Lo scandio è un metallo argenteo che è morbido e ha una densità di circa tre volte quella dellacqua. Lo scandio è un metallo di transizione ed è anche considerato un elemento di terre rare a causa di proprietà chimiche simili (come difficoltà nellestrazione e nel separarsi da altri elementi) e lesistenza negli stessi minerali, secondo Chemicool.
Lo scandio è il 31 ° elemento più abbondante sulla Terra, secondo la tavola periodica, con circa 22 parti per milione di abbondanza in peso nella crosta terrestre, secondo Chemicool.
Lo scandio è disperso sottile ed è stato trovato in oltre 800 minerali. Allinterno di questi minerali, lo scandio si trova nella sua forma di ossido (Sc2O3, noto anche come scandia o ossido di scandio), secondo Scandium Mining. Ci sono molti usi commerciali per lo scandio anche se il costo di lo scandio è tipicamente alto: diverse migliaia di dollari al chilogrammo per lossido di scandio e fino a poche centinaia di migliaia di dollari al chilogrammo per lo scandio puro, secondo Chemistry Explained.
Solo i fatti
- Numero atomico (numero di protoni nel nucleo): 21
- Simbolo atomico (sulla tavola periodica degli elementi): Sc
- Peso atomico (massa media dellatomo): 44,9559
- Densità: 1,734 once per pollice cubo (3,0 grammi per cm cubo)
- Fase a temperatura ambiente: solido
- Punto di fusione: 2.804 gradi Fahrenheit (1.540 gradi Celsius)
- Punto di ebollizione: 5.126 F (2.830 C)
- Numero di isotopi naturali (atomi dello stesso elemento con un numero diverso di neutroni): 1. Ci sono anche 13 isotopi artificiali creati in un laboratorio.
- Isotopi più comuni: Sc-45 (100% dellabbondanza naturale)
Storia
Il chimico russo Dmitri Mendeleev, inventore della tavola periodica, predisse lesistenza e le proprietà dello scandio (che chiamò “ekaboron” – simile al boro) nel 1869, secondo la New World Encyclopedia. Lars Fredrick Nilson, un chimico svedese, esaminando gli spettri dei minerali euxenite e gadolinite, scoprì lelemento nel 1879. Lelemento prese il nome dalla parola latina per la Scandinavia, “Scandia”, a causa dei minerali in cui si trovava lo scandio il tempo si è scoperto che esisteva solo nella penisola scandinava, secondo Peter van der Krogt, uno storico olandese. Per Teodor Cleve, un chimico svedese, ha stabilito il collegamento che il nuovo elemento scoperto da Nilson era lo stesso dellelemento proposto descritto da Mendeleev.
Nel primo tentativo di isolare lo scandio, Nilson e il suo team hanno elaborato 10 chilogrammi di euxenite e sono stati in grado di produrre circa due grammi di ossido di scandio. Secondo la New World Encyclopedia, lo scandio metallico non fu prodotto per la prima volta fino al 1937 da Werner Fischer, Karl Brünger e Hans Grienseisen, chimici tedeschi. Nel 1960 fu prodotto il 99% di scandio puro.
Chi lo sapeva?
- Lo scandio si ossida quando esposto allaria e il suo colore si tingerà di giallo o rosa a causa della formazione di ossido di scandio sulla superficie, secondo il Encyclopedia Britannica.
- Lo scandio è più abbondante sulla luna (secondo ScandiumFacts) e il sole (secondo il Los Alamos National Laboratory) che sulla Terra. E sulla Terra, lo scandio tende a diffondersi sottilmente attraverso il superficie piuttosto che concentrata in determinate località.
- Secondo la Minerals Education Coalition, lo scandio viene estratto principalmente in Cina, Kazakistan, Madagascar, Norvegia e Russia, con una buona quantità proveniente dalle scorte dellera della Guerra Fredda nel primo Unione Sovietica (secondo New World Encyclopedia).
- Secondo Ency clopedia, la quantità totale di scandio prodotta negli Stati Uniti è considerata un “segreto commerciale del settore” e non viene annunciata.
- Secondo Lenntech, lo scandio non ha alcun ruolo in biologia e la persona media ingerisce meno di 0,1 microgrammi al giorno senza effetti sulla salute noti.
- Secondo Scandium.org, le leghe scandio-alluminio hanno una resistenza migliorata, una migliore resistenza alla ricristallizzazione, una dimensione dei grani ridotta e una migliore resistenza alla criccatura a caldo leghe convenzionali in cui anche solo lo 0,5% della lega è scandio.
- Lo scandio viene utilizzato principalmente per creare illuminazione ad alta intensità e lampade a vapori di mercurio (utilizzate principalmente per la fotografia e la televisione / film) Lo scandio produce luce che è molto simile alla luce solare naturale, secondo Chemicool. Secondo David Darling, astronomo e scrittore britannico, lo scandio è utilizzato anche nelle batterie alcaline, come catalizzatore (come ossido di scandio) e per migliorare la germinazione dei semi delle piante (come solfato di scandio).
