Scandium on hopeanhohtoinen metalli, joka on pehmeää ja tiheys noin kolminkertainen veden tiheyteen. Skandium on siirtymämetalli ja sitä pidetään myös harvinaisten maametallien elementtinä samanlaisten kemiallisten ominaisuuksien (kuten vaikeuksien uuttamisessa ja erottamisessa muista alkuaineista) ja olemassaolon vuoksi samoissa malmeissa Chemicoolin mukaan.
Scandium on maapallon 31. yleisin alkuaine jaksollisen taulukon mukaan, Chemicoolin mukaan maapallon kuoressa on noin 22 miljoonasosaa paino-osaa.
Scandium on hajallaan ohut ja sitä on löydetty yli 800 mineraalista. Näissä mineraaleissa skandium löytyy oksidimuodossaan (Sc2O3, joka tunnetaan myös nimellä skandia tai skandiumoksidi), Scandium Miningin mukaan. Skandiumille on monia kaupallisia käyttötarkoituksia, vaikka skandium on tyypillisesti korkea – useita tuhansia dollareita kilolta skandiumoksidia ja jopa muutama sata tuhatta dollaria kilogrammalta puhdasta skandiumia, selittää Chemistry Explained.
Just the Facts
- Atomiluku (protonien lukumäärä ytimessä): 21
- Atomisymboli (alkuaineiden jaksollisessa taulukossa): Sc
- Atomipaino (atomin keskimääräinen massa): 44,9559
- Tiheys: 1,734 unssia per kuutiometriä (3,0 grammaa kuutiometriä kohti)
- Vaihe huoneenlämmössä: kiinteä
- Sulamispiste: 2804 Fahrenheit-astetta (1540 Celsius-astetta)
- Kiehumispiste: 5126 F (2830 C)
- Luonnollisten isotooppien (saman elementin atomeja, joilla on erilainen määrä neutroneja) määrä: 1. Laboratoriossa on myös luotu 13 keinotekoista isotooppia.
- Yleisimmät isotoopit: Sc-45 (100 prosenttia luonnollisesta runsaudesta)
Historia
Venäläinen kemisti Dmitri Mendelejev, jaksollisen keksijä, ennusti skandiumin (jota hän kutsui) olemassaolon ja ominaisuudet ”ekaboron” – samanlainen kuin boori) vuonna 1869 New World Encyclopedian mukaan. Lars Fredrick Nilson, ruotsalainen kemisti, tutkiessaan mineraalien eukseniitin ja gadoliniitin spektrit löysi elementin vuonna 1879. Elementti nimettiin latinankieliselle Skandinavia-sanalle ”Scandia” johtuen mineraaleista, joissa skandium oli. hollantilaisen historioitsijan Peter van der Krogtin mukaan aikaa on todettu olevan olemassa vain Skandinavian niemimaalla. Per Teodor Cleve, ruotsalainen kemisti, linkki siihen, että Nilsonin löytämä uusi elementti oli sama kuin Mendelejevin kuvaama elementti.
Ensimmäisessä yrityksessä eristää skandium Nilson ja hänen tiiminsä käsittelivät 10 kiloa eukseniittia ja pystyivät tuottamaan noin kaksi grammaa skandiumoksidia. Uuden maailman tietosanakirjan mukaan metalliskandiumia tuotettiin vasta vuonna 1937 saksalaisten kemistien Werner Fischerin, Karl Brüngerin ja Hans Grienseisenin toimesta vasta vuonna 1937. Vuonna 1960 tuotettiin 99 prosenttia puhdasta skandiumia.
Kuka tiesi?
- Skandium hapettuu altistuessaan ilmalle ja sen väri sävytetään keltaisella tai vaaleanpunaisella, koska pinnalle muodostuu skandiumoksidia, mukaan Encyclopedia Britannica.
- Skandiumia on runsaammin Kuulla (ScandiumFactsin mukaan) ja auringossa (Los Alamosin kansallisen laboratorion mukaan) kuin maapallolla. Ja maapallolla skandium on taipumus levitä ohuesti ympäri maailmaa. sen sijaan, että se olisi keskittynyt mihinkään tiettyyn paikkaan.
- Minerals Education Coalitionin mukaan skandiumia louhitaan pääasiassa Kiinassa, Kazakstanissa, Madagaskarissa, Norjassa ja Venäjällä, ja entisen kylmän sodan aikaiset varastot tuottavat paljon. Neuvostoliitto (New World Encyclopedian mukaan).
- Encyn mukaan Clopedia, Yhdysvalloissa tuotetun skandiumin kokonaismäärää pidetään ”alan liikesalaisuutena”, eikä sitä ilmoiteta.
- Lenntechin mukaan skandiumilla ei ole roolia biologiassa, ja tavallinen ihminen syö vähemmän kuin 0,1 mikrogrammaa päivässä ilman mitään tunnettuja terveysvaikutuksia.
- Scandium.org: n mukaan skandium-alumiiniseokset ovat parantaneet lujuuttaan, parantaneet uudelleenkiteytymisen vastustuskykyä, pienentäneet raekokoja ja parantaneet kuumahalkeilun kestävyyttä tavanomaiset seokset, joissa jopa 0,5 prosenttia seoksesta on skandiumia.
- Scandiumia käytetään pääasiassa korkean intensiteetin valaistuksen ja elohopeahöyrylamppujen (käytetään pääasiassa valokuvaukseen ja televisioihin / elokuviin) luomiseen. Scandium tuottaa valoa, joka on hyvin samanlainen kuin luonnollinen auringonvalo Chemicoolin mukaan. Brittiläisen tähtitieteilijän ja kirjailijan David Darlingin mukaan skandiumia käytetään myös alkaliparistoissa katalysaattorina (skandiumoksidina) ja kasvien siementen itämisen parantamiseksi (skandiumsulfaatina).
