Skandis, su elemento simboliu Sc ir atominiu numeriu 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 mažai, o plutoje yra apie 0,0005 %. Skandis dažnai naudojamas specialiam stiklui ir lengviems aukštos temperatūros lydiniams gaminti.
Šiuo metu įrodytos skandžio atsargos pasaulyje yra tik 2 milijonai tonų, iš kurių 90–95% yra boksito, fosforito ir geležies titano rūdose, o nedidelė dalis – urano, torio, volframo ir retųjų žemių rūdose, daugiausia. platinama Rusijoje, Kinijoje, Tadžikistane, Madagaskare, Norvegijoje ir kitose šalyse. Kinija yra labai turtinga skandžio išteklių, o su skandžiu susijusių mineralų atsargos yra didžiulės. Remiantis neišsamia statistika, skandžio atsargos Kinijoje yra apie 600 000 tonų, kurios yra boksito ir fosforito telkiniuose, porfyro ir kvarco gyslų volframo telkiniuose Pietų Kinijoje, retųjų žemių telkiniuose Pietų Kinijoje, Bayan Obo retųjų žemių geležies rūdos telkiniuose Vidinė Mongolija ir Panzhihua vanadžio titano magnetito telkinys Sičuane.
Dėl skandžio stygiaus skandžio kaina taip pat labai aukšta, o savo piko metu skandžio kaina buvo išpūsta iki 10 kartų aukso kainos. Nors skandžio kaina krito, ji vis dar keturis kartus viršija aukso kainą!
Istorijos atradimas
1869 metais Mendelejevas pastebėjo atominės masės atotrūkį tarp kalcio (40) ir titano (48) ir numatė, kad čia taip pat yra neatrastas tarpinis atominės masės elementas. Jis numatė, kad jo oksidas yra X ₂ O Å. Skandį 1879 m. atrado Larsas Frederikas Nilsonas iš Upsalos universiteto Švedijoje. Jis išgavo jį iš juodojo reto aukso kasyklos – sudėtingos rūdos, kurioje yra 8 rūšių metalų oksidai. Jis ištraukėErbio(III) oksidasiš juodo reto aukso rūdos, ir gautasIterbio(III) oksidasiš šio oksido, ir yra kitas lengvesnio elemento oksidas, kurio spektras rodo, kad tai nežinomas metalas. Tai yra Mendelejevo numatytas metalas, kurio oksidas yraSc₂O3. Pats skandžio metalas buvo pagamintas išSkandio chloridaselektrolitiniu lydymu 1937 m.
Mendelejevas
Elektronų konfigūracija
Elektronų konfigūracija: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandis yra minkštas sidabro baltumo pereinamasis metalas, kurio lydymosi temperatūra yra 1541 ℃ ir virimo temperatūra 2831 ℃.
Ilgą laiką po jo atradimo skandžio naudojimas nebuvo įrodytas dėl jo gamybos sunkumų. Vis 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, kurio sudėtyje yra skandžio, bus atskirtas nuo retųjų žemių elemento „pakopinio nusodinimo“ metodu, kai skandžio(III) hidroksidas apdorojamas amoniaku. perkeliamas į tirpalą. Kitas būdas yra skandžio nitrato atskyrimas poliarinio nitrato skaidymo būdu. Kadangi skandžio nitratas yra lengviausiai skaidomas, skandį galima atskirti. Be to, visapusiškas skandžio išgavimas iš urano, torio, volframo, alavo ir kitų mineralų telkinių taip pat yra svarbus skandžio šaltinis.
Gavęs gryną skandžio junginį, jis paverčiamas ScCl Å ir lydomas kartu su KCl ir LiCl. Išlydytas cinkas naudojamas kaip elektrolizės katodas, todėl ant cinko elektrodo nusėda skandis. Tada cinkas išgarinamas, kad būtų gautas metalinis skandis. Tai lengvas sidabrinis baltas metalas, pasižymintis labai aktyviomis cheminėmis savybėmis, galintis reaguoti su karštu vandeniu ir generuoti vandenilio dujas. Taigi metalinis skandis, kurį matote paveikslėlyje, yra sandariai uždarytas butelyje ir apsaugotas argono dujomis, kitaip skandis greitai suformuos tamsiai geltoną arba pilką oksido sluoksnį, praras savo blizgantį metalinį blizgesį.
