Scandiu, cù u simbulu di l'elementu Sc è u numeru atomicu di 21, hè facilmente solubile in acqua, pò interagisce cù l'acqua calda, è si scurisce facilmente in aria. A so valenza principale hè +3. Hè spessu mischiatu cù gadoliniu, erbiu è altri elementi, cù un rendimentu bassu è un cuntenutu di circa 0,0005% in a crosta. U scandiu hè spessu adupratu per fà vetru speciale è leghe leggere à alta temperatura.
Attualmente, e riserve pruvate di scandiu in u mondu sò solu 2 milioni di tunnellate, 90~95% di e quali sò cuntenute in bauxite, fosforite è minerali di ferru è titaniu, è una piccula parte in uraniu, toriu, tungstenu è minerali di terre rare, distribuiti principalmente in Russia, Cina, Tagikistan, Madagascar, Norvegia è altri paesi. A Cina hè assai ricca di risorse di scandiu, cù enormi riserve minerali relative à u scandiu. Sicondu statistiche incomplete, e riserve di scandiu in Cina sò circa 600000 tunnellate, chì sò cuntenute in depositi di bauxite è fosforite, depositi di tungstenu di porfido è vene di quarzu in a Cina meridionale, depositi di terre rare in a Cina meridionale, depositu di minerale di ferru di terre rare di Bayan Obo in a Mongolia Interna, è depositu di magnetite di vanadiu è titaniu di Panzhihua in Sichuan.
A causa di a scarsità di scandiu, u prezzu di u scandiu hè ancu assai altu, è à u so piccu, u prezzu di u scandiu hè statu gonfiatu à 10 volte u prezzu di l'oru. Ancu s'è u prezzu di u scandiu hè cascatu, hè sempre quattru volte u prezzu di l'oru!
Scuprendu a Storia
In u 1869, Mendeleev hà nutatu una lacuna in a massa atomica trà u calciu (40) è u titaniu (48), è hà previstu chì ci era ancu un elementu di massa atomica intermedia micca scupertu quì. Hà previstu chì u so ossidu hè X ₂ O Å. U scandiu hè statu scupertu in u 1879 da Lars Frederik Nilson di l'Università di Uppsala in Svezia. L'hà estrattu da a miniera d'oru neru raru, un minerale cumplessu chì cuntene 8 tippi d'ossidi metallichi. Hà estrattuOssidu d'erbiu (III)da u minerale d'oru neru raru, è ottenutuOssidu d'itterbiu (III)da questu ossidu, è ci hè un altru ossidu d'elementu più ligeru, u so spettru mostra ch'ellu hè un metallu scunnisciutu. Questu hè u metallu previstu da Mendeleev, u so ossidu hèSc₂O₃U metallu scandiu stessu hè statu pruduttu daCloruru di scandiuper fusione elettrolitica in u 1937.
Mendeleev
Cunfigurazione elettronica
Cunfigurazione elettronica: 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d1
U scandiu hè un metallu di transizione biancu argentatu, dolce, cù un puntu di fusione di 1541 ℃ è un puntu di ebullizione di 2831 ℃.
Per un periudu di tempu cunsiderabile dopu à a so scuperta, l'usu di u scandiu ùn hè statu dimustratu per via di a so difficultà di pruduzzione. Cù u miglioramentu crescente di i metudi di separazione di l'elementi di terre rare, ci hè avà un flussu di prucessu maturu per a purificazione di i cumposti di scandiu. Siccomu u scandiu hè menu alcalinu chè l'ittriu è u lantanidu, l'idrossidu hè u più debule, dunque u minerale mischiatu di elementi di terre rare chì cuntene scandiu serà separatu da l'elementu di terre rare per mezu di u metudu di "precipitazione à passi" quandu l'idrossidu di scandiu (III) hè trattatu cù ammonia dopu esse statu trasferitu in soluzione. L'altru metudu hè di separà u nitratu di scandiu per decomposizione polare di u nitratu. Siccomu u nitratu di scandiu hè u più faciule da decompone, u scandiu pò esse separatu. Inoltre, a recuperazione cumpleta di u scandiu accumpagnante da uraniu, toriu, tungstenu, stagnu è altri depositi minerali hè ancu una fonte impurtante di scandiu.
Dopu avè ottenutu un cumpostu di scandiu puru, hè cunvertitu in ScCl Å è co-fusu cù KCl è LiCl. U zincu fusu hè adupratu cum'è catodu per l'elettrolisi, pruvucendu a precipitazione di u scandiu nantu à l'elettrodu di zincu. Dopu, u zincu hè evaporatu per ottene u scandiu metallicu. Questu hè un metallu biancu argentu ligeru cù proprietà chimiche assai attive, chì pò reagisce cù l'acqua calda per generà gasu d'idrogenu. Cusì u scandiu metallicu chì si vede in l'imagine hè sigillatu in una buttiglia è prutettu cù gasu argon, altrimenti u scandiu formerà rapidamente un stratu d'ossidu giallu scuru o grisgiu, perdendu a so lucentezza metallica brillante.