- YhdysvallatGeologian tutkimuskeskuksen mukaan skandiumia käytettiin eniten vuonna 2015 kiinteissä oksidipolttoainekennoissa ja alumiini-skandiumseoksissa, joissa pienempi määrä skandiumia käytettiin keramiikassa, elektroniikassa, lasereissa ja radioaktiivisissa isotoopeissa.
- Skandiumia käytetään myös seoksissa erikoisurheiluvälineiden, mukaan lukien polkupyörän rungot ja baseball-lepakot, valmistamiseksi Chemistry Explainedin mukaan. Scandiumseosten ja perinteisten urheiluseosten seosten käytön edut ovat lisääntynyt lujuus, keveys ja korroosionkestävyys.
- Saudi-Arabian insinöörin Zaki Ahmadin vuonna 2003 julkaisema julkaisu Journal of Minerals, Metals, and Materials Society kuvasi joitain skandiumivahvistetun alumiinin sovelluksia, mukaan lukien edellä kuvatut, samoin kuin ilmailu- ja avaruussovellukset (irtopäät, lämpösuojat, pyörät, polttoaine- ja pakojärjestelmät ja paljon muuta), auto- ja lentokuljetukset (pyörät) , puskurit, rungot, männät, turvatyynykapselit) ja käytettäväksi suolaisessa ympäristössä, kuten suolanpoistolaitoksissa ja venemoottoreissa.
- Ahmadin mukaan skandium-alumiiniseosten ensimmäiset käyttökohteet olivat pääasiassa Neuvostoliiton armeija. Seoksia käytettiin pääasiassa MIG 29 -hävittäjissä ja ohjuksissa, koska niillä oli etuja verrattuna tuolloin yleisimpiin seoksiin (pääasiassa alumiini-magnesium ja alumiini-litium).
- Royal Society of Chemistry , radioaktiivista isotooppia skandiumia-46 käytetään öljynjalostuksessa merkkiaineena öljyn liikkeen seuraamiseksi ja maanalaisissa putkissa vuotojen havaitsemiseksi.
- Minerals Education Coalitionin mukaan vetykaasua vapautuu reaktion aikana, kun vesi juoksee. yli skandiumin reaktion vuoksi vedessä olevan hapen kanssa.
- New World Encyclopedian mukaan skandiumin epäpuhtaudet antavat sinisen värin beryylilajikkeelle, joka tunnetaan nimellä akvamariinikivi.
Nykyinen tutkimus
Suurin osa skandiumia koskevasta tutkimuksesta on skandiumseosten, erityisesti alumiinin, käyttöä. Suurin osa näistä tutkimuksista käsittelee skandiumin yhdistämisen etuja muihin metalleihin ja mitä seoksia mahdollisesti käytetään. Seosten käsittelyssä on uusia menetelmiä, kuten amerikkalaisen keksijän William Tackin vuonna 1997 jättämä patentti ja jatkuvat tutkimukset skandiumin palauttamiseksi erilaisista resursseista, kuten tämä tutkimus Weiwei Wang et ai., Ryhmä australialaisia tutkijat, julkaistu vuonna 2010 Elsevierissä Hydrometallurgy-osiossa.
Tackin patentti kuvasi menetelmän alumiini-skandiumseosten käytöstä rakenteiden, kuten polkupyörän runkojen, kokoamiseksi hitsaamalla. Käytetyt seokset sisälsivät useita määriä skandiumia yhdessä muiden ”täyteaineiden”, mukaan lukien pii, kanssa. , mangaani, magnesium, zirkonium, titaani ja kupari eri materiaalien parhaan yhdistelmän määrittämiseksi tekijän hitsaustekniikalla.
Vuoden 2010 tutkimuksessa kuvattiin useita prosesseja skandiumin talteenottamiseksi useista resursseista . Skandium otetaan talteen ensisijaisesti muiden malmien kuten uraanin, alumiinin, titaanin, zirkoniumin ja muiden harvinaisten maametallien louhinnan sivutuotteena. Erilaisia tekniikoita käytetään jäljellä olevien malmien skandiumin talteenottamiseksi, mukaan lukien uuttaminen, liuotinuutto, saostaminen ja kalsinointi.
Väitöskirjatyö, jonka julkaisi vuonna 2016 Kalifornian meritieteiden opiskelija Claire Parker, käsittelee skandiumin merkitys meressä. Hivemetallit ovat välttämättömiä hivenravinteita valtameren ympäristössä, ja vaikka rauta on eniten tutkittu, skandium on ollut yksi vähiten tutkituista hivenaineista, joita löytyy merestä. Skandiumilla ei ole tunnettuja biologisia rooleja. Siksi kirjoittajan mukaan meressä liuennut skandium voisi liittyä valtameren rauta-kierron ei-ravinnepuoleen.
Useaan tutkimukseen perustuen ja väitöskirjassa käsitellyllä merellä liuenneella skandiumilla ja raudalla on samanlaiset jakaumat, pitoisuudet ja reaktiivisuus (perustuen samankaltaiseen epäorgaaninen yhdiste). Kirjoittaja päättelee, että sekä raudan että skandiumin ja niiden ominaisuuksien tutkiminen meressä voi tarjota ”uutta tietoa meressä tapahtuvista fysikaalisista, kemiallisista ja biologisista prosesseista”.