Programos
Apšvietimo pramonė
Skandio panaudojimas sutelktas labai ryškiomis kryptimis, ir neperdeda jį vadinti Šviesos Sūnumi. Pirmasis magiškas skandžio ginklas vadinamas skandžio natrio lempa, kuria galima atnešti šviesą tūkstančiams namų ūkių. Tai metalo halogenidas Elektrinė lemputė: lemputė užpildyta natrio jodidu ir skandžio trijodidu, kartu pridedama skandžio ir natrio folijos. Aukštos įtampos išlydžio metu skandžio jonai ir natrio jonai atitinkamai skleidžia jiems būdingo emisijos bangos ilgio šviesą. Natrio spektrinės linijos yra 589,0 ir 589,6 nm, dvi garsios geltonos šviesos, o skandžio spektrinės linijos yra 361,3–424,7 nm, tai yra beveik ultravioletinių ir mėlynų spindulių serija. Kadangi jie papildo vienas kitą, bendra šviesa yra balta šviesa. Būtent dėl to, kad skandžio natrio lempos pasižymi dideliu šviesos efektyvumu, gera šviesos spalva, energijos taupymu, ilgu tarnavimo laiku ir stipriu rūko pramušimo gebėjimu, jas galima plačiai naudoti televizijos kamerose, aikštėse, sporto aikštelėse ir kelių apšvietimui, ir yra žinomi kaip trečiosios kartos šviesos šaltiniai. Kinijoje šio tipo lempos palaipsniui populiarinamos kaip nauja technologija, o kai kuriose išsivysčiusiose šalyse tokio tipo lempos buvo plačiai naudojamos jau devintojo dešimtmečio pradžioje.
Antrasis magiškas skandžio ginklas yra saulės fotovoltiniai elementai, galintys surinkti ant žemės išsklaidytą šviesą ir paversti ją elektra, kad paskatintų žmonių visuomenę. Skandis yra geriausias barjerinis metalas iš metalinių izoliatorių puslaidininkių silicio saulės elementų ir saulės elementų.
Trečiasis jo stebuklingas ginklas vadinamas γ A spindulių šaltiniu, šis stebuklingas ginklas gali šviesti ryškiai pats, tačiau tokios šviesos plika akimi priimti negalima, tai didelės energijos fotonų srautas. Paprastai iš mineralų išgauname 45Sc, kuris yra vienintelis natūralus skandžio izotopas. Kiekviename 45Sc branduolyje yra 21 protonas ir 24 neutronai. 46Sc, dirbtinis radioaktyvus izotopas, gali būti naudojamas kaip γ Radiacijos šaltiniai arba atsekamieji atomai taip pat gali būti naudojami piktybinių navikų radioterapijai. Taip pat yra tokių programų kaip itrio galio skandžio granato lazeris,Skandio fluoridasstiklo infraraudonųjų spindulių optinis pluoštas ir skandžiu dengtas katodinių spindulių vamzdis televizoriuje. Atrodo, kad skandis gimsta su ryškumu.
Lydinių pramonė
Skandis savo elementariu pavidalu buvo plačiai naudojamas aliuminio lydinių legiravimui. Kol į aliuminį bus dedama kelios tūkstantosios skandžio, susiformuos nauja Al3Sc fazė, kuri aliuminio lydinyje atliks metamorfizmo vaidmenį ir privers labai pasikeisti lydinio struktūra bei savybės. Pridėjus 0,2% ~ 0,4% Sc (kuris yra labai panašus į druskos įpylimą maišant keptas daržoves namuose, reikia tik šiek tiek) lydinio rekristalizavimo temperatūrą galima padidinti 150-200 ℃ ir žymiai pagerinti aukštą. - temperatūros stiprumas, konstrukcijos stabilumas, suvirinimo efektyvumas ir atsparumas korozijai. Taip pat galima išvengti trapumo reiškinio, kuris lengvai atsiranda ilgai dirbant aukštoje temperatūroje. Didelio stiprumo ir didelio kietumo aliuminio lydinys, naujas didelio stiprumo korozijai atsparus suvirinamas aliuminio lydinys, naujas aukštos temperatūros aliuminio lydinys, didelio stiprumo neutronų spinduliuotei atsparus aliuminio lydinys ir kt., turi labai patrauklias plėtros perspektyvas aviacijos, aviacijos, laivų, branduoliniai reaktoriai, lengvosios transporto priemonės ir greitieji traukiniai.
