Scándio, con símbolo de elemento Sc e número atómico 21, é facilmente soluble en auga, pode interactuar coa auga quente e escurece facilmente ao aire. A súa valencia principal é +3. Adoita mesturarse con gadolinio, erbio e outros elementos, cun baixo rendemento e un contido de aproximadamente o 0,0005 % na codia. O escandio úsase a miúdo para fabricar vidro especial e aliaxes lixeiras de alta temperatura.
Na actualidade, as reservas probadas de escandio no mundo son só de 2 millóns de toneladas, das cales o 90-95 % están contidas en bauxita, fosforita e minerais de ferro-titanio, e unha pequena parte en minerais de uranio, torio, volframio e terras raras, distribuídos principalmente en Rusia, China, Taxiquistán, Madagascar, Noruega e outros países. China é moi rica en recursos de escandio, con enormes reservas minerais relacionadas co escandio. Segundo estatísticas incompletas, as reservas de escandio en China son duns 600.000 toneladas, que están contidas en depósitos de bauxita e fosforita, depósitos de volframio de veas de pórfido e cuarzo no sur da China, depósitos de terras raras no sur da China, depósito de mineral de ferro de terras raras de Bayan Obo na Mongolia Interior e depósito de magnetita de vanadio e titanio de Panzhihua en Sichuan.
Debido á escaseza de escandio, o seu prezo tamén é moi alto e, no seu auxe, o prezo do escandio inflouse ata 10 veces o prezo do ouro. Aínda que o prezo do escandio baixou, segue sendo catro veces o prezo do ouro!
Descubrindo a historia
En 1869, Mendeleev observou unha diferenza na masa atómica entre o calcio (40) e o titanio (48) e predixo que tamén había un elemento de masa atómica intermedio non descuberto. Prediciu que o seu óxido é X₂OÅ. O escandio foi descuberto en 1879 por Lars Frederik Nilson da Universidade de Uppsala en Suecia. Extraeuno da mina de ouro negro raro, un mineral complexo que contén 8 tipos de óxidos metálicos. ExtraeuÓxido de erbio(III)a partir de mineral de ouro negro raro e obtidoÓxido de iterbio(III)deste óxido, e hai outro óxido dun elemento máis lixeiro, cuxo espectro mostra que é un metal descoñecido. Este é o metal predito por Mendeleev, cuxo óxido éSc₂O₃O propio metal de escandio producíase a partir deCloruro de escandiopor fusión electrolítica en 1937.
Mendeleiev
Configuración electrónica
Configuración electrónica: 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s² 3d1
O escandio é un metal de transición brando, de cor branca prateada, cun punto de fusión de 1541 ℃ e un punto de ebulición de 2831 ℃.
Durante un período de tempo considerable despois do seu descubrimento, o uso do escandio non se demostrou debido á súa dificultade de produción. Coa crecente mellora dos métodos de separación de elementos de terras raras, agora existe un fluxo de proceso maduro para purificar compostos de escandio. Debido a que o escandio é menos alcalino que o itrio e o lantánido, o hidróxido é o máis débil, polo que o mineral mesturado de elementos de terras raras que contén escandio separarase do elemento de terras raras mediante o método de "precipitación escalonada" cando o hidróxido de escandio(III) se trata con amoníaco despois de transferilo a unha solución. O outro método é separar o nitrato de escandio mediante a descomposición polar do nitrato. Debido a que o nitrato de escandio é o máis fácil de descompoñer, o escandio pódese separar. Ademais, a recuperación completa do escandio que o acompaña a partir de depósitos de uranio, torio, volframio, estaño e outros minerais tamén é unha fonte importante de escandio.
Despois de obter un composto de escandio puro, este convértese en ScCl Å e fúndese con KCl e LiCl. O cinc fundido utilízase como cátodo para a electrólise, o que fai que o escandio precipite no eléctrodo de cinc. Despois, o cinc evapórase para obter escandio metálico. Trátase dun metal branco prateado lixeiro con propiedades químicas moi activas, que pode reaccionar coa auga quente para xerar gas hidróxeno. Polo tanto, o escandio metálico que se ve na imaxe está selado nunha botella e protexido con gas argon; se non, o escandio formará rapidamente unha capa de óxido amarelo escuro ou gris, perdendo o seu brillo metálico brillante.
