Sкандый, з сімвалам элемента Sc і атамным нумарам 21, лёгка раствараецца ў вадзе, можа ўзаемадзейнічаць з гарачай вадой і лёгка цямнее на паветры. Яго галоўная валентнасць роўная +3. Ён часта змешваецца з гадоліній, эрбіем і іншымі элементамі з нізкім выхадам і ўтрыманнем у кары каля 0,0005%. Скандый часта выкарыстоўваецца для вырабу спецыяльнага шкла і лёгкіх тэрмаўстойкіх сплаваў.
У цяперашні час разведаныя запасы скандыю ў свеце складаюць толькі 2 мільёны тон, 90~95% з якіх утрымліваюцца ў баксітах, фасфарытах і жалезна-тытанавых рудах, і невялікая частка ў ўранавых, торыевых, вальфрамавых і рэдказямельных рудах, у асноўным Распаўсюджаная ў Расіі, Кітаі, Таджыкістане, Мадагаскары, Нарвегіі і інш. Кітай вельмі багаты рэсурсамі скандыю, з велізарнымі запасамі мінералаў, звязаных са скандыем. Паводле няпоўных статыстычных дадзеных, запасы скандыю ў Кітаі складаюць каля 600 000 тон, якія ўтрымліваюцца ў радовішчах баксітаў і фасфарытаў, радовішчах парфіру і кварцавага жылля вальфраму ў Паўднёвым Кітаі, радовішчах рэдказямельных элементаў у Паўднёвым Кітаі, радовішчы рэдказямельных жалезных руд Баян-Оба ў Унутраная Манголія і радовішча ванадыя-тытана-магнетыту Паньчжыхуа ў правінцыі Сычуань.
З-за дэфіцыту скандыю цана на скандый таксама вельмі высокая, і на піку цана на скандый была завышаная ў 10 разоў вышэй за цану на золата. Нягледзячы на тое, што цана скандыю ўпала, яна па-ранейшаму ў чатыры разы перавышае цану золата!
Адкрыццё гісторыі
У 1869 годзе Мендзялееў заўважыў разрыў у атамнай масе паміж кальцыем (40) і тытанам (48) і прадказаў, што тут таксама існуе неадкрыты прамежкавы элемент з атамнай масай. Ён прадказаў, што яго аксід X ₂ O Å. Скандый быў адкрыты ў 1879 годзе Ларсам Фрэдэрыкам Нільсанам з Упсальскага ўніверсітэта ў Швецыі. Ён здабываў яго з рудніка чорнага рэдкага золата, складанай руды, якая змяшчае 8 тыпаў аксідаў металаў. Ён здабыўЭрбію(III) аксідз руды чорнага рэдкага золата, атрымлІтэрбій(III) аксідз гэтага аксіду, і ёсць іншы аксід больш лёгкага элемента, спектр якога паказвае, што гэта невядомы метал. Гэта прадказаны Мендзялеевым метал, аксідам якога з'яўляеццаSc₂O₃. Сам металічны скандый вырабляўся зХларыд скандыюэлектралітычнай плаўкай у 1937г.
Мендзялееў
Канфігурацыя электрона
Электронная канфігурацыя: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Скандый - гэта мяккі серабрыста-белы пераходны метал з тэмпературай плаўлення 1541 ℃ і тэмпературай кіпення 2831 ℃.
На працягу значнага перыяду часу пасля яго адкрыцця выкарыстанне скандыю не было прадэманстравана з-за цяжкасцей у вытворчасці. Па меры ўдасканалення метадаў падзелу рэдказямельных элементаў цяпер існуе развіты працэс ачысткі злучэнняў скандыю. Паколькі скандый менш шчолачны, чым ітрый і лантанід, гідраксід з'яўляецца самым слабым, таму змешаны мінерал рэдказямельных элементаў, які змяшчае скандый, будзе аддзелены ад рэдказямельнага элемента метадам «паступовага асаджэння», калі гідраксід скандыю(III) апрацоўваецца аміякам пасля пераводзяць у раствор. Іншы метад заключаецца ў падзеле нітрату скандыю шляхам палярнага раскладання нітрату. Паколькі нітрат скандыю лягчэй за ўсё раскладаецца, скандый можна аддзяліць. Акрамя таго, важнай крыніцай скандыю з'яўляецца комплекснае аднаўленне спадарожнага скандыю з радовішчаў урану, торыя, вальфраму, волава і іншых карысных выкапняў.
Пасля атрымання чыстага злучэння скандыю яго ператвараюць у ScCl Å і расплавляюць разам з KCl і LiCl. Расплаўлены цынк выкарыстоўваецца ў якасці катода для электролізу, у выніку чаго скандый выпадае ў асадак на цынкавым электродзе. Затым цынк выпарваюць, каб атрымаць металічны скандый. Гэта лёгкі серабрыста-белы метал з вельмі актыўнымі хімічнымі ўласцівасцямі, які можа ўступаць у рэакцыю з гарачай вадой з утварэннем вадароду. Такім чынам, металічны скандый, які вы бачыце на малюнку, зачынены ў бутэльцы і абаронены аргонам, інакш скандый хутка ўтворыць цёмна-жоўты або шэры аксідны пласт, які страціць свой бліскучы металічны бляск.