Applicazioni
Industria di l'illuminazione
L'usi di u scandiu sò cuncintrati in direzzioni assai brillanti, è ùn hè micca una esagerazione chjamallu u Figliolu di a Luce. A prima arma magica di u scandiu hè chjamata lampada à scandiu-sodiu, chì pò esse aduprata per purtà a luce à millaie di famiglie. Questa hè una luce elettrica à alogenuri metallichi: a lampadina hè piena di ioduro di sodiu è triioduro di scandiu, è u scandiu è a foglia di sodiu sò aghjunti à u listessu tempu. Durante a scarica d'alta tensione, l'ioni di scandiu è l'ioni di sodiu emettenu rispettivamente luce di e so lunghezze d'onda d'emissione caratteristiche. E linee spettrali di u sodiu sò 589,0 è 589,6 nm, duie luci gialle famose, mentre chì e linee spettrali di u scandiu sò 361,3 ~ 424,7 nm, una seria d'emissioni di luce ultravioletta vicina è blu. Perchè si cumplementanu, u culore generale di a luce prodotta hè a luce bianca. Hè precisamente perchè e lampade à scandiu è sodiu anu e caratteristiche di alta efficienza luminosa, bon culore di luce, risparmiu energeticu, longa durata di serviziu è forte capacità di rompe a nebbia chì ponu esse largamente aduprate per camere televisive, piazze, impianti sportivi è illuminazione stradale, è sò cunnisciute cum'è fonti di luce di terza generazione. In Cina, questu tipu di lampada hè gradualmente prumuvutu cum'è una nova tecnulugia, mentre chì in certi paesi sviluppati, questu tipu di lampada hè stata largamente aduprata digià à l'iniziu di l'anni 1980.
A seconda arma magica di u scandiu sò e cellule fotovoltaiche solari, chì ponu raccoglie a luce sparsa nantu à a terra è trasfurmalla in elettricità per guidà a sucietà umana. U scandiu hè u megliu metallu di barriera in e cellule solari di siliciu semiconduttore isolante metallicu è e cellule solari.
A so terza arma magica si chjama fonte di raggi γ A, st'arma magica pò brillà intensamente da sola, ma stu tipu di luce ùn pò esse ricevuta à ochju nudu, hè un flussu di fotoni d'alta energia. Di solitu estraemu 45Sc da i minerali, chì hè l'unicu isotopu naturale di u scandiu. Ogni nucleu 45Sc cuntene 21 protoni è 24 neutroni. 46Sc, un isotopu radioattivu artificiale, pò esse adupratu cum'è fonte di radiazioni γ o atomi traccianti ponu ancu esse aduprati per a radioterapia di tumori maligni. Ci sò ancu applicazioni cum'è u laser à granatu di ittriu galliu scandiu.Fluoruru di scandiuFibra ottica à infrarossi di vetru, è tubu à raggi catodici rivestitu di scandiu in televisione. Pare chì u scandiu sia natu cù a luminosità.
Industria di leghe
U scandiu in a so forma elementale hè statu largamente utilizatu per u dopaggiu di leghe d'aluminiu. Basta chì uni pochi di millesimi di scandiu sianu aghjunti à l'aluminiu, si formerà una nova fase Al3Sc, chì ghjucherà un rolu di metamorfismu in a lega d'aluminiu è farà cambià significativamente a struttura è e proprietà di a lega. L'aghjunta di 0,2% ~ 0,4% di Sc (chì hè veramente simile à a proporzione di l'aghjunta di sale à i ligumi fritti in casa, basta un pocu) pò aumentà a temperatura di ricristallizazione di a lega di 150-200 ℃, è migliurà significativamente a resistenza à alta temperatura, a stabilità strutturale, e prestazioni di saldatura è a resistenza à a corrosione. Pò ancu evità u fenomenu di fragilizazione chì hè faciule da verificà durante u travagliu à longu andà à alte temperature. Lega d'aluminiu d'alta resistenza è alta tenacità, nova lega d'aluminiu saldabile resistente à a corrosione d'alta resistenza, nova lega d'aluminiu d'alta temperatura, lega d'aluminiu resistente à l'irradiazione di neutroni d'alta resistenza, ecc., anu prospettive di sviluppu assai attraenti in l'aerospaziale, l'aviazione, e navi, i reattori nucleari, i veiculi leggeri è i treni à alta velocità.
