जादुई दुर्लभ पृथ्वी तत्व स्क्यान्डियम

Scandium, तत्व प्रतीक Sc र 21 को परमाणु संख्या संग, पानी मा सजिलै घुलनशील छ, तातो पानी संग अन्तरक्रिया गर्न सक्छ, र हावा मा सजिलै कालो हुन्छ। यसको मुख्य valence +3 हो। यो प्रायः ग्याडोलिनियम, एर्बियम र अन्य तत्वहरूसँग मिसाइन्छ, कम उपज र क्रस्टमा लगभग 0.0005% को सामग्रीको साथ। स्क्यान्डियम प्रायः विशेष गिलास र हल्का उच्च-तापमान मिश्र धातु बनाउन प्रयोग गरिन्छ।

वर्तमानमा, विश्वमा स्क्यान्डियमको प्रमाणित भण्डार मात्र 2 मिलियन टन छ, जसको 90-95% बक्साइट, फस्फोराइट र फलाम टाइटेनियम अयस्कहरूमा समावेश छ, र यूरेनियम, थोरियम, टंगस्टन र दुर्लभ पृथ्वी अयस्कहरूमा एक सानो भाग, मुख्यतया। रूस, चीन, ताजिकिस्तान, मेडागास्कर, नर्वे र अन्य देशहरूमा वितरित। चीन स्क्यान्डियम स्रोतहरूमा धेरै धनी छ, स्क्यान्डियमसँग सम्बन्धित विशाल खनिज भण्डारहरू। अपूर्ण तथ्याङ्कका अनुसार चीनमा स्क्यान्डियमको भण्डार करिब ६० लाख टन छ, जुन दक्षिण चीनमा बक्साइट र फस्फोराइट निक्षेप, पोर्फरी र क्वार्ट्ज वेन टंगस्टन निक्षेप, दक्षिण चीनमा दुर्लभ पृथ्वी निक्षेप, बायन ओबो दुर्लभ पृथ्वी फलामको भण्डारमा रहेको छ। भित्री मंगोलिया, र Panzhihua vanadium टाइटेनियम सिचुआन मा म्याग्नेटाइट निक्षेप।

स्क्यान्डियमको अभावको कारण, स्क्यान्डियमको मूल्य पनि धेरै उच्च छ, र यसको चरम सीमामा, स्क्यान्डियमको मूल्य सुनको मूल्यमा 10 गुणा बढेको थियो। स्क्यान्डियमको मूल्य घटे पनि सुनको मूल्यभन्दा चार गुणा !

इतिहास खोज्दै

1869 मा, मेन्डेलिभले क्याल्सियम (40) र टाइटेनियम (48) को बीचमा परमाणु द्रव्यमानमा अंतर देखे र भविष्यवाणी गरे कि यहाँ एक अज्ञात मध्यवर्ती परमाणु द्रव्यमान तत्व पनि थियो। उनले भविष्यवाणी गरे कि यसको अक्साइड X ₂ O Å हो। स्क्यान्डियम 1879 मा स्वीडेनको अप्सला विश्वविद्यालयका लार्स फ्रेडरिक निल्सनले पत्ता लगाएका थिए। उनले यसलाई कालो दुर्लभ सुन खानीबाट निकाले, एक जटिल अयस्क जसमा 8 प्रकारका धातु अक्साइडहरू छन्। उनले निकालेका छन्एर्बियम (III) अक्साइडकालो दुर्लभ सुन अयस्क देखि, र प्राप्तयटरबियम (III) अक्साइडयस अक्साइडबाट, र हल्का तत्वको अर्को अक्साइड छ, जसको स्पेक्ट्रमले यो अज्ञात धातु हो भनेर देखाउँछ। यो मेन्डेलिभ द्वारा भविष्यवाणी गरिएको धातु हो, जसको अक्साइड होSc₂O₃। स्क्यान्डियम धातु आफैबाट उत्पादन भएको थियोस्क्यान्डियम क्लोराइड1937 मा इलेक्ट्रोलाइटिक पिघलने द्वारा।