Прыкладанні
Асвятляльная прамысловасць
Выкарыстанне скандыю сканцэнтравана ў вельмі яркіх напрамках, і не будзе перабольшаннем назваць яго Сынам Святла. Першая магічная зброя скандыю называецца скандыева-натрыевая лямпа, якую можна выкарыстоўваць для асвятлення тысяч хатніх гаспадарак. Гэта металагалогенная электрычная лямпа: колба напоўнена ёдыдам натрыю і трыёдыдам скандыю, адначасова дадаецца скандый і натрыевая фальга. Падчас разраду высокага напружання іёны скандыю і іёны натрыю адпаведна выпраменьваюць святло з характэрнай даўжынёй хвалі выпраменьвання. Спектральныя лініі натрыю складаюць 589,0 і 589,6 нм, два знакамітых жоўтых святла, у той час як спектральныя лініі скандыю складаюць 361,3~424,7 нм, серыю выпраменьванняў блізкага ўльтрафіялетавага і сіняга святла. Паколькі яны дапаўняюць адзін аднаго, агульны колер асвятлення з'яўляецца белым. Менавіта таму, што скандыевыя натрыевыя лямпы валодаюць такімі характарыстыкамі, як высокая светлавая эфектыўнасць, добры колер святла, энергазберажэнне, працяглы тэрмін службы і моцная здольнасць разбіваць туман, іх можна шырока выкарыстоўваць для тэлекамер, плошчаў, спартыўных пляцовак і асвятлення дарог, і вядомыя як крыніцы святла трэцяга пакалення. У Кітаі гэты тып лямпаў паступова прасоўваецца як новая тэхналогія, у той час як у некаторых развітых краінах гэты тып лямпаў шырока выкарыстоўваўся яшчэ ў пачатку 1980-х гадоў.
Другая магічная зброя скандыю - гэта сонечныя фотаэлементы, якія могуць збіраць святло, рассеянае на зямлі, і ператвараць яго ў электрычнасць, каб кіраваць чалавечым грамадствам. Скандый - лепшы бар'ерны метал у металічных ізалятарах, паўправадніковых крэмніевых сонечных элементах і сонечных элементах.
Яго трэцяя магічная зброя называецца крыніцай прамянёў γ. Гэта магічная зброя можа ярка свяціць сама па сабе, але гэты від святла немагчыма атрымаць няўзброеным вокам, гэта паток фатонаў высокай энергіі. Звычайна мы здабываем 45Sc з мінералаў, які з'яўляецца адзіным прыродным ізатопам скандыю. Кожнае ядро 45Sc змяшчае 21 пратон і 24 нейтрона. 46Sc, штучны радыеактыўны ізатоп, можа быць выкарыстаны ў якасці крыніц γ-выпраменьвання або атамы-індикаторы таксама могуць быць выкарыстаны для радыётэрапіі злаякасных пухлін. Існуюць таксама такія прымяненні, як лазер на ітрыевым галіі і скандыевым гранаце,Фтарыд скандыюшкляное інфрачырвонае аптычнае валакно і электронна-прамянёвая трубка са скандыевым пакрыццём на тэлебачанні. Здаецца, скандый нараджаецца з яркасцю.
Прамысловасць сплаваў
Скандый у яго элементарнай форме шырока выкарыстоўваецца для легіравання алюмініевых сплаваў. Пакуль у алюміній дадаецца некалькі тысячных долей скандыю, будзе ўтварацца новая фаза Al3Sc, якая будзе адыгрываць ролю метамарфізму ў алюмініевым сплаве і істотна змяняць структуру і ўласцівасці сплаву. Даданне 0,2% ~ 0,4% Sc (што сапраўды падобна на долю дабаўлення солі для смажанай гародніны ў хатніх умовах, патрэбна толькі крыху) можа павялічыць тэмпературу рэкрышталізацыі сплаву на 150-200 ℃ і значна палепшыць высокую -тэрмаўстойлівасць, структурная стабільнасць, прадукцыйнасць зваркі і ўстойлівасць да карозіі. Гэта таксама дазваляе пазбегнуць з'явы далікатнасці, якая лёгка ўзнікае падчас працяглай працы пры высокіх тэмпературах. Высокатрывалы і высокатрывалы алюмініевы сплаў, новы высокатрывалы, устойлівы да карозіі зварвальны алюмініевы сплаў, новы высокатэмпературны алюмініевы сплаў, высокатрывалы алюмініевы сплаў, устойлівы да нейтроннага апрамянення і г.д., маюць вельмі прывабныя перспектывы развіцця ў аэракасмічнай, авіяцыйнай, карабельнай, ядзерныя рэактары, лёгкія транспартныя сродкі і хуткасныя цягнікі.
