Scandium je stříbřitý kov, který je měkký a má zhruba trojnásobnou hustotu vody. Skandium je přechodný kov a je také považován za prvek vzácných zemin kvůli podobným chemickým vlastnostem (jako je obtížnost extrakce a oddělování od jiných prvků) a existenci ve stejných rudách, tvrdí Chemicool.
Skandium je podle Periodické tabulky 31. nejhojnějším prvkem na Zemi a podle Chemicool má v zemské kůře asi 22 hmotnostních dílů na milion.
Skandium je rozptýleno tenký a byl nalezen ve více než 800 minerálech. V těchto minerálech se skandium nachází ve své oxidové formě (Sc2O3, také známý jako skandia nebo oxid skandia), podle Scandium Mining. Skandium má mnoho komerčních využití, přestože náklady na skandium je obvykle vysoké – podle Chemistry Explained několik tisíc dolarů za kilogram u oxidu skandia a až několik set tisíc dolarů za kilogram u čistého skandia.
Jen fakta
- Atomové číslo (počet protonů v jádře): 21
- Atomový symbol (v periodické tabulce prvků): Sc
- Atomová hmotnost (průměrná hmotnost atomu): 44,9559
- Hustota: 1,734 uncí na kubický palec (3,0 gramů na kubický cm)
- Fáze při pokojové teplotě: pevná látka
- Bod tání: 2 804 stupňů Fahrenheita (1 540 stupňů Celsia)
- Bod varu: 5 126 F (2 830 C)
- Počet přírodních izotopů (atomy stejného prvku s odlišným počtem neutronů): 1. V laboratoři je také 13 umělých izotopů.
- Nejběžnější izotopy: Sc-45 (100 procent přirozeného množství)
Historie
Ruský chemik Dmitrij Mendělejev, vynálezce periodické tabulky, předpovídal existenci a vlastnosti skandia (které nazval „ekaboron“ – podobný boru) v roce 1869, podle encyklopedie Nového světa. Lars Fredrick Nilson, švédský chemik, při zkoumání spektra minerálů euxenit a gadolinit objevil tento prvek v roce 1879. Prvek byl pojmenován pro latinské slovo pro Skandinávii „Scandia“, kvůli minerálům, ve kterých se skandium nacházelo. nizozemský historik Peter van der Krogt zjistil, že čas existuje pouze na Skandinávském poloostrově. Per Teodor Cleve, švédský chemik, uvedl odkaz, že nový prvek objevený Nilsonem je stejný jako navrhovaný prvek popsaný Mendeleevem.
Při prvním pokusu izolovat skandium zpracoval Nilson a jeho tým 10 kilogramů euxenitu a byli schopni vyprodukovat asi dva gramy oxidu skandia. Podle encyklopedie Nového světa kovové skandium nevyráběly poprvé až do roku 1937 němečtí chemici Werner Fischer, Karl Brünger a Hans Grienseisen. V roce 1960 bylo vyrobeno 99 procent čistého skandia.
Kdo to věděl?
- Skandium při vystavení vzduchu oxiduje a jeho barva bude zabarvena žlutě nebo růžově kvůli tvorbě oxidu skandia na povrchu, podle Encyklopedie Britannica.
- Skandium je hojnější na Měsíci (podle ScandiumFacts) a na slunci (podle Národní laboratoře Los Alamos) než na Zemi. A na Zemi má skandium tendenci se šířit řídce povrch spíše než koncentrovaný na jakýchkoli určitých místech.
- Podle koalice pro vzdělávání minerálů se skandium těží hlavně v Číně, Kazachstánu, Madagaskaru, Norsku a Rusku, přičemž značná část zásob pochází z dob studené války v bývalých Sovětský svaz (podle Encyklopedie Nového světa).
- Podle Ency clopedia, celkové množství skandia vyprodukovaného ve Spojených státech je považováno za „obchodní tajemství v průmyslu“ a není oznámeno.
- Podle Lenntecha skandium nehraje v biologii žádnou roli a průměrný člověk získává méně než 0,1 mikrogramu denně bez známých účinků na zdraví.
- Podle Scandium.org mají slitiny skandium-hliník zlepšenou pevnost, zlepšenou odolnost proti rekrystalizaci, zmenšenou velikost zrna a zlepšenou odolnost proti praskání za tepla. konvenční slitiny, jejichž skandium tvoří pouze 0,5 procenta slitiny.