- Gli Stati UnitiGeological Survey riporta che gli usi più elevati di scandio nel 2015 sono stati nelle celle a combustibile a ossido solido e nelle leghe alluminio-scandio con quantità minori di scandio utilizzate in ceramica, elettronica, laser e isotopi radioattivi.
- Viene utilizzato anche scandio in leghe per realizzare attrezzature sportive speciali, inclusi telai di biciclette e mazze da baseball, secondo Chemistry Explained. I vantaggi dellutilizzo di leghe di scandio rispetto alle leghe convenzionali per attrezzature sportive sono una maggiore resistenza, leggerezza e resistenza alla corrosione.
- Uno studio del 2003 di Zaki Ahmad, un ingegnere dellArabia Saudita, pubblicato nel Journal of la Minerals, Metals, and Materials Society ha descritto alcune applicazioni dellalluminio rinforzato con scandio, comprese quelle descritte sopra, nonché applicazioni aerospaziali (paratie, scudi termici, ruote, sistemi di carburante e di scarico e altro), trasporti automobilistici e aerei (ruote , paraurti, telai, pistoni, contenitori di airbag) e da utilizzare in ambienti di acqua salata come negli impianti di desalinizzazione e nei motori delle barche.
- Secondo Ahmad, i primi usi per le leghe scandio-alluminio furono principalmente alimentato dallesercito sovietico. Le leghe erano utilizzate principalmente sui caccia MIG 29 e nei missili per via dei loro vantaggi rispetto alle leghe più comuni dellepoca (principalmente alluminio-magnesio e alluminio-litio).
- Secondo la Royal Society of Chemistry , lisotopo scandio-46 radioattivo viene utilizzato nella raffinazione del petrolio come tracciante per monitorare il movimento del petrolio e nei tubi sotterranei per rilevare le perdite.
- Secondo la Minerals Education Coalition, lidrogeno gassoso viene rilasciato durante una reazione quando lacqua scorre su scandio a causa di una reazione con lossigeno nellacqua.
- Secondo New World Encyclopedia, le impurità di scandio conferiscono il colore blu alla varietà di berillo nota come gemma acquamarina.
Ricerca corrente
La maggior parte della ricerca che coinvolge lo scandio è luso di leghe di scandio, in particolare con lalluminio. La maggior parte di questi studi discute i vantaggi della combinazione di scandio con altri metalli e per quali leghe verranno eventualmente utilizzate. Esistono nuovi metodi per lavorare con le leghe, come un brevetto depositato nel 1997 da William Tack, un inventore americano, e studi continui sul recupero dello scandio da varie risorse, come questo studio di Weiwei Wang et al., Un gruppo di australiani ricercatori, pubblicato nel 2010 su Elsevier nella sezione Idrometallurgia.
Il brevetto di Tack descriveva un metodo per utilizzare leghe di alluminio-scandio per assemblare strutture come telai di biciclette mediante saldatura. Le leghe utilizzate contenevano varie quantità di scandio insieme ad altri “riempitivi” incluso il silicio , manganese, magnesio, zirconio, titanio e rame per determinare la migliore combinazione di materiali per varie strutture utilizzando la tecnica di saldatura dellautore.
Lo studio del 2010 ha descritto diversi processi per il recupero dello scandio da diverse risorse . Lo scandio viene principalmente recuperato come sottoprodotto dellestrazione di altri minerali come uranio, alluminio, titanio, zirconio e altri minerali delle terre rare. Varie tecniche vengono utilizzate per recuperare lo scandio nei minerali rimasti tra cui lisciviazione, estrazione con solvente, precipitazione e calcinazione.
Uno studio di tesi pubblicato nel 2016 da Claire Parker, una studentessa di scienze oceaniche in California, discute il importanza dello scandio nelloceano. I metalli in traccia sono micronutrienti essenziali per la salute dellambiente oceanico e, sebbene il ferro sia il più studiato, lo scandio è stato uno degli oligoelementi meno studiati che si trovano nelloceano. Non ci sono ruoli biologici noti per lo scandio. Pertanto, secondo lautore, lo scandio disciolto nelloceano potrebbe riguardare il lato non nutriente del ciclo oceanico del ferro.
Sulla base di diversi studi e discussi nella dissertazione, lo scandio disciolto e il ferro nelloceano hanno distribuzioni, concentrazioni e reattività simili (sulla base di un simile composto inorganico). Lautore conclude che lo studio sia del ferro che dello scandio e delle loro proprietà nelloceano può fornire “nuove informazioni sui processi fisici, chimici e biologici che si verificano nelloceano”.