Fakta om Scandium

Scandium er et sølvfarvet metal, der er blødt og har en densitet på omkring tre gange så stort som vand. Scandium er et overgangsmetal og betragtes også som et sjældent jordelement grundet lignende kemiske egenskaber (såsom vanskeligheder med at udvinde og adskille sig fra andre grundstoffer) og eksistens i de samme malme ifølge Chemicool.

Scandium er det 31. mest forekommende element på Jorden ifølge det periodiske system med ca. 22 dele pr. million overflod efter vægt i jordskorpen ifølge Chemicool.

Scandium er spredt tyndt og er fundet i over 800 mineraler. Inden for disse mineraler findes scandium i sin oxidform (Sc2O3, også kendt som scandia eller scandiumoxid), ifølge Scandium Mining. Der er mange kommercielle anvendelser for scandium, selvom omkostningerne ved scandium er typisk højt – flere tusinde dollars pr. kilo for scandiumoxid og op til et par hundrede tusind dollars pr. kilogram for rent scandium, ifølge Chemistry Explained.

Bare de fakta

• Atomnummer (antal protoner i kernen): 21
• Atomsymbol (i det periodiske system): Sc
• Atomvægt (atomets gennemsnitlige masse): 44.9559
• Densitet: 1.734 ounce pr. kubikcentimeter (3,0 gram pr. kubikmeter)
• Fase ved stuetemperatur: fast
• Smeltepunkt: 1.540 grader Celsius (2.804 grader Fahrenheit)
• Kogepunkt: 5,126 F (2,830 C)
• Antal naturlige isotoper (atomer af det samme element med et andet antal neutroner): 1. Der er også 13 kunstige isotoper oprettet i et laboratorium.
• Mest almindelige isotoper: Sc-45 (100 procent af den naturlige overflod)

Historie

Den russiske kemiker Dmitri Mendeleev, opfinder af det periodiske system, forudsagde eksistensen og egenskaberne af scandium (som han kaldte “ekaboron” – svarende til bor) i 1869, ifølge New World Encyclopedia. Lars Fredrick Nilson, en svensk kemiker, da han undersøgte spektrene af mineralerne euxenit og gadolinit, opdagede grundstoffet i 1879. Elementet blev opkaldt efter det latinske ord for Skandinavien, “Scandia”, på grund af de mineraler, hvor scandium var ved det tid kun fundet at eksistere på den skandinaviske halvø, ifølge Peter van der Krogt, en hollandsk historiker. Per Teodor Cleve, en svensk kemiker, gjorde det link, at det nye element, der blev opdaget af Nilson, var det samme som det foreslåede element beskrevet af Mendeleev.

I det første forsøg på at isolere scandium behandlede Nilson og hans team 10 kg euxenit og var i stand til at producere ca. to gram scandiumoxid. Ifølge New World Encyclopedia blev metallisk skandium ikke produceret første gang indtil 1937 af Werner Fischer, Karl Brünger og Hans Grienseisen, tyske kemikere. I 1960 blev 99 procent ren skandium produceret.

Hvem vidste?