- Scandium se používá hlavně k výrobě vysoce intenzivního osvětlení a rtuťových výbojek (používá se hlavně pro fotografování a televizi / filmy). Scandium produkuje světlo, které je podle Chemicoolu velmi podobné přirozenému slunečnímu světlu. Podle Davida Darlinga, britského astronoma a spisovatele, se skandium používá také v alkalických bateriích, jako katalyzátor (jako oxid skandia) a ke zlepšení klíčivosti semen rostlin (jako síran skandium).
- USAGeologický průzkum uvádí, že nejvyšší využití skandia v roce 2015 bylo v palivových článcích na bázi pevných oxidů a slitinách hliníku a skandia s menším množstvím skandia používaných v keramice, elektronice, laserech a radioaktivních izotopech.
- Používá se také skandium ve slitinách k výrobě speciálního sportovního vybavení, včetně rámů jízdních kol a baseballových pálek, podle Chemistry Explained. Mezi výhody používání slitin skandia ve srovnání s běžnými slitinami pro sportovní vybavení patří zvýšená pevnost, nižší hmotnost a odolnost proti korozi.
- Studie z roku 2003 zaki Ahmada, inženýra ze Saúdské Arábie, publikovaná v časopise Journal of společnost Minerals, Metals and Materials Society popsala některá použití skandiem vyztuženého hliníku, včetně těch popsaných výše, a také letecké aplikace (hromadné hlavy, tepelné štíty, kola, palivové a výfukové systémy a další), automobilový a letecký transport (kola , nárazníky, rámy, písty, kanystry airbagů) a lze je použít v prostředí se slanou vodou, například v odsolovacích zařízeních a v lodních motorech.
- Podle Ahmada bylo prvním použitím slitin skandium-hliník především poháněný sovětskou armádou. Slitiny se používaly hlavně na stíhačkách MIG 29 a v raketách kvůli jejich výhodám oproti nejběžnějším slitinám v té době (hlavně hliník-hořčík a hliník-lithium).
- Podle Royal Society of Chemistry , radioaktivní izotop skandium-46 se používá při rafinaci oleje jako indikátor ke sledování pohybu oleje a v podzemních potrubích k detekci úniků.
- Podle Minerals Education Coalition se plynný vodík uvolňuje během reakce, když voda teče přes skandium v důsledku reakce s kyslíkem ve vodě.
- Podle encyklopedie Nového světa dávají skandiové nečistoty modrou barvu různým berylům známým jako drahokam akvamarín.
Současný výzkum
Většina výzkumu zahrnujícího skandium spočívá v použití slitin skandia, zejména u hliníku. Většina z těchto studií pojednává o výhodách kombinace skandia s jinými kovy a o tom, k čemu se slitiny případně použijí. Existují nové metody práce se slitinami, jako je patent podaný v roce 1997 americkým vynálezcem Williamem Tackem a pokračující studie o získávání skandia z různých zdrojů, jako je tato studie Weiwei Wang et al., Skupiny australských vědci, publikováno v roce 2010 v Elsevier v sekci hydrometalurgie.
Patent společnosti Tack popsal způsob použití slitin hliníku a skandia k sestavení konstrukcí, jako jsou rámy jízdních kol, pomocí svařování. Použité slitiny obsahovaly různá množství skandia spolu s dalšími „plnivy“ včetně křemíku , mangan, hořčík, zirkon, titan a měď k určení nejlepší kombinace materiálů pro různé struktury pomocí autorovy svařovací techniky.
Studie z roku 2010 popsala několik procesů pro získání skandia z několika zdrojů . Scandium se primárně získává jako vedlejší produkt při těžbě jiných rud, jako je uran, hliník, titan, zirkon a další rudy vzácných zemin. K izolaci skandia v zbylých rudách se používají různé techniky, včetně loužení, extrakce rozpouštědlem, srážení a kalcinace.
Disertační studie publikovaná v roce 2016 Claire Parker, studentkou oceánských věd v Kalifornii, pojednává o význam skandia v oceánu. Stopové kovy jsou základními mikroživinami ve zdraví oceánského prostředí a zatímco železo je nejvíce studované, skandium je jedním z nejméně studovaných stopových prvků, které se v oceánu nacházejí. Pro skandium nejsou známy žádné biologické role. Podle autora by proto skandium rozpuštěné v oceánu mohlo souviset s nevýživnou stránkou oceánského cyklu železa.
Na základě několika studií diskutovaných v disertační práci mají rozpuštěné skandium a železo v oceánu podobné distribuce, koncentrace a reaktivitu (na základě podobného anorganická sloučenina). Autor dospěl k závěru, že studium železa i skandia a jejich vlastností v oceánu může poskytnout „nový pohled na fyzikální, chemické a biologické procesy probíhající v oceánu.“