Skand to srebrzysty metal, który jest miękki i ma gęstość około trzy razy większą niż woda. Skand jest metalem przejściowym i jest również uważany za pierwiastek ziem rzadkich ze względu na podobne właściwości chemiczne (takie jak trudności w ekstrakcji i oddzielaniu od innych pierwiastków) oraz występowanie w tych samych rudach, zgodnie z Chemicool.
Skand jest 31. najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi, według układu okresowego, z około 22 częściami na milion w skorupie ziemskiej, według Chemicool.
Skand jest rozproszony. i został znaleziony w ponad 800 minerałach. Według Scandium Mining skand znajduje się w jego postaci tlenkowej (Sc2O3, znanej również jako skandia lub tlenek skandu). Skand ma wiele zastosowań komercyjnych, mimo że koszt skand jest zazwyczaj wysoki – według Chemistry Explained kilka tysięcy dolarów za kilogram za tlenek skandu i do kilkuset tysięcy dolarów za kilogram za czysty skand.
Tylko fakty
- Liczba atomowa (liczba protonów w jądrze): 21
- Symbol atomowy (w układzie okresowym pierwiastków): Sc
- Masa atomowa (średnia masa atomu): 44,9559
- Gęstość: 1,734 uncji na cal sześcienny (3,0 gramy na cm sześcienny)
- Faza w temperaturze pokojowej: ciało stałe
- Temperatura topnienia: 2804 stopni Fahrenheita (1540 stopni Celsjusza)
- Temperatura wrzenia: 5,126 F (2,830 C)
- Liczba naturalnych izotopów (atomów tego samego pierwiastka z różną liczbą neutronów): 1. W laboratorium powstaje również 13 sztucznych izotopów.
- Najpopularniejsze izotopy: Sc-45 (100 procent naturalnej obfitości)
Historia
Rosyjski chemik Dmitri Mendeleev, wynalazca układu okresowego, przewidział istnienie i właściwości skandu (który nazwał „ekaboron” – podobny do boru) w 1869 r., według New World Encyclopedia. Lars Fredrick Nilson, szwedzki chemik, badając widma minerałów euksenitu i gadolinitu, odkrył pierwiastek w 1879 roku. Według Petera van der Krogta, holenderskiego historyka, czas istniał tylko na Półwyspie Skandynawskim. Szwedzki chemik Per Teodor Cleve stwierdził, że nowy pierwiastek odkryty przez Nilsona jest tym samym, co proponowany pierwiastek opisany przez Mendelejewa.
W pierwszej próbie wyizolowania skandium Nilson i jego zespół zbadali 10 kilogramów euksenitu i były w stanie wyprodukować około dwóch gramów tlenku skandu. Według New World Encyclopedia, metaliczny skand nie został wyprodukowany po raz pierwszy aż do 1937 roku przez niemieckich chemików Wernera Fischera, Karla Brüngera i Hansa Grienseisena. W 1960 roku wyprodukowano 99 procent czystego skandu.
Kto wiedział?
- Skand utlenia się pod wpływem powietrza, a jego kolor będzie zabarwiony na żółto lub różowo z powodu tworzenia się tlenku skandu na powierzchni, zgodnie z Encyclopedia Britannica.
- Skand występuje częściej na Księżycu (według ScandiumFacts) i na słońcu (według Los Alamos National Laboratory) niż na Ziemi. A na Ziemi skand jest zwykle rozrzucony po całej powierzchni powierzchni, zamiast koncentrować się w jakimkolwiek określonym miejscu.
- Według Minerals Education Coalition, skand jest wydobywany głównie w Chinach, Kazachstanie, na Madagaskarze, Norwegii i Rosji, a znaczna część pochodzi z zapasów z czasów zimnej wojny Związek Radziecki (według New World Encyclopedia).
- Według Ency clopedia, całkowita ilość skandu produkowanego w Stanach Zjednoczonych jest uważana za „tajemnicę handlową w branży” i nie jest ogłaszana.
- Według Lenntecha skand nie odgrywa żadnej roli w biologii, a przeciętny człowiek spożywa mniej niż 0,1 mikrograma dziennie bez znanych skutków zdrowotnych.
- Według Scandium.org, stopy skandu i aluminium mają zwiększoną wytrzymałość, lepszą odporność na rekrystalizację, zmniejszoną wielkość ziarna i lepszą odporność na pękanie na gorąco konwencjonalne stopy, w których nawet 0,5% stopu stanowi skand.
- Skand jest używany głównie do wytwarzania oświetlenia o dużej intensywności oraz lamp rtęciowych (używanych głównie do fotografii, telewizji / filmów). jest bardzo podobny do naturalnego światła słonecznego, według Chemicool. Według Davida Darlinga, brytyjskiego astronoma i pisarza, skand jest również używany w bateriach alkalicznych, jako katalizator (jako tlenek skandu) oraz do poprawy kiełkowania nasion roślin (jako siarczan skandu).