U scandiu hè ancu un eccellente modificatore per u ferru, è una piccula quantità di scandiu pò migliurà significativamente a resistenza è a durezza di a ghisa. Inoltre, u scandiu pò ancu esse adupratu cum'è additivu per leghe di tungstenu è di cromu à alta temperatura. Benintesa, in più di fà vestiti di nozze per l'altri, u scandiu hà un puntu di fusione altu è a so densità hè simile à l'aluminiu, è hè ancu adupratu in leghe leggere à puntu di fusione altu cum'è a lega di titaniu scandiu è a lega di magnesiu scandiu. Tuttavia, per via di u so prezzu altu, hè generalmente adupratu solu in industrie manifatturiere di alta gamma cum'è navette spaziali è razzi.
Materiale ceramicu
U scandiu, una sustanza unica, hè generalmente adupratu in e leghe, è i so ossidi ghjocanu un rolu impurtante in i materiali ceramici in un modu simile. U materiale ceramicu di zirconia tetragonale, chì pò esse adupratu cum'è materiale d'elettrodu per e pile à combustibile à ossidu solidu, hà una pruprietà unica induve a cunduttività di questu elettrolitu aumenta cù l'aumentu di a temperatura è di a cuncentrazione d'ossigenu in l'ambiente. Tuttavia, a struttura cristallina di questu materiale ceramicu stessu ùn pò esiste stabilmente è ùn hà micca valore industriale; Hè necessariu dopà alcune sustanze chì ponu riparà sta struttura per mantene e so proprietà originali. Aghjunghje 6 ~ 10% d'ossidu di scandiu hè cum'è una struttura di cimentu, cusì chì a zirconia pò esse stabilizzata nantu à un reticolo quadratu.
Ci sò ancu materiali ceramici d'ingegneria cum'è u nitruru di siliciu d'alta resistenza è resistente à alte temperature cum'è densificatori è stabilizzatori.
Cum'è un densificatore,Ossidu di scandiupò furmà una fase refrattaria Sc2Si2O7 à u bordu di e particelle fini, riducendu cusì a deformazione à alta temperatura di a ceramica d'ingegneria. In paragone cù altri ossidi, pò migliurà megliu e proprietà meccaniche à alta temperatura di u nitruru di siliciu.
Chimica catalitica
In l'ingegneria chimica, u scandiu hè spessu adupratu cum'è catalizatore, mentre chì Sc2O3 pò esse adupratu per a disidratazione è a disossidazione di l'etanolu o di l'isopropanolu, a decomposizione di l'acidu aceticu è a pruduzzione di etilene da CO è H2. U catalizatore Pt Al chì cuntene Sc2O3 hè ancu un catalizatore impurtante per i prucessi di purificazione è raffinazione di l'idrogenazione di l'oliu pesante in l'industria petrochimica. In e reazioni di cracking cataliticu cum'è u Cumene, l'attività di u catalizatore di zeolite Sc-Y hè 1000 volte più alta di quella di u catalizatore di silicatu d'aluminiu; In paragone cù alcuni catalizatori tradiziunali, e prospettive di sviluppu di i catalizatori di scandiu saranu assai brillanti.
Industria di l'energia nucleare
Aghjunghjendu una piccula quantità di Sc2O3 à UO2 in u carburante nucleare di reattore à alta temperatura pò evità a trasfurmazione di u reticolo, l'aumentu di u vulume è a frattura causata da a cunversione di UO2 in U3O8.
Pila à carburante
In listessu modu, l'aghjunghje di 2,5% à 25% di scandiu à e batterie alcaline di nichel aumenterà a so durata di vita.
Allevamentu agriculu
In agricultura, e sementi cum'è u granu, a barbabietola, i piselli, u granu è u girasole ponu esse trattate cù sulfatu di scandiu (a cuncentrazione hè generalmente 10-3 ~ 10-8 mol / L, diverse piante averanu diverse), è l'effettu reale di prumove a germinazione hè statu ottenutu. Dopu à 8 ore, u pesu seccu di e radiche è di i germogli hè aumentatu rispettivamente di 37% è 78% paragunatu à e piantine, ma u mecanismu hè sempre in corsu di studiu.
Da l'attenzione di Nielsen à u debitu di i dati di massa atomica à oghje, u scandiu hè entratu in a visione di a ghjente solu per centu o vinti anni, ma hè guasi statu messu in panca per centu anni. Ùn hè statu chè cù u sviluppu vigorosu di a scienza di i materiali à a fine di u seculu scorsu ch'ellu li hà purtatu vitalità. Oghje, l'elementi di terre rare, cumpresi u scandiu, sò diventati stelle calde in a scienza di i materiali, ghjucendu roli sempre cambianti in migliaia di sistemi, purtendu più cunvenienza à a nostra vita ogni ghjornu, è creendu un valore ecunomicu chì hè ancu più difficiule da misurà.
Data di publicazione: 29 di ghjugnu di u 2023