मेन्डेलिभ

इलेक्ट्रोन कन्फिगरेसन

इलेक्ट्रोन कन्फिगरेसन: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

स्क्यान्डियम धातु

स्क्यान्डियम 1541 ℃ को पिघलने बिन्दु र 2831 ℃ को उम्लने बिन्दु संग एक नरम, चाँदी सेतो संक्रमण धातु हो।

यसको खोज पछिको लामो समयको लागि, स्क्यान्डियमको प्रयोग यसको उत्पादनमा कठिनाईको कारणले प्रदर्शन गरिएको थिएन। दुर्लभ पृथ्वी तत्व पृथकीकरण विधिहरूको बढ्दो सुधारको साथ, त्यहाँ अब स्क्यान्डियम यौगिकहरू शुद्ध गर्ने परिपक्व प्रक्रिया प्रवाह छ। स्क्यान्डियम yttrium र Lanthanide भन्दा कम क्षारीय भएकाले, हाइड्रोक्साइड सबैभन्दा कमजोर हुन्छ, त्यसैले स्क्यान्डियम युक्त दुर्लभ पृथ्वी तत्व मिश्रित खनिजलाई दुर्लभ पृथ्वी तत्वबाट "चरण वर्षा" विधिद्वारा अलग गरिनेछ जब स्क्यान्डियम (III) हाइड्रोक्साइडलाई अमोनियासँग उपचार गरिन्छ। समाधान मा हस्तान्तरण। अर्को विधि भनेको नाइट्रेटको ध्रुवीय विघटनद्वारा स्क्यान्डियम नाइट्रेटलाई अलग गर्नु हो। किनभने स्क्यान्डियम नाइट्रेट विघटन गर्न सजिलो छ, स्क्यान्डियम अलग गर्न सकिन्छ। थप रूपमा, युरेनियम, थोरियम, टंगस्टन, टिन र अन्य खनिज भण्डारहरूबाट सँगै स्क्यान्डियमको व्यापक रिकभरी पनि स्क्यान्डियमको महत्त्वपूर्ण स्रोत हो।

शुद्ध स्क्यान्डियम कम्पाउन्ड प्राप्त गरेपछि, यसलाई ScCl Å मा रूपान्तरण गरिन्छ र KCl र LiCl सँग पग्लिन्छ। पिघलेको जस्तालाई इलेक्ट्रोलाइसिसको लागि क्याथोडको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जसले जस्ता इलेक्ट्रोडमा स्क्यान्डियमलाई अवक्षेपण गर्दछ। त्यसपछि, जस्ता धातु स्क्यान्डियम प्राप्त गर्न वाष्पीकरण गरिन्छ। यो धेरै सक्रिय रासायनिक गुणहरू भएको हल्का चाँदीको सेतो धातु हो, जसले हाइड्रोजन ग्याँस उत्पन्न गर्न तातो पानीसँग प्रतिक्रिया गर्न सक्छ। त्यसैले तस्विरमा तपाईले देख्नु भएको धातु स्क्यान्डियमलाई बोतलमा बन्द गरिएको छ र आर्गन ग्यासले सुरक्षित गरिएको छ, अन्यथा स्क्यान्डियमले चाँडै गाढा पहेंलो वा खैरो अक्साइड तह बनाउँछ, यसको चमकदार धातुको चमक गुमाउँछ।