Aplicacións
Industria da iluminación
Os usos do escandio concéntranse en direccións moi brillantes, e non é unha esaxeración chamalo o Fillo da Luz. A primeira arma máxica do escandio chámase lámpada de escandio-sodio, que se pode usar para levar luz a miles de fogares. Trátase dunha luz eléctrica de haluro metálico: a lámpada énchese con ioduro de sodio e triioduro de escandio, e engádenselle escandio e lámina de sodio ao mesmo tempo. Durante a descarga de alta tensión, os ións de escandio e os ións de sodio emiten luz das súas lonxitudes de onda de emisión características, respectivamente. As liñas espectrais do sodio son 589,0 e 589,6 nm, dúas luces amarelas famosas, mentres que as liñas espectrais do escandio son 361,3~424,7 nm, unha serie de emisións de luz ultravioleta próxima e azul. Debido a que se complementan entre si, a cor da luz xeral producida é luz branca. É precisamente porque as lámpadas de escandio e sodio teñen as características de alta eficiencia luminosa, boa cor de luz, aforro de enerxía, longa vida útil e forte capacidade de romper o néboa que se poden usar amplamente para cámaras de televisión, prazas, recintos deportivos e iluminación de estradas, e son coñecidas como fontes de luz de terceira xeración. Na China, este tipo de lámpada está a promoverse gradualmente como unha nova tecnoloxía, mentres que nalgúns países desenvolvidos, este tipo de lámpada utilizouse amplamente xa a principios da década de 1980.
A segunda arma máxica do escandio son as células solares fotovoltaicas, que poden recoller a luz dispersada no chan e convertela en electricidade para impulsar a sociedade humana. O escandio é o mellor metal de barreira nas células solares de silicio semicondutoras illantes metálicas e nas células solares.
A súa terceira arma máxica chámase fonte de raios γ A. Esta arma máxica pode brillar intensamente por si soa, pero este tipo de luz non pode ser recibida a simple vista, é un fluxo de fotóns de alta enerxía. Normalmente extraemos 45Sc dos minerais, que son os únicos isótopos naturais do escandio. Cada núcleo de 45Sc contén 21 protóns e 24 neutróns. O 46Sc, un isótopo radioactivo artificial, pódese usar como fontes de radiación γ ou átomos trazadores, tamén se pode usar para a radioterapia de tumores malignos. Tamén hai aplicacións como o láser de granate de itrio, galio e escandio.fluoruro de escandioFibra óptica de infravermellos de vidro e tubo de raios catódicos revestido de escandio na televisión. Parece que o escandio nace co brillo.
Industria de aliaxes
O escandio na súa forma elemental utilizouse amplamente para dopar aliaxes de aluminio. Sempre que se engadan unhas poucas milésimas de escandio ao aluminio, fórmase unha nova fase de Al3Sc, que desempeñará un papel de metamorfismo na aliaxe de aluminio e fará que a estrutura e as propiedades da aliaxe cambien significativamente. Engadir un 0,2 % a un 0,4 % de Sc (que é realmente similar á proporción de engadir sal aos vexetais salteados na casa, só se necesita un pouco) pode aumentar a temperatura de recristalización da aliaxe en 150-200 ℃ e mellorar significativamente a resistencia a altas temperaturas, a estabilidade estrutural, o rendemento da soldadura e a resistencia á corrosión. Tamén pode evitar o fenómeno de fragilización que é doado de producirse durante o traballo a longo prazo a altas temperaturas. As aliaxes de aluminio de alta resistencia e alta tenacidade, as novas aliaxes de aluminio soldables de alta resistencia á corrosión, as novas aliaxes de aluminio de alta temperatura, as aliaxes de aluminio de alta resistencia á irradiación de neutróns, etc., teñen perspectivas de desenvolvemento moi atractivas na industria aeroespacial, a aviación, os barcos, os reactores nucleares, os vehículos lixeiros e os trens de alta velocidade.
