Tai taip pat gali padėti išvengti trapumo reiškinio, kuris lengvai atsiranda ilgalaikio darbo aukštoje temperatūroje metu. Didelio stiprumo ir didelio atsparumo aliuminio lydiniai, nauji didelio stiprumo, korozijai atsparūs suvirinami aliuminio lydiniai, nauji aukštos temperatūros aliuminio lydiniai, didelio stiprumo, neutronų spinduliuotei atsparūs aliuminio lydiniai ir kt. turi labai patrauklias plėtros perspektyvas aviacijos, kosmoso, laivų, branduolinių reaktorių, lengvųjų transporto priemonių ir greitųjų traukinių srityse.
Skandis taip pat yra puikus geležies modifikatorius, o nedidelis skandžio kiekis gali žymiai pagerinti ketaus stiprumą ir kietumą. Be to, skandis taip pat gali būti naudojamas kaip priedas aukštos temperatūros volframo ir chromo lydiniams. Žinoma, be vestuvinių drabužių gamybos kitiems, skandis turi aukštą lydymosi temperatūrą, o jo tankis yra panašus į aliuminio, be to, jis naudojamas aukštos lydymosi temperatūros lengvuosiuose lydiniuose, tokiuose kaip skandžio titano lydinys ir skandžio magnio lydinys. Tačiau dėl didelės kainos jis paprastai naudojamas tik aukštos klasės gamybos pramonės šakose, tokiose kaip erdvėlaiviai ir raketos.
Keraminė medžiaga
Skandis, viena medžiaga, paprastai naudojama lydiniuose, o jo oksidai panašiai atlieka svarbų vaidmenį keraminėse medžiagose. Tetragoninė cirkonio oksido keraminė medžiaga, kuri gali būti naudojama kaip kietojo oksido kuro elementų elektrodų medžiaga, pasižymi unikalia savybe, nes šio elektrolito laidumas didėja didėjant aplinkos temperatūrai ir deguonies koncentracijai. Tačiau pati šios keraminės medžiagos kristalinė struktūra negali egzistuoti stabiliai ir neturi pramoninės vertės; norint išlaikyti originalias savybes, būtina į ją įmaišyti kai kurių medžiagų, kurios galėtų fiksuoti šią struktūrą. 6–10 % skandžio oksido pridėjimas sukuria panašią į betono struktūrą, todėl cirkonis gali būti stabilizuotas ant kvadratinės gardelės.
Taip pat yra inžinerinių keraminių medžiagų, tokių kaip didelio stiprumo ir aukštai temperatūrai atsparus silicio nitridas, kaip tankintuvai ir stabilizatoriai.
Kaip tankinimo priemonė,Skandžio oksidasSmulkių dalelių kraštuose gali sudaryti ugniai atsparią fazę Sc2Si2O7, taip sumažinant inžinerinės keramikos deformaciją aukštoje temperatūroje. Palyginti su kitais oksidais, jis gali geriau pagerinti silicio nitrido mechanines savybes aukštoje temperatūroje.
Katalizinė chemija
Chemijos inžinerijoje skandis dažnai naudojamas kaip katalizatorius, o Sc2O3 gali būti naudojamas etanolio arba izopropanolio dehidratacijai ir deoksidacijai, acto rūgšties skaidymui ir etileno gamybai iš CO ir H2. PtAl katalizatorius, kuriame yra Sc2O3, taip pat yra svarbus katalizatorius sunkiųjų alyvų hidrinimo, valymo ir rafinavimo procesuose naftos chemijos pramonėje. Katalizinio krekingo reakcijose, tokiose kaip kumenas, Sc-Y ceolito katalizatoriaus aktyvumas yra 1000 kartų didesnis nei aliuminio silikato katalizatoriaus; Palyginti su kai kuriais tradiciniais katalizatoriais, skandžio katalizatorių plėtros perspektyvos bus labai šviesios.
Branduolinės energijos pramonė
Į UO2 į aukštos temperatūros reaktoriaus branduolinį kurą įdėjus nedidelį kiekį Sc2O3, galima išvengti gardelės transformacijos, tūrio padidėjimo ir įtrūkimų, kuriuos sukelia UO2 virsmas į U3O8.
Kuro elementas
Panašiai, į nikelio šarmo baterijas įpylus 2,5–25 % skandžio, pailgės jų tarnavimo laikas.
Žemės ūkio veisimas
Žemės ūkyje tokias sėklas kaip kukurūzai, burokėliai, žirniai, kviečiai ir saulėgrąžos galima apdoroti skandžio sulfatu (koncentracija paprastai yra 10⁻³–10⁻¹⁸ mol/l, skirtingi augalai turės skirtingą poveikį), ir jau pasiektas tikrasis dygimo skatinimo poveikis. Po 8 valandų šaknų ir pumpurų sausoji masė padidėjo atitinkamai 37 % ir 78 %, palyginti su daigais, tačiau mechanizmas vis dar tiriamas.
Nuo Nielseno dėmesio atominės masės duomenų skolai iki šių dienų skandis žmonių akiratyje pasirodė tik prieš šimtą ar dvidešimt metų, tačiau beveik šimtą metų jis praleido vietoje. Tik po spartaus medžiagų mokslo vystymosi praėjusio amžiaus pabaigoje jis suteikė jam gyvybingumo. Šiandien retųjų žemių elementai, įskaitant skandį, tapo karštomis medžiagų mokslo žvaigždėmis, atliekančiomis nuolat kintančius vaidmenis tūkstančiuose sistemų, kasdien suteikiančiomis daugiau patogumo mūsų gyvenimui ir kuriančios ekonominę vertę, kurią dar sunkiau išmatuoti.
Įrašo laikas: 2023 m. birželio 29 d.