अनुप्रयोगहरू

प्रकाश उद्योग

स्क्यान्डियमको प्रयोगहरू धेरै उज्यालो दिशाहरूमा केन्द्रित छन्, र यसलाई ज्योतिको पुत्र भन्न कुनै अतिरञ्जन छैन। स्क्यान्डियमको पहिलो जादुई हतियारलाई स्क्यान्डियम सोडियम बत्ती भनिन्छ, जुन हजारौं घरपरिवारमा उज्यालो ल्याउन प्रयोग गर्न सकिन्छ। यो एक धातु हलाइड इलेक्ट्रिक लाइट हो: बल्ब सोडियम आयोडाइड र स्क्यान्डियम ट्राइओडाइडले भरिएको छ, र स्क्यान्डियम र सोडियम पन्नी एकै समयमा थपिएको छ। उच्च भोल्टेज डिस्चार्जको समयमा, स्क्यान्डियम आयनहरू र सोडियम आयनहरूले क्रमशः तिनीहरूको विशेषता उत्सर्जन तरंगदैर्ध्यको प्रकाश उत्सर्जन गर्छन्। सोडियमको वर्णक्रम रेखाहरू 589.0 र 589.6 nm, दुई प्रसिद्ध पहेँलो बत्तीहरू छन्, जबकि स्क्यान्डियमको वर्णक्रम रेखाहरू 361.3 ~ 424.7 nm छन्, नजिकको पराबैंगनी र नीलो प्रकाश उत्सर्जनको श्रृंखला। किनभने तिनीहरू एक-अर्काको पूरक हुन्, समग्र प्रकाशको रंग सेतो प्रकाश हो। यो ठ्याक्कै किनभने स्क्यान्डियम सोडियम बत्तीहरूमा उच्च चमकदार दक्षता, राम्रो प्रकाश रङ, पावर बचत, लामो सेवा जीवन, र बलियो कुहिरो तोड्ने क्षमताको विशेषताहरू छन् जुन तिनीहरू टेलिभिजन क्यामेरा, स्क्वायर, खेल स्थलहरू, र सडक प्रकाशको लागि व्यापक रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। र तेस्रो पुस्ताको प्रकाश स्रोतको रूपमा चिनिन्छ। चीनमा, यस प्रकारको बत्तीलाई बिस्तारै नयाँ प्रविधिको रूपमा प्रवर्द्धन गरिएको छ, जबकि केही विकसित देशहरूमा, 1980 को शुरुवातमा यस प्रकारको बत्ती व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको थियो।

स्क्यान्डियमको दोस्रो जादुई हतियार सोलार फोटोभोल्टिक सेलहरू हुन्, जसले जमिनमा छरिएको प्रकाशलाई सङ्कलन गर्न र मानव समाजलाई चलाउन बिजुलीमा परिणत गर्न सक्छ। स्क्यान्डियम मेटल इन्सुलेटर सेमीकन्डक्टर सिलिकन सोलार सेल र सोलर सेलहरूमा सबैभन्दा राम्रो बाधा धातु हो।

यसको तेस्रो जादुई हतियारलाई γ A किरण स्रोत भनिन्छ, यो जादुई हतियार आफैंमा चम्कन सक्छ, तर यस प्रकारको प्रकाश नाङ्गो आँखाले प्राप्त गर्न सकिँदैन, यो उच्च-ऊर्जा फोटान प्रवाह हो। हामी सामान्यतया खनिजहरूबाट 45Sc निकाल्छौं, जुन स्क्यान्डियमको मात्र प्राकृतिक आइसोटोप हो। प्रत्येक 45Sc न्यूक्लियसमा 21 प्रोटोन र 24 न्यूट्रोन हुन्छन्। 46Sc, एक कृत्रिम रेडियोधर्मी आइसोटोप, γ विकिरण स्रोतको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ वा घातक ट्यूमरहरूको रेडियोथेरापीको लागि ट्रेसर परमाणुहरू पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ। त्यहाँ yttrium gallium scandium garnet लेजर जस्ता अनुप्रयोगहरू पनि छन्,स्क्यान्डियम फ्लोराइडग्लास इन्फ्रारेड अप्टिकल फाइबर, र टेलिभिजनमा स्क्यान्डियम लेपित क्याथोड रे ट्यूब। यस्तो देखिन्छ कि स्क्यान्डियम चमक संग जन्मिएको छ।