O escandio tamén é un excelente modificador do ferro, e unha pequena cantidade de escandio pode mellorar significativamente a resistencia e a dureza do ferro fundido. Ademais, o escandio tamén se pode usar como aditivo para aliaxes de tungsteno e cromo de alta temperatura. Por suposto, ademais de fabricar roupa de voda para outras persoas, o escandio ten un alto punto de fusión e a súa densidade é similar á do aluminio, e tamén se usa en aliaxes lixeiras de alto punto de fusión, como as aliaxes de escandio e titanio e as aliaxes de escandio e magnesio. Non obstante, debido ao seu alto prezo, xeralmente só se usa en industrias de fabricación de alta gama, como transbordadores espaciais e foguetes.
material cerámico
O escandio, unha substancia única, úsase xeralmente en aliaxes, e os seus óxidos desempeñan un papel importante nos materiais cerámicos dun xeito similar. O material cerámico de circonio tetragonal, que se pode empregar como material de eléctrodo para pilas de combustible de óxido sólido, ten unha propiedade única na que a condutividade deste electrolito aumenta ao aumentar a temperatura e a concentración de osíxeno no ambiente. Non obstante, a estrutura cristalina deste material cerámico en si non pode existir de forma estable e non ten valor industrial; é necesario dopar algunhas substancias que poidan fixar esta estrutura para manter as súas propiedades orixinais. Engadir un 6~10 % de óxido de escandio é como unha estrutura de formigón, de xeito que a circonio pode estabilizarse nunha rede cadrada.
Tamén existen materiais cerámicos de enxeñaría como o nitruro de silicio de alta resistencia e altas temperaturas como densificantes e estabilizadores.
Como densificador,Óxido de escandiopode formar unha fase refractaria Sc2Si2O7 no bordo das partículas finas, reducindo así a deformación a alta temperatura das cerámicas de enxeñaría. En comparación con outros óxidos, pode mellorar mellor as propiedades mecánicas a alta temperatura do nitruro de silicio.
Química catalítica
Na enxeñaría química, o escandio úsase a miúdo como catalizador, mentres que o Sc2O3 pódese empregar para a deshidratación e desoxidación de etanol ou isopropanol, a descomposición do ácido acético e a produción de etileno a partir de CO e H2. O catalizador de Pt Al que contén Sc2O3 tamén é un catalizador importante para os procesos de purificación e refinación de hidroxenación de petróleo pesado na industria petroquímica. En reaccións de craqueo catalítico como o cumeno, a actividade do catalizador de zeolita Sc-Y é 1000 veces maior que a do catalizador de silicato de aluminio; en comparación con algúns catalizadores tradicionais, as perspectivas de desenvolvemento dos catalizadores de escandio serán moi brillantes.
industria da enerxía nuclear
Engadir unha pequena cantidade de Sc2O3 ao UO2 no combustible nuclear dun reactor de alta temperatura pode evitar a transformación da rede, o aumento de volume e o racheamento causados pola conversión de UO2 a U3O8.
Pila de combustible
Do mesmo xeito, engadir entre un 2,5 % e un 25 % de escandio ás baterías de níquel alcalino aumentará a súa vida útil.
Cría agrícola
Na agricultura, as sementes como o millo, a remolacha, o chícharo, o trigo e o xirasol pódense tratar con sulfato de escandio (a concentración xeralmente é de 10-3~10-8 mol/L, e as diferentes plantas terán unha concentración diferente) e consíguese o efecto real de promover a xerminación. Despois de 8 horas, o peso seco das raíces e os brotes aumentou nun 37 % e un 78 % respectivamente en comparación coas mudas, pero o mecanismo aínda está en estudo.
Desde a atención de Nielsen á débeda dos datos de masa atómica ata hoxe, o escandio entrou na visión da xente só durante cen ou vinte anos, pero case permaneceu no banco durante cen anos. Non foi ata o vigoroso desenvolvemento da ciencia dos materiais a finais do século pasado que lle trouxo vitalidade. Hoxe en día, os elementos de terras raras, incluído o escandio, convertéronse en estrelas candentes da ciencia dos materiais, desempeñando papeis en constante cambio en miles de sistemas, achegando máis comodidade ás nosas vidas todos os días e creando un valor económico que é aínda máis difícil de medir.
Data de publicación: 29 de xuño de 2023