• Scandium oxiderer, når det udsættes for luft, og dets farve vil blive farvet med gul eller lyserød på grund af dannelsen af scandiumoxid på overfladen ifølge Encyclopedia Britannica.
• Scandium er mere rigeligt på månen (ifølge ScandiumFacts) og solen (ifølge Los Alamos National Laboratory) end på Jorden. Og på Jorden har scandium tendens til at spredes tyndt over overflade snarere end koncentreret på bestemte steder.
• Ifølge Minerals Education Coalition udvindes scandium hovedsageligt i Kina, Kasakhstan, Madagaskar, Norge og Rusland med en hel del, der kommer fra lagre fra den kolde krig i den tidligere Sovjetunionen (ifølge New World Encyclopedia).
• Ifølge Ency clopedia betragtes den samlede mængde scandium, der produceres i USA, som en “handelshemmelighed i branchen” og meddeles ikke.
• Ifølge Lenntech spiller scandium ingen roller i biologien, og den gennemsnitlige person indtager mindre end 0,1 mikrogram pr. dag uden kendte sundhedsmæssige virkninger.
• Ifølge Scandium.org har scandium-aluminiumlegeringer forbedret styrke, forbedret modstandsdygtighed over for omkrystallisation, reduceret kornstørrelse og forbedret modstandsdygtighed over for varm krakning konventionelle legeringer, hvor lige så lidt som 0,5 procent af legeringen er scandium.
• Scandium bruges hovedsageligt til at skabe højintensitetsbelysning og kviksølvdamplamper (bruges hovedsageligt til fotografering og tv / film) Scandium producerer lys, der svarer meget til naturligt sollys, ifølge Chemicool. Ifølge David Darling, en britisk astronom og forfatter, bruges scandium også i alkaliske batterier, som en katalysator (som scandiumoxid) og til at forbedre spiring af plantefrø (som scandiumsulfat).
• USAGeological Survey rapporterer, at de højeste anvendelser af scandium i 2015 var i faste oxidbrændselsceller og aluminium-scandiumlegeringer med mindre mængder scandium anvendt i keramik, elektronik, lasere og radioaktive isotoper.
• Scandium bruges også i legeringer til at fremstille sportsudstyr, herunder cykelstel og baseballbats, ifølge Chemistry Explained. Fordelene ved at bruge scandiumlegeringer i forhold til konventionelle legeringer til sportsudstyr er øget styrke, lettere vægt og modstandsdygtighed over for korrosion.
• En undersøgelse fra 2003 af Zaki Ahmad, ingeniør fra Saudi-Arabien, offentliggjort i Journal of Minerals, Metals and Materials Society beskrev nogle anvendelser af scandiumforstærket aluminium, herunder dem, der er beskrevet ovenfor såvel som luftfartsapplikationer (bulkhoveder, varmeskærme, hjul, brændstof- og udstødningssystemer med mere), bil- og lufttransport (hjul , kofangere, rammer, stempler, airbagsbeholdere) og bruges i saltvandsmiljøer som i afsaltningsanlæg og i bådmotorer.
• Ifølge Ahmad var de første anvendelser af scandium-aluminiumlegeringer primært drevet af det sovjetiske militær. Legeringerne blev hovedsageligt brugt på MIG 29-krigere og i missiler på grund af deres fordele i forhold til de mest almindelige legeringer på det tidspunkt (hovedsagelig aluminium-magnesium og aluminium-lithium).
• Ifølge Royal Society of Chemistry , radioaktiv isotop scandium-46 bruges i olieraffinering som sporstof til at overvåge olibevægelsen og i underjordiske rør for at opdage lækager.
• Ifølge Minerals Education Coalition frigøres brintgas under en reaktion, når vand løber over scandium på grund af en reaktion med iltet i vandet.
• Ifølge New World Encyclopedia giver scandiumurenheder den blå farve til sorten af beryl kendt som akvamarin ædelsten.

Nuværende forskning

Størstedelen af forskningen, der involverer scandium, er brugen af scandiumlegeringer, især med aluminium. De fleste af disse undersøgelser diskuterer fordelene ved at kombinere scandium med andre metaller og hvilke legeringer der muligvis vil blive brugt til. Der er nye metoder til at arbejde med legeringerne, såsom et patent indgivet i 1997 af William Tack, en amerikansk opfinder, og fortsatte undersøgelser af indvinding af scandium fra forskellige ressourcer, såsom denne undersøgelse af Weiwei Wang et al., En gruppe australske forskere, offentliggjort i 2010 i Elsevier i sektionen Hydrometallurgy.

Tacks patent beskrev en metode til anvendelse af aluminium-scandiumlegeringer til at samle strukturer såsom cykelstel ved brug af svejsning. De anvendte legeringer indeholdt forskellige mængder scandium sammen med andre “fyldstoffer” inklusive silicium , mangan, magnesium, zirconium, titanium og kobber til at bestemme den bedste kombination af materialer til forskellige strukturer ved hjælp af forfatterens svejseteknik.

Undersøgelsen fra 2010 beskrev flere processer til genvinding af scandium fra flere ressourcer . Scandium udvindes primært som et biprodukt fra minedrift af andre malme såsom uran, aluminium, titanium, zirconium og andre malm med sjældne jordarter. Forskellige teknikker anvendes til at genvinde skandium i malmen, der er tilovers, herunder udvaskning, opløsningsmiddelekstraktion, nedbør og kalcinering.

En afhandling, der blev offentliggjort i 2016 af Claire Parker, en studerende ved havvidenskab i Californien, diskuterer vigtigheden af scandium i havet. Spormetaller er vigtige mikronæringsstoffer i havmiljøets sundhed, og mens jern er det mest undersøgte, har scandium været et af de mindst undersøgte sporstoffer, der findes i havet. Der er ingen kendte biologiske roller for scandium. Derfor, ifølge forfatteren, kunne scandium opløst i havet relateres til den ikke-næringsrige side af den oceaniske jerncyklus.

Baseret på flere undersøgelser og diskuteret i afhandlingen har opløst scandium og jern i havet lignende fordelinger, koncentrationer og reaktivitet (baseret på en lignende uorganisk forbindelse). Forfatteren konkluderer, at undersøgelse af både jern og scandium og deres egenskaber i havet kan give “ny indsigt i fysiske, kemiske og biologiske processer, der forekommer i havet.”