Scandium is een zilverachtig metaal dat zacht is en een dichtheid heeft van ongeveer drie keer die van water. Scandium is een overgangsmetaal en wordt ook beschouwd als een zeldzaam aardelement vanwege vergelijkbare chemische eigenschappen (zoals moeilijkheid bij het extraheren en scheiden van andere elementen) en het bestaan in dezelfde ertsen, volgens Chemicool.
Scandium is het 31e meest voorkomende element op aarde, volgens het periodiek systeem, met ongeveer 22 gewichtsdelen per miljoen in de aardkorst, volgens Chemicool.
Scandium is verspreid dun en is gevonden in meer dan 800 mineralen. Binnen deze mineralen wordt scandium gevonden in zijn oxidevorm (Sc2O3, ook bekend als scandia of scandiumoxide), volgens Scandium Mining. Er zijn veel commerciële toepassingen voor scandium, hoewel de kosten van scandium is doorgaans hoog – enkele duizenden dollars per kilogram voor scandiumoxide en tot een paar honderdduizenden dollars per kilogram voor puur scandium, volgens Chemistry Explained.
Just the Facts
- Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 21
- Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): Sc
- Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 44,9559
- Dichtheid: 1,734 ounces per kubieke inch (3,0 gram per kubieke cm)
- Fase bij kamertemperatuur: vast
- Smeltpunt: 2.804 graden Fahrenheit (1.540 graden Celsius)
- Kookpunt: 5.126 F (2830 C)
- Aantal natuurlijke isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 1. Er zijn ook 13 kunstmatige isotopen gemaakt in een laboratorium.
- Meest voorkomende isotopen: Sc-45 (100 procent van natuurlijke overvloed)
Geschiedenis
De Russische chemicus Dmitri Mendeleev, uitvinder van het periodiek systeem, voorspelde het bestaan en de eigenschappen van scandium (dat hij “ekaboron” – vergelijkbaar met boor) in 1869, volgens de New World Encyclopedia. Lars Fredrick Nilson, een Zweedse chemicus, ontdekte het element in 1879 bij het onderzoeken van de spectra van de mineralen euxeniet en gadoliniet. Het element werd genoemd naar het Latijnse woord voor Scandinavië, Scandinavië, vanwege de mineralen waarin scandium aanwezig was. volgens Peter van der Krogt, een Nederlandse historicus, bleek de tijd alleen op het Scandinavische schiereiland te bestaan. Per Teodor Cleve, een Zweedse chemicus, legde de link dat het nieuwe element dat Nilson ontdekte hetzelfde was als het voorgestelde element beschreven door Mendeleev.
Bij de eerste poging om scandium te isoleren, verwerkten Nilson en zijn team 10 kilo euxeniet en konden ongeveer twee gram scandiumoxide produceren. Volgens de New World Encyclopedia werd metallisch scandium pas in 1937 voor het eerst geproduceerd door Werner Fischer, Karl Brünger en Hans Grienseisen, Duitse chemici. In 1960 werd 99 procent puur scandium geproduceerd.
Wie wist?
- Scandium oxideert bij blootstelling aan lucht en de kleur zal geel of roze worden door de vorming van scandiumoxide op het oppervlak, volgens de Encyclopedia Britannica.
- Scandium komt meer voor op de maan (volgens ScandiumFacts) en de zon (volgens Los Alamos National Laboratory) dan op aarde. En op aarde heeft het scandium de neiging om dun verspreid te zijn over de oppervlak in plaats van geconcentreerd op bepaalde locaties.
- Volgens Minerals Education Coalition wordt scandium voornamelijk gedolven in China, Kazachstan, Madagaskar, Noorwegen en Rusland, met een groot deel uit voorraden uit de Koude Oorlog in de voormalige Sovjet-Unie (volgens New World Encyclopedia).
- Volgens Ency clopedia, wordt de totale hoeveelheid scandium die in de Verenigde Staten wordt geproduceerd, beschouwd als een handelsgeheim in de industrie en wordt niet aangekondigd.
- Volgens Lenntech speelt scandium geen rol in de biologie, en de gemiddelde persoon neemt minder dan 0,1 microgram per dag op zonder bekende gezondheidseffecten.
- Volgens Scandium.org hebben scandium-aluminiumlegeringen verbeterde sterkte, verbeterde weerstand tegen herkristallisatie, verminderde korrelgrootte en verbeterde weerstand tegen hete kraken conventionele legeringen waarvan zelfs maar 0,5 procent van de legering scandium is.
- Scandium wordt voornamelijk gebruikt om verlichting met hoge intensiteit en kwikdamplampen te creëren (voornamelijk gebruikt voor fotografie en televisie / films). Scandium produceert licht dat lijkt volgens Chemicool sterk op natuurlijk zonlicht. Volgens David Darling, een Britse astronoom en schrijver, wordt scandium ook gebruikt in alkalinebatterijen, als katalysator (als scandiumoxide) en om de kieming van plantenzaden (als scandiumsulfaat) te verbeteren.