मिश्र धातु उद्योग

स्क्यान्डियम यसको मौलिक रूप मा व्यापक रूपमा एल्युमिनियम मिश्र डोपिङ लागि प्रयोग गरिएको छ। जबसम्म स्क्यान्डियमको केही हजारौं भाग एल्युमिनियममा थपिन्छ, नयाँ Al3Sc चरण बन्नेछ, जसले एल्युमिनियम मिश्र धातुमा मेटामोर्फिज्म भूमिका खेल्नेछ र मिश्र धातुको संरचना र गुणहरूलाई महत्त्वपूर्ण रूपमा परिवर्तन गर्नेछ। ०.२% ~ ०.४% Sc थप्दा (जुन वास्तवमा घरमा भुटेको तरकारी हलाउन नुन थप्ने अनुपातसँग मिल्दोजुल्दो छ, थोरै मात्र चाहिन्छ) मिश्रको पुन: स्थापना तापमान 150-200 ℃ ले वृद्धि गर्न सक्छ, र उल्लेखनीय रूपमा उच्च सुधार गर्न सक्छ। -तापमान बल, संरचनात्मक स्थिरता, वेल्डिंग प्रदर्शन, र जंग प्रतिरोध। यसले उच्च तापक्रममा लामो समयसम्म काम गर्दा सजिलै हुने समस्याबाट बच्न सक्छ। उच्च शक्ति र उच्च कठोरता एल्युमिनियम मिश्र धातु, नयाँ उच्च-शक्ति जंग-प्रतिरोधी वेल्डेबल एल्युमिनियम मिश्र धातु, नयाँ उच्च-तापमान एल्युमिनियम मिश्र धातु, उच्च-शक्ति न्यूट्रोन विकिरण प्रतिरोधी एल्युमिनियम मिश्र धातु, इत्यादि, एयरोस्पेस, उड्डयन, जहाजहरूमा धेरै आकर्षक विकास सम्भावनाहरू छन्। आणविक रिएक्टरहरू, हल्का गाडीहरू र उच्च गतिको रेलहरू।

स्क्यान्डियम फलामको लागि उत्कृष्ट परिमार्जक पनि हो, र स्क्यान्डियमको सानो मात्राले कास्ट आयरनको बल र कठोरतालाई उल्लेखनीय रूपमा सुधार गर्न सक्छ। थप रूपमा, स्क्यान्डियम पनि उच्च-तापमान टंगस्टन र क्रोमियम मिश्र धातुहरूको लागि एक additive को रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। निस्सन्देह, अरूको लागि विवाहको लुगा बनाउनको अतिरिक्त, स्क्यान्डियमको उच्च पग्लने बिन्दु छ र यसको घनत्व एल्युमिनियम जस्तै छ, र स्क्यान्डियम टाइटेनियम मिश्र र स्क्यान्डियम म्याग्नेसियम मिश्र जस्ता उच्च पग्लने बिन्दु हल्का वजन मिश्रहरूमा पनि प्रयोग गरिन्छ। यद्यपि, यसको उच्च मूल्यको कारण, यो सामान्यतया उच्च-अन्त उत्पादन उद्योगहरू जस्तै स्पेस शटल र रकेटहरूमा प्रयोग गरिन्छ।

सिरेमिक सामग्री

स्क्यान्डियम, एक एकल पदार्थ, सामान्यतया मिश्र धातुहरूमा प्रयोग गरिन्छ, र यसको अक्साइडले समान रूपमा सिरेमिक सामग्रीहरूमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। टेट्रागोनल जिरकोनिया सिरेमिक सामग्री, जुन ठोस अक्साइड ईन्धन कक्षहरूको लागि इलेक्ट्रोड सामग्रीको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ, एक अद्वितीय गुण छ जहाँ यस इलेक्ट्रोलाइटको चालकता बढ्दो तापक्रम र वातावरणमा अक्सिजन एकाग्रतासँग बढ्छ। यद्यपि, यस सिरेमिक सामग्रीको क्रिस्टल संरचना आफैं स्थिर रूपमा अवस्थित हुन सक्दैन र यसको कुनै औद्योगिक मूल्य छैन; यसको मूल गुणहरू कायम राख्न यो संरचना ठीक गर्न सक्ने केही पदार्थहरू डोपिङ गर्न आवश्यक छ। 6 ~ 10% स्क्यान्डियम अक्साइड थप्नु एक कंक्रीट संरचना जस्तै हो, ताकि zirconia वर्ग जाली मा स्थिर गर्न सकिन्छ।

त्यहाँ ईन्जिनियरिङ् सिरेमिक सामग्रीहरू पनि छन् जस्तै उच्च-शक्ति र उच्च-तापमान प्रतिरोधी सिलिकन नाइट्राइड डेन्सिफायरहरू र स्टेबिलाइजरहरू।

