Fakten zu Scandium

Scandium ist ein silbernes Metall, das weich ist und eine Dichte hat, die etwa dreimal so hoch ist wie die von Wasser. Scandium ist ein Übergangsmetall und wird aufgrund ähnlicher chemischer Eigenschaften (wie Schwierigkeiten beim Extrahieren und Trennen von anderen Elementen) und der Existenz in denselben Erzen gemäß Chemicool auch als Seltenerdelement angesehen.

Scandium ist laut Periodensystem das 31. am häufigsten vorkommende Element auf der Erde, laut Chemicool etwa 22 Gewichtsteile pro Million in der Erdkruste.

Scandium ist verstreut dünn und wurde in über 800 Mineralien gefunden. Innerhalb dieser Mineralien wird Scandium in seiner Oxidform (Sc2O3, auch bekannt als Scandia oder Scandiumoxid) nach Scandium Mining gefunden. Es gibt viele kommerzielle Verwendungen für Scandium, obwohl die Kosten von Scandium ist normalerweise hoch – mehrere tausend Dollar pro Kilogramm für Scandiumoxid und bis zu ein paar hunderttausend Dollar pro Kilogramm für reines Scandium, laut Chemistry Explained.

Nur die Fakten

• Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern): 21
• Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): Sc
• Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 44,9559
• Dichte: 1,734 Unzen pro Kubikzoll (3,0 Gramm pro Kubikzentimeter)
• Phase bei Raumtemperatur: fest
• Schmelzpunkt: 2.404 Grad Fahrenheit (1.540 Grad Celsius)
• Siedepunkt: 5,126 F (2,830 C)
• Anzahl natürlicher Isotope (Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Anzahl von Neutronen): 1. In einem Labor werden auch 13 künstliche Isotope erzeugt.
• Häufigste Isotope: Sc-45 (100 Prozent der natürlichen Häufigkeit)

Geschichte

Der russische Chemiker Dmitri Mendeleev, Erfinder des Periodensystems, sagte die Existenz und die Eigenschaften von Scandium voraus (das er nannte „ekaboron“ – ähnlich wie Bor) im Jahr 1869 nach der New World Encyclopedia. Lars Fredrick Nilson, ein schwedischer Chemiker, entdeckte das Element 1879 bei der Untersuchung der Spektren der Mineralien Euxenit und Gadolinit. Das Element wurde aufgrund der Mineralien, in denen sich Scandium befand, nach dem lateinischen Wort für Skandinavien „Scandia“ benannt Laut Peter van der Krogt, einem niederländischen Historiker, existiert die Zeit nur auf der skandinavischen Halbinsel. Per Teodor Cleve, ein schwedischer Chemiker, stellte die Verbindung her, dass das von Nilson entdeckte neue Element das gleiche war wie das von Mendeleev beschriebene vorgeschlagene Element.

Beim ersten Versuch, Scandium zu isolieren, verarbeiteten Nilson und sein Team 10 Kilogramm Euxenit und konnten etwa zwei Gramm Scandiumoxid produzieren. Laut der New World Encyclopedia wurde metallisches Scandium erst 1937 von Werner Fischer, Karl Brünger und Hans Grienseisen, deutschen Chemikern, zum ersten Mal hergestellt. 1960 wurde 99 Prozent reines Scandium hergestellt.

Wer wusste das?