- De VSGeological Survey meldt dat scandium in 2015 het meest werd gebruikt in brandstofcellen met vast oxide en aluminium-scandiumlegeringen met kleinere hoeveelheden scandium in keramiek, elektronica, lasers en radioactieve isotopen.
- Scandium wordt ook gebruikt in legeringen om speciale sportartikelen te maken, waaronder fietsframes en honkbalknuppels, volgens Chemistry Explained. De voordelen van het gebruik van scandiumlegeringen ten opzichte van conventionele legeringen voor sportuitrusting zijn grotere sterkte, een lager gewicht en een betere weerstand tegen corrosie.
- Een studie uit 2003 door Zaki Ahmad, een ingenieur uit Saoedi-Arabië, gepubliceerd in het Journal of de Minerals, Metals, and Materials Society beschreef enkele toepassingen van met scandium versterkt aluminium, inclusief de hierboven beschreven toepassingen, evenals ruimtevaarttoepassingen (schotten, hitteschilden, wielen, brandstof- en uitlaatsystemen en meer), auto- en luchttransport (wielen , bumpers, frames, zuigers, airbaghouders), en worden gebruikt in zoutwateromgevingen zoals in ontziltingsinstallaties en in bootmotoren.
- Volgens Ahmad waren de eerste toepassingen van scandium-aluminiumlegeringen voornamelijk aangewakkerd door het Sovjetleger. De legeringen werden voornamelijk gebruikt op de MIG 29-jagers en in raketten vanwege hun voordelen ten opzichte van de meest voorkomende legeringen in die tijd (voornamelijk aluminium-magnesium en aluminium-lithium).
- Volgens de Royal Society of Chemistry wordt radioactief isotoop scandium-46 gebruikt in olieraffinage als tracer om de oliebeweging te volgen en in ondergrondse leidingen om lekken op te sporen.
- Volgens Minerals Education Coalition komt waterstofgas vrij tijdens een reactie wanneer water stroomt over scandium als gevolg van een reactie met de zuurstof in het water.
- Volgens New World Encyclopedia geven scandiumverontreinigingen de blauwe kleur aan de variëteit van beryl die bekend staat als de aquamarijn-edelsteen.
Lopend onderzoek
Het merendeel van het onderzoek met scandium betreft het gebruik van scandiumlegeringen, vooral met aluminium. De meeste van deze onderzoeken bespreken de voordelen van het combineren van scandium met andere metalen en welke legeringen mogelijk worden gebruikt. Er zijn nieuwe methoden om met de legeringen te werken, zoals een patent dat in 1997 is ingediend door William Tack, een Amerikaanse uitvinder, en doorlopende studies over het terugwinnen van scandium uit verschillende bronnen, zoals deze studie van Weiwei Wang et al., Een groep Australische onderzoekers, gepubliceerd in 2010 in Elsevier in de sectie Hydrometallurgie.
Het octrooi van Tack beschrijft een methode voor het gebruik van aluminium-scandiumlegeringen om constructies zoals fietsframes samen te stellen door middel van lassen. De gebruikte legeringen bevatten verschillende hoeveelheden scandium samen met andere “vulstoffen”, waaronder silicium , mangaan, magnesium, zirkonium, titanium en koper om de beste combinatie van materialen voor verschillende structuren te bepalen met behulp van de lastechniek van de auteur.
De studie uit 2010 beschreef verschillende processen voor het terugwinnen van scandium uit verschillende bronnen . Scandium wordt voornamelijk gewonnen als bijproduct van de winning van andere ertsen zoals uranium, aluminium, titanium, zirkonium en andere zeldzame aardmetalen. Er worden verschillende technieken gebruikt om het scandium in de overgebleven ertsen terug te winnen, waaronder uitloging, oplosmiddelextractie, precipitatie en calcinering.
Een dissertatiestudie gepubliceerd in 2016 door Claire Parker, een oceaanwetenschappelijk student in Californië, bespreekt de belang van scandium in de oceaan. Sporenmetalen zijn essentiële micronutriënten voor de gezondheid van het oceaanmilieu, en hoewel ijzer het meest bestudeerd is, is scandium een van de minst bestudeerde sporenelementen die in de oceaan worden aangetroffen. Er zijn geen biologische rollen bekend voor scandium. Daarom zou volgens de auteur het in de oceaan opgeloste scandium verband kunnen houden met de niet-nutriëntenkant van de oceanische ijzercyclus.
Op basis van verschillende studies en besproken in het proefschrift hebben opgelost scandium en ijzer in de oceaan vergelijkbare verdelingen, concentraties en reactiviteit (gebaseerd op een vergelijkbare anorganische verbinding). De auteur concludeert dat het bestuderen van zowel ijzer als scandium en hun eigenschappen in de oceaan “nieuwe inzichten kan opleveren in fysische, chemische en biologische processen die plaatsvinden in de oceaan”.