Скандый таксама з'яўляецца выдатным мадыфікатарам жалеза, і невялікая колькасць скандыю можа значна палепшыць трываласць і цвёрдасць чыгуну. Акрамя таго, скандый таксама можа выкарыстоўвацца ў якасці дабаўкі для высокатэмпературных сплаваў вальфраму і хрому. Вядома, акрамя вырабу вясельнага адзення для іншых, скандый мае высокую тэмпературу плаўлення і яго шчыльнасць падобная на алюміній, а таксама выкарыстоўваецца ў лёгкіх сплавах з высокай тэмпературай плаўлення, такіх як тытанавы сплаў скандыю і магніевы сплаў скандыю. Аднак з-за высокай цаны ён звычайна выкарыстоўваецца толькі ў высакакласных галінах прамысловасці, такіх як касмічныя шатлы і ракеты.
Керамічны матэрыял
Скандый, адно рэчыва, звычайна выкарыстоўваецца ў сплавах, а яго аксіды гуляюць важную ролю ў керамічных матэрыялах падобным чынам. Тэтраганальны цырконіевы керамічны матэрыял, які можа быць выкарыстаны ў якасці электроднага матэрыялу для цвёрдааксідных паліўных элементаў, валодае унікальнай уласцівасцю, калі праводнасць гэтага электраліта павялічваецца з павышэннем тэмпературы і канцэнтрацыі кіслароду ў навакольным асяроддзі. Аднак сама крышталічная структура гэтага керамічнага матэрыялу не можа існаваць стабільна і не мае прамысловага значэння; Неабходна дадаваць некаторыя рэчывы, якія могуць замацаваць гэтую структуру, каб захаваць яе першапачатковыя ўласцівасці. Даданне 6~10% аксіду скандыю падобна на бетонную структуру, так што дыяксід цырконія можа быць стабілізаваны на квадратнай рашотцы.
Існуюць таксама інжынерныя керамічныя матэрыялы, такія як высокатрывалы і ўстойлівы да высокіх тэмператур нітрыд крэмнія ў якасці ўшчыльняльнікаў і стабілізатараў.
У якасці ўшчыльняльніка,Аксід скандыюможа ўтвараць тугаплаўкую фазу Sc2Si2O7 на краі дробных часціц, памяншаючы такім чынам высокатэмпературную дэфармацыю інжынернай керамікі. У параўнанні з іншымі аксідамі ён можа лепш палепшыць высокатэмпературныя механічныя ўласцівасці нітрыду крэмнію.
Каталітычная хімія
У хімічным машынабудаванні скандый часта выкарыстоўваецца ў якасці каталізатара, у той час як Sc2O3 можа быць выкарыстаны для дэгідратацыі і раскіслення этанолу або ізапрапанолу, раскладання воцатнай кіслаты і вытворчасці этылену з CO і H2. Каталізатар Pt Al, які змяшчае Sc2O3, таксама з'яўляецца важным каталізатарам для ачысткі гідрагенізацыі цяжкай нафты і працэсаў перапрацоўкі ў нафтахімічнай прамысловасці. У рэакцыях каталітычнага крэкінгу, такіх як кумол, актыўнасць цэалітнага каталізатара Sc-Y у 1000 разоў вышэй, чым каталізатара з сілікатаў алюмінія; У параўнанні з некаторымі традыцыйнымі каталізатарамі, перспектывы развіцця скандыевых каталізатараў будуць вельмі яркімі.
Атамная энергетыка
Даданне невялікай колькасці Sc2O3 да UO2 у высокатэмпературным ядзерным паліве рэактара можа пазбегнуць пераўтварэння рашоткі, павелічэння аб'ёму і парэпання, выкліканага пераўтварэннем UO2 у U3O8.
Паліўны элемент
Аналагічным чынам даданне ад 2,5% да 25% скандыю ў нікелевыя шчолачныя батарэі павялічыць тэрмін іх службы.
Сельскагаспадарчая селекцыя
У сельскай гаспадарцы такое насенне, як кукуруза, буракі, гарох, пшаніца і сланечнік, можна апрацаваць сульфатам скандыюму (канцэнтрацыя звычайна складае 10-3~10-8моль/л, у розных раслін будзе розная), і фактычны эфект спрыяння прарастанню было дасягнута. Праз 8 гадзін сухая маса каранёў і нырак павялічылася на 37% і 78% адпаведна ў параўнанні з саджанцамі, але гэты механізм яшчэ вывучаецца.
З моманту ўвагі Нільсэна да запазычанасці дадзеных аб атамнай масе да сённяшняга дня скандый увайшоў у поле зроку людзей толькі сто ці дваццаць гадоў, але ён амаль сядзеў на лаўцы на працягу ста гадоў. Толькі бурнае развіццё навукі аб матэрыялах у канцы мінулага стагоддзя прынесла яму жыццёвую сілу. Сёння рэдказямельныя элементы, у тым ліку скандый, сталі гарачымі зоркамі ў матэрыялазнаўстве, гуляючы пастаянна змяняюцца ролі ў тысячах сістэм, уносячы больш зручнасці ў наша жыццё з кожным днём і ствараючы эканамічную каштоўнасць, якую яшчэ складаней вымераць.
Час публікацыі: 29 чэрвеня 2023 г