Fapte despre Scandium

Scandium este un metal argintiu care este moale și are o densitate de aproximativ trei ori mai mare decât cea a apei. Scandiul este un metal de tranziție și este, de asemenea, considerat un element de pământ rar datorită proprietăților chimice similare (cum ar fi dificultatea de extragere și separare de alte elemente) și existenței în aceleași minereuri, conform Chemicool.

Scandium este cel de-al 31-lea cel mai abundent element de pe Pământ, conform tabelului periodic, cu aproximativ 22 de părți pe milion de abundență în greutate în scoarța Pământului, conform Chemicool.

Scandium este împrăștiat subțire și a fost găsit în peste 800 de minerale. În cadrul acestor minerale, scandiul se găsește sub forma sa de oxid (Sc2O3, cunoscut și sub numele de scandia sau oxid de scandiu), potrivit Scandium Mining. Există multe utilizări comerciale pentru scandiu, chiar dacă costul scandiul este de obicei ridicat – câteva mii de dolari pe kilogram pentru oxidul de scandiu și până la câteva sute de mii de dolari pe kilogram pentru scandiul pur, conform Chemistry Explained.

Doar faptele

• Număr atomic (numărul de protoni din nucleu): 21
• Simbol atomic (pe tabelul periodic al elementelor): Sc
• Greutatea atomică (masa medie a atomului): 44.9559
• Densitate: 1.734 uncii per inch cub (3,0 grame pe cm cub)
• Faza la temperatura camerei: solid
• Punct de topire: 2.804 grade Fahrenheit (1.540 grade Celsius)
• Punct de fierbere: 5.126 F (2.830 C)
• Numărul de izotopi naturali (atomi ai aceluiași element cu un număr diferit de neutroni): 1. Există, de asemenea, 13 izotopi artificiali creați într-un laborator.
• Cele mai frecvente izotopi: Sc-45 (100% din abundența naturală)

Istorie

Chimistul rus Dmitri Mendeleev, inventatorul tabelului periodic, a prezis existența și proprietățile scandiumului (pe care l-a numit „ekaboron” – similar cu borul) în 1869, conform New World Encyclopedia. Lars Fredrick Nilson, un chimist suedez, când a examinat spectrele mineralelor euxenită și gadolinită, a descoperit elementul în 1879. Elementul a fost numit pentru cuvântul latin pentru Scandinavia, „Scandia”, datorită mineralelor în care scandiul se afla timp descoperit că există doar în Peninsula Scandinavă, potrivit lui Peter van der Krogt, istoric olandez. Per Teodor Cleve, chimist suedez, a făcut legătura că noul element descoperit de Nilson era același cu cel propus descris de Mendeleev.

În prima încercare de a izola scandiul, Nilson și echipa sa au procesat 10 kilograme de euxenită și au reușit să producă aproximativ două grame de oxid de scandiu. Potrivit New World Encyclopedia, scandiul metalic nu a fost produs pentru prima dată până în 1937 de către Werner Fischer, Karl Brünger și Hans Grienseisen, chimisti germani. În 1960, a fost produs 99% scandiu pur.

Cine știa?