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 aukštos temperatūros volframo ir chromo lydinių priedas. Žinoma, skandis ne tik gamina vestuvinius drabužius kitiems, bet ir turi aukštą lydymosi temperatūrą, o jo tankis panašus į aliuminio, taip pat naudojamas aukštos lydymosi temperatūros lengvuose lydiniuose, tokiuose kaip skandžio titano lydinys ir skandžio magnio lydinys. Tačiau dėl didelės kainos jis paprastai naudojamas tik aukščiausios klasės gamybos pramonėje, pavyzdžiui, erdvėlaiviuose ir raketose.
Keraminė medžiaga
Skandis, viena medžiaga, paprastai naudojamas lydiniuose, o jo oksidai panašiai atlieka svarbų vaidmenį keraminėse medžiagose. Ketrakampė cirkonio oksido keramikos medžiaga, kuri gali būti naudojama kaip kietojo oksido kuro elementų elektrodų medžiaga, turi unikalią savybę, kai šio elektrolito laidumas didėja didėjant temperatūrai ir deguonies koncentracijai aplinkoje. Tačiau pati šios keraminės medžiagos kristalinė struktūra negali stabiliai egzistuoti ir neturi pramoninės vertės; Kai kurias medžiagas, kurios gali pataisyti šią struktūrą, būtina dopinguoti, kad būtų išlaikytos pirminės savybės. 6–10% skandžio oksido pridėjimas yra tarsi betoninė konstrukcija, todėl cirkonis gali būti stabilizuotas ant kvadratinių grotelių.
Taip pat yra inžinerinių keraminių medžiagų, tokių kaip didelio stiprumo ir aukštai temperatūrai atsparus silicio nitridas, kaip tankintuvai ir stabilizatoriai.
Kaip tankinimo priemonė,Skandio oksidassmulkių dalelių krašte 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. Pt Al katalizatorius, kurio sudėtyje yra Sc2O3, taip pat yra svarbus katalizatorius naftos hidrinimo gryninimo 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 ryškios.
Branduolinės energijos pramonė
Pridėjus nedidelį kiekį Sc2O3 į UO2 į aukštos temperatūros reaktoriaus branduolinį kurą, galima išvengti gardelės transformacijos, tūrio padidėjimo ir įtrūkimų, kuriuos sukelia UO2 konversija į U3O8.
Kuro elementas
Panašiai į nikelio šarmines baterijas pridėjus 2,5–25 % skandžio, jų tarnavimo laikas pailgės.
Žemės ūkio veisimas
Žemės ūkyje sėklas, tokias kaip kukurūzai, burokėliai, žirniai, kviečiai ir saulėgrąžos, galima apdoroti skandžio sulfatu (koncentracija paprastai yra 10–3–10–8 mol/l, skirtingi augalai turės skirtingą poveikį), o tikrasis daigumo skatinimo poveikis. buvo pasiekta. Po 8 valandų šaknų ir pumpurų sausoji masė padidėjo atitinkamai 37% ir 78%, palyginti su sodinukais, tačiau mechanizmas vis dar tiriamas.
Nuo Nielseno dėmesio atominės masės duomenų skolai iki šių dienų skandis pateko į žmonių regėjimą tik šimtą ar dvidešimt metų, bet beveik šimtą metų sėdėjo teisiamųjų suole. Tik energinga medžiagų mokslo raida praėjusio amžiaus pabaigoje jam suteikė gyvybingumo. Šiandien retųjų žemių elementai, įskaitant skandį, tapo karštomis medžiagų mokslo žvaigždėmis, vaidina nuolat besikeičiančius vaidmenis tūkstančiuose sistemų, kasdien suteikia daugiau patogumo mūsų gyvenimui ir kuria ekonominę vertę, kurią dar sunkiau išmatuoti.
Paskelbimo laikas: 2023-06-29