- Stany ZjednoczoneZ badań geologicznych wynika, że w 2015 r. Największe wykorzystanie skandu dotyczyło ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem i stopów glinowo-skandowych z mniejszymi ilościami skandu wykorzystywanych w ceramice, elektronice, laserach i izotopach promieniotwórczych.
- Wykorzystywany jest również skand w stopach do produkcji specjalistycznego sprzętu sportowego, w tym ram rowerowych i kijów baseballowych, według Chemistry Explained. Korzyści płynące ze stosowania stopów skandu w porównaniu ze stopami konwencjonalnymi w sprzęcie sportowym to zwiększona wytrzymałość, mniejsza waga i odporność na korozję.
- Badanie Zaki Ahmad z 2003 roku, inżynier z Arabii Saudyjskiej, opublikowane w Journal of Towarzystwo Minerałów, Metali i Materiałów opisało niektóre zastosowania aluminium wzmocnionego skandem, w tym te opisane powyżej, a także zastosowania lotnicze (grodzie, osłony termiczne, koła, układy paliwowe i wydechowe i inne), transport samochodowy i lotniczy (koła , zderzaki, ramy, tłoki, poduszki powietrzne) i być używane w środowiskach słonowodnych, takich jak zakłady odsalania i silniki łodzi.
- Według Ahmada pierwsze zastosowania stopów skandu i aluminium były głównie napędzane przez wojsko radzieckie. Stopy były używane głównie w myśliwcach MIG 29 i pociskach rakietowych ze względu na ich przewagę nad najpopularniejszymi wówczas stopami (głównie aluminiowo-magnezowymi i aluminiowo-litowymi).
- Według Royal Society of Chemistry , radioaktywny izotop skandu-46 jest używany w rafinacji ropy naftowej jako znacznik do monitorowania ruchu ropy oraz w podziemnych rurach do wykrywania wycieków.
- Według Minerals Education Coalition, wodór jest uwalniany podczas reakcji, gdy woda płynie nad skandem w wyniku reakcji z tlenem w wodzie.
- Według New World Encyclopedia zanieczyszczenia skandem nadają niebieskiej barwie różu berylu znanemu jako akwamaryn.
Aktualne badania
Większość badań dotyczących skandu dotyczy stosowania stopów skandu, zwłaszcza aluminium. Większość z tych badań omawia korzyści płynące z łączenia skandu z innymi metalami i jakie stopy będą prawdopodobnie używane. Istnieją nowe metody pracy ze stopami, takie jak patent złożony w 1997 r. Przez Williama Tacka, amerykańskiego wynalazcę oraz trwające badania nad odzyskiwaniem skandu z różnych źródeł, takie jak to badanie przeprowadzone przez Weiwei Wang i in., Grupę Australijczyków. naukowców, opublikowaną w 2010 roku w Elsevier w dziale Hydrometallurgy.
Patent Tacka opisał metodę stosowania stopów aluminium i skandu do montażu konstrukcji, takich jak ramy rowerów, za pomocą spawania. Zastosowane stopy zawierały różne ilości skandu wraz z innymi „wypełniaczami”, w tym krzemem. , manganu, magnezu, cyrkonu, tytanu i miedzi w celu określenia najlepszej kombinacji materiałów do różnych konstrukcji przy użyciu autorskiej techniki spawania.
W badaniu z 2010 roku opisano kilka procesów odzyskiwania skandu z kilku źródeł . Skand jest przede wszystkim odzyskiwany jako produkt uboczny wydobycia innych rud, takich jak uran, glin, tytan, cyrkon i inne rudy ziem rzadkich. Do odzyskiwania skandu z pozostałości rud stosuje się różne techniki, w tym ługowanie, ekstrakcję rozpuszczalnikiem, wytrącanie i kalcynację.
W pracy doktorskiej opublikowanej w 2016 roku przez Claire Parker, studentkę nauk oceanicznych w Kalifornii, omówiono znaczenie skandu w oceanie. Metale śladowe są niezbędnymi mikroelementami dla zdrowia środowiska oceanicznego i chociaż żelazo jest najlepiej zbadane, skand jest jednym z najmniej zbadanych pierwiastków śladowych, które można znaleźć w oceanie. Nie są znane żadne biologiczne role skandu. Dlatego, zdaniem autora, skand rozpuszczony w oceanie może odnosić się do nieodżywczej strony oceanicznego cyklu żelaza.
Na podstawie kilku badań i omówionych w rozprawie, rozpuszczony skand i żelazo w oceanie mają podobne rozkłady, stężenia i reaktywność (w oparciu o podobne związek nieorganiczny). Autor podsumowuje, że badanie zarówno żelaza, jak i skandu oraz ich właściwości w oceanie może dostarczyć „nowych informacji na temat procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących w oceanie”.