• Scandiul se oxidează atunci când este expus la aer și culoarea acestuia va fi colorată cu galben sau roz datorită formării oxidului de scandiu la suprafață, conform Enciclopedia Britanică.
• Scandiul este mai abundent pe Lună (conform ScandiumFacts) și soare (conform Laboratorului Național Los Alamos) decât pe Pământ. Și pe Pământ, scandiul tinde să fie răspândit subțire pe suprafață, mai degrabă decât concentrat în anumite locații.
• Potrivit Coaliției pentru Educație Minerală, scandiul este exploatat în principal în China, Kazahstan, Madagascar, Norvegia și Rusia, cu o bună parte provenind din stocurile din perioada Războiului Rece Uniunea Sovietică (conform New World Encyclopedia).
• Conform Ency clopedia, cantitatea totală de scandiu produsă în Statele Unite este considerată un „secret comercial în industrie” și nu este anunțată.
• Potrivit lui Lenntech, scandiul nu joacă niciun rol în biologie, iar persoana medie ingerează mai puțin de 0,1 micrograme pe zi, fără efecte cunoscute asupra sănătății.
• Conform Scandium.org, aliajele scandiu-aluminiu au o rezistență îmbunătățită, o rezistență îmbunătățită la recristalizare, dimensiunea redusă a granulelor și o rezistență îmbunătățită la crăparea la cald aliaje convenționale cu chiar și 0,5% din aliaj fiind scandiu.
• Scandiul este utilizat în principal pentru a crea lămpi de iluminat de înaltă intensitate și lămpi cu vapori de mercur (utilizate în principal pentru fotografie și televiziune / filme) Scandium produce lumină care este foarte asemănător cu lumina soarelui naturală, conform Chemicool. Potrivit lui David Darling, astronom și scriitor britanic, scandiul este utilizat și în bateriile alcaline, ca catalizator (ca oxid de scandiu) și pentru a îmbunătăți germinarea semințelor plantelor (ca sulfat de scandiu).
• SUAStudiul geologic raportează că cele mai mari utilizări ale scandiului în 2015 au fost în pilele de combustibil cu oxid solid și aliajele de aluminiu-scandiu cu cantități mai mici de scandiu utilizate în ceramică, electronică, lasere și izotopi radioactivi.
• Scandium este, de asemenea, utilizat în aliaje pentru a face echipamente sportive de specialitate, inclusiv cadre pentru biciclete și lilieci de baseball, conform Chemistry Explained. Avantajele utilizării aliajelor de scandiu comparativ cu aliajele convenționale pentru echipamentele sportive sunt rezistența crescută, greutatea mai mică și rezistența la coroziune.
• Un studiu din 2003 realizat de Zaki Ahmad, inginer din Arabia Saudită, publicat în Journal of Societatea Minerale, Metale și Materiale a descris câteva aplicații ale aluminiului armat cu scandiu, inclusiv cele descrise mai sus, precum și aplicații aerospațiale (capete vrac, scuturi termice, roți, sisteme de combustibil și evacuare și multe altele), transporturi auto și aeriene (roți , bare de protecție, cadre, pistoane, canistre cu airbag) și să fie utilizate în medii cu apă sărată, cum ar fi în instalațiile de desalinizare și în motoarele pentru bărci.
• Potrivit lui Ahmad, primele utilizări ale aliajelor de scandiu-aluminiu au fost în principal alimentat de armata sovietică. Aliajele au fost utilizate în principal pe luptătoarele MIG 29 și în rachete datorită avantajelor lor față de cele mai comune aliaje din acea vreme (în principal aluminiu-magneziu și aluminiu-litiu).
• Potrivit Societății Regale de Chimie , izotopul radioactiv scandium-46 este utilizat în rafinarea petrolului ca un element de urmărire pentru a monitoriza mișcarea petrolului și în țevile subterane pentru a detecta scurgerile. peste scandiu datorită unei reacții cu oxigenul din apă.
• Potrivit New World Encyclopedia, impuritățile scandiului dau culoarea albastră varietății de beril cunoscută sub numele de piatră prețioasă acvamarină.

Cercetări actuale

Majoritatea cercetărilor care implică scandiu sunt utilizarea aliajelor de scandiu, în special cu aluminiu. Majoritatea acestor studii discută despre beneficiile combinării scandiului cu alte metale și pentru ce aliaje vor fi folosite. Există noi metode de lucru cu aliajele, cum ar fi un brevet depus în 1997 de William Tack, un inventator american și continuarea studiilor privind recuperarea scandiumului din diverse resurse, cum ar fi acest studiu realizat de Weiwei Wang și colab., Un grup de australieni. cercetători, publicat în 2010 în Elsevier în secțiunea Hidrometalurgie.

brevetul Tack a descris o metodă de utilizare a aliajelor de aluminiu-scandiu pentru asamblarea structurilor, cum ar fi cadrele de biciclete prin sudare. Aliajele care au fost utilizate conțineau diferite cantități de scandiu împreună cu alte „materiale de umplutură”, inclusiv siliciu , mangan, magneziu, zirconiu, titan și cupru pentru a determina cea mai bună combinație de materiale pentru diferite structuri folosind tehnica de sudare a autorului.

Studiul din 2010 a descris mai multe procese pentru recuperarea scandiului din mai multe resurse . Scandiul este recuperat în principal ca un produs secundar al exploatării altor minereuri, cum ar fi uraniu, aluminiu, titan, zirconiu și alte minereuri de pământuri rare. Sunt folosite diverse tehnici pentru a recupera scandiul din minereurile rămase, inclusiv leșierea, extracția solventului, precipitațiile și calcinarea.

Un studiu de disertație publicat în 2016 de Claire Parker, o studentă la științe oceanice din California, discută despre importanța scandiumului în ocean. Urme metalice sunt micronutrienți esențiali în sănătatea mediului oceanic și, deși fierul este cel mai studiat, scandiul a fost unul dintre oligoelementele cel mai puțin studiate care se găsesc în ocean. Nu există roluri biologice cunoscute pentru scandiu. Prin urmare, potrivit autorului, scandiul dizolvat în ocean s-ar putea lega de partea non-nutritivă a ciclului oceanic al fierului.

Pe baza mai multor studii și discutate în disertație, scandiul și fierul dizolvat din ocean au distribuții, concentrații și reactivitate similare (pe baza unei analize similare compus anorganic). Autorul concluzionează că studierea atât a fierului, cât și a scandiului și a proprietăților lor în ocean pot oferi „noi perspective asupra proceselor fizice, chimice și biologice care apar în ocean”.