• Scandium oxidiert an der Luft und seine Farbe wird aufgrund der Bildung von Scandiumoxid auf der Oberfläche gelb oder rosa gefärbt Encyclopedia Britannica.
• Scandium kommt auf dem Mond (laut ScandiumFacts) und der Sonne (laut Los Alamos National Laboratory) häufiger vor als auf der Erde. Und auf der Erde ist das Scandium in der Regel dünn über das Land verteilt Oberfläche und nicht an bestimmten Orten konzentriert.
• Laut Minerals Education Coalition wird Scandium hauptsächlich in China, Kasachstan, Madagaskar, Norwegen und Russland abgebaut, wobei ein Großteil davon aus Lagerbeständen aus der Zeit des Kalten Krieges stammt Sowjetunion (laut New World Encyclopedia).
• Laut Ency Clopedia, die Gesamtmenge an in den USA produziertem Scandium wird als „Geschäftsgeheimnis in der Branche“ angesehen und nicht bekannt gegeben.
• Laut Lenntech spielt Scandium in der Biologie und im Durchschnitt keine Rolle nimmt weniger als 0,1 Mikrogramm pro Tag ohne bekannte gesundheitliche Auswirkungen auf.
• Laut Scandium.org weisen Scandium-Aluminium-Legierungen eine verbesserte Festigkeit, eine verbesserte Beständigkeit gegen Rekristallisation, eine verringerte Korngröße und eine verbesserte Beständigkeit gegen Heißrissbildung auf Herkömmliche Legierungen mit nur 0,5 Prozent der Legierung sind Scandium.
• Scandium wird hauptsächlich zur Erzeugung von hochintensiven Beleuchtungs- und Quecksilberdampflampen (hauptsächlich für Fotografie und Fernsehen / Filme verwendet) verwendet. Scandium erzeugt Licht, das ist laut Chemicool dem natürlichen Sonnenlicht sehr ähnlich. Laut David Darling, einem britischen Astronomen und Schriftsteller, wird Scandium auch in Alkalibatterien, als Katalysator (als Scandiumoxid) und zur Verbesserung der Keimung von Pflanzensamen (als Scandiumsulfat) verwendet.
• Die USAGeological Survey berichtet, dass der höchste Einsatz von Scandium im Jahr 2015 in Festoxidbrennstoffzellen und Aluminium-Scandium-Legierungen mit geringeren Mengen an Scandium in Keramik, Elektronik, Lasern und radioaktiven Isotopen erfolgte.
• Scandium wird ebenfalls verwendet in Legierungen zur Herstellung spezieller Sportgeräte, einschließlich Fahrradrahmen und Baseballschläger, gemäß Chemistry Explained. Die Vorteile der Verwendung von Scandiumlegierungen gegenüber herkömmlichen Legierungen für Sportgeräte sind eine erhöhte Festigkeit, ein geringeres Gewicht und eine Korrosionsbeständigkeit.
• Eine Studie aus dem Jahr 2003 von Zaki Ahmad, einem Ingenieur aus Saudi-Arabien, veröffentlicht im Journal of Die Minerals, Metals and Materials Society beschrieb einige Anwendungen von scandiumverstärktem Aluminium, einschließlich der oben beschriebenen sowie Luft- und Raumfahrtanwendungen (Schottköpfe, Hitzeschilde, Räder, Kraftstoff- und Abgassysteme usw.), Automobil- und Lufttransporte (Räder) , Stoßstangen, Rahmen, Kolben, Airbagkanister) und in Salzwasserumgebungen wie Entsalzungsanlagen und Bootsmotoren verwendet werden.
• Ahmad zufolge waren die ersten Verwendungen für Scandium-Aluminium-Legierungen hauptsächlich vom sowjetischen Militär angeheizt. Die Legierungen wurden hauptsächlich bei den MIG 29-Jägern und in Raketen verwendet, da sie gegenüber den damals gängigen Legierungen (hauptsächlich Aluminium-Magnesium und Aluminium-Lithium) von Vorteil waren.
• Nach Angaben der Royal Society of Chemistry Das radioaktive Isotop Scandium-46 wird bei der Ölraffinierung als Tracer zur Überwachung der Ölbewegung und in unterirdischen Rohren zur Erkennung von Lecks verwendet.
• Laut Minerals Education Coalition wird Wasserstoffgas während einer Reaktion freigesetzt, wenn Wasser fließt über Scandium aufgrund einer Reaktion mit dem Sauerstoff im Wasser.
• Laut New World Encyclopedia verleihen Scandium-Verunreinigungen der als Aquamarin-Edelstein bekannten Beryll-Sorte die blaue Farbe.

Aktuelle Forschung

Der Großteil der Forschung mit Scandium befasst sich mit der Verwendung von Scandiumlegierungen, insbesondere mit Aluminium. Die meisten dieser Studien diskutieren die Vorteile der Kombination von Scandium mit anderen Metallen und welche Legierungen möglicherweise verwendet werden. Es gibt neue Methoden für die Arbeit mit den Legierungen, wie ein 1997 von William Tack, einem amerikanischen Erfinder, eingereichtes Patent und fortlaufende Studien zur Gewinnung von Scandium aus verschiedenen Ressourcen, wie diese Studie von Weiwei Wang et al., Einer Gruppe von Australiern Forscher, veröffentlicht 2010 in Elsevier in der Sektion Hydrometallurgie.

Tacks Patent beschrieb ein Verfahren zur Verwendung von Aluminium-Scandium-Legierungen zum Zusammenbau von Strukturen wie Fahrradrahmen durch Schweißen. Die verwendeten Legierungen enthielten verschiedene Mengen Scandium zusammen mit anderen „Füllstoffen“, einschließlich Silizium , Mangan, Magnesium, Zirkonium, Titan und Kupfer, um die beste Materialkombination für verschiedene Strukturen unter Verwendung der Schweißtechnik des Autors zu bestimmen.

In der Studie von 2010 wurden verschiedene Verfahren zur Rückgewinnung von Scandium aus verschiedenen Ressourcen beschrieben . Scandium wird hauptsächlich als Nebenprodukt beim Abbau anderer Erze wie Uran, Aluminium, Titan, Zirkonium und anderer Seltenerderze gewonnen. Verschiedene Techniken werden verwendet, um das Scandium in den übrig gebliebenen Erzen wiederzugewinnen, einschließlich Auswaschung, Lösungsmittelextraktion, Ausfällung und Kalzinierung.

Eine 2016 von Claire Parker, einer Studentin der Meereswissenschaften in Kalifornien, veröffentlichte Dissertationsstudie diskutiert die Bedeutung von Scandium im Ozean. Spurenmetalle sind essentielle Mikronährstoffe für die Gesundheit der Meeresumwelt, und während Eisen am meisten untersucht wird, war Scandium eines der am wenigsten untersuchten Spurenelemente, die im Ozean gefunden werden. Es sind keine biologischen Rollen für Scandium bekannt. Daher könnte sich das im Ozean gelöste Scandium nach Angaben des Autors auf die nicht nährstoffreiche Seite des ozeanischen Eisenzyklus beziehen.

Basierend auf mehreren Studien, die in der Dissertation diskutiert wurden, weisen gelöstes Scandium und Eisen im Ozean ähnliche Verteilungen, Konzentrationen und Reaktivitäten auf (basierend auf ähnlichen anorganische Verbindung). Der Autor kommt zu dem Schluss, dass die Untersuchung von Eisen und Scandium und ihrer Eigenschaften im Ozean „neue Einblicke in physikalische, chemische und biologische Prozesse im Ozean“ liefern kann.