डेन्सिफायरको रूपमा,स्क्यान्डियम अक्साइडसूक्ष्म कणहरूको छेउमा दुर्दम्य चरण Sc2Si2O7 बनाउन सक्छ, यसरी इन्जिनियरिङ सिरेमिकको उच्च-तापमान विरूपण कम गर्दछ। अन्य अक्साइडहरूको तुलनामा, यसले सिलिकन नाइट्राइडको उच्च-तापमान मेकानिकल गुणहरूलाई राम्रोसँग सुधार गर्न सक्छ।

उत्प्रेरक रसायन विज्ञान

रासायनिक ईन्जिनियरिङ्मा, स्क्यान्डियम प्राय: उत्प्रेरकको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जबकि Sc2O3 लाई डिहाइड्रेशन र इथानोल वा आइसोप्रोप्यानोलको डिअक्सिडेशन, एसिटिक एसिडको विघटन, र CO र H2 बाट इथिलीन उत्पादन गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। Sc2O3 युक्त Pt Al उत्प्रेरक पनि भारी तेल हाइड्रोजनेशन शुद्धीकरण र पेट्रो रसायन उद्योगमा परिष्कृत प्रक्रियाहरूको लागि एक महत्त्वपूर्ण उत्प्रेरक हो। Cumene जस्ता उत्प्रेरक क्र्याकिंग प्रतिक्रियाहरूमा, Sc-Y जिओलाइट उत्प्रेरकको गतिविधि एल्युमिनियम सिलिकेट उत्प्रेरकको भन्दा 1000 गुणा बढी हुन्छ; केही परम्परागत उत्प्रेरकहरूको तुलनामा, स्क्यान्डियम उत्प्रेरकहरूको विकास सम्भावनाहरू धेरै उज्ज्वल हुनेछन्।

आणविक ऊर्जा उद्योग

उच्च-तापमान रिएक्टर आणविक ईन्धनमा UO2 मा Sc2O3 को सानो मात्रा थप्दा जाली रूपान्तरण, भोल्युम वृद्धि, र UO2 लाई U3O8 रूपान्तरणले गर्दा हुने क्र्याकिंगबाट बच्न सक्छ।

इन्धन सेल

त्यसैगरी, निकल अल्काली ब्याट्रीहरूमा 2.5% देखि 25% स्क्यान्डियम थप्दा तिनीहरूको सेवा जीवन बढ्नेछ।

कृषि प्रजनन

कृषिमा, मकै, चुकन्दर, मटर, गहुँ र सूर्यमुखी जस्ता बीउहरूलाई स्क्यान्डियम सल्फेट (सामान्यतया 10-3 ~ 10-8mol/L हुन्छ, विभिन्न बिरुवाहरू फरक हुन्छन्), र अंकुरण प्रवर्द्धन गर्ने वास्तविक प्रभाव हुन्छ। हासिल भएको छ। ८ घण्टापछि बिरुवाको तुलनामा जरा र कोपिलाको सुक्खा तौल क्रमशः ३७% र ७८% ले बढ्यो तर संयन्त्र अध्ययनकै क्रममा छ ।

परमाणु मास डाटाको ऋणमा निल्सनको ध्यानदेखि आजसम्म, स्क्यान्डियमले मानिसहरूको दृष्टिमा एक सय वा बीस वर्षको लागि मात्र प्रवेश गरेको छ, तर यो लगभग सय वर्षको लागि बेन्चमा बसेको छ। पछिल्लो शताब्दीको उत्तरार्धमा भौतिक विज्ञानको तीव्र विकासले उहाँमा जीवन शक्ति ल्याएको थिएन। आज, स्क्यान्डियम सहित दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरू, सामग्री विज्ञानमा तातो ताराहरू बनेका छन्, हजारौं प्रणालीहरूमा सधैं परिवर्तन हुने भूमिका खेल्दै, हाम्रो जीवनमा हरेक दिन थप सुविधा ल्याउँदै, र मापन गर्न अझ गाह्रो आर्थिक मूल्य सिर्जना गर्दै।