21 Skandium en die algemeen gebruikte toetsmetodes
Welkom by hierdie wêreld van elemente vol misterie en sjarme. Vandag sal ons saam 'n spesiale element verken -skandium. Alhoewel hierdie element miskien nie algemeen in ons daaglikse lewens is nie, speel dit 'n belangrike rol in die wetenskap en die industrie.
Skandium, hierdie wonderlike element, het baie ongelooflike eiendomme. Dit is 'n lid van die Rare Earth Element -familie. Soos anderSkaars aarde -elemente, Die atoomstruktuur van skandium is vol misterie. Dit is hierdie unieke atoomstrukture wat Scandium 'n onvervangbare rol in fisika, chemie en materiale wetenskap laat speel.
Die ontdekking van Scandium is vol kinkels en draaie en swaarkry. Dit het in 1841 begin, toe die Sweedse chemikus Lfnilson (1840 ~ 1899) gehoop het om ander elemente van die gesuiwerde te skeierbiumAarde terwyl u ligmetale bestudeer het. Na 13 keer van gedeeltelike ontbinding van nitrate, het hy uiteindelik 3,5 g suiwer verkryYtterbiumaarde. Hy het egter gevind dat die atoomgewig van die ytterbium wat hy verkry het nie ooreenstem met die atoomgewig van Ytterbium wat voorheen deur Malinac gegee is nie. Die skerpoog Nelson het besef dat daar 'n liggewig element daarin kan wees. Daarom het hy voortgegaan om die ytterbium wat hy met dieselfde proses verkry het, te verwerk. Uiteindelik, toe slegs 'n tiende van die monster gelaat is, het die gemete atoomgewig tot 167.46 gedaal. Hierdie resultaat is naby die atoomgewig van Yttrium, daarom noem Nelson dit 'Scandium'.
Alhoewel Nelson Scandium ontdek het, het dit nie veel aandag van die wetenskaplike gemeenskap getrek nie weens die seldsaamheid en probleme met die skeiding. Dit was eers in die laat 19de eeu, toe navorsing oor seldsame aardelemente 'n neiging geword het, dat Scandium herontdek en bestudeer is.
Laat ons dus onderneem op hierdie reis om Scandium te verken, die raaisel daarvan te ontbloot en om hierdie oënskynlik gewone, maar eintlik bekoorlike element te verstaan.
Toepassingsvelde van Skandium
Die simbool van skandium is SC, en die atoomgetal is 21. Die element is 'n sagte, silweragtige wit oorgangsmetaal. Alhoewel skandium nie 'n algemene element in die aardkors is nie, het dit baie belangrike toepassingsvelde, veral in die volgende aspekte:
1. Lug- en ruimtevaartbedryf: Scandium aluminium is 'n liggewig, hoë sterkte-legering wat in vliegtuigstrukture, enjinonderdele en raketvervaardiging in die lugvaartbedryf gebruik word. Die toevoeging van Scandium kan die sterkte en korrosie -weerstand van die legering verbeter, terwyl die digtheid van die legering verminder word, wat lugvaartoerusting ligter en duursamer maak.
2. Fietse en sporttoerusting:Scandium aluminiumword ook gebruik om fietse, gholfklubs en ander sporttoerusting te maak. Vanweë sy uitstekende krag en ligtheid,Scandium legeringkan die werkverrigting van sporttoerusting verbeter, gewig verminder en die duursaamheid van die materiaal verhoog.
3. beligtingsbedryf:Scandium jodideword gebruik as 'n vulstof in xenon-lampe met 'n hoë intensiteit. Sulke gloeilampe word in fotografie, filmvervaardiging, verhoogbeligting en mediese toerusting gebruik omdat hul spektrale eienskappe baie na aan natuurlike sonlig is.
4. Brandstofselle:Scandium aluminiumVind ook toediening in soliede oksiedbrandstofselle (SOFC's). In hierdie batterye,Skandium-aluminiumlegeringword gebruik as anode -materiaal, wat hoë geleidingsvermoë en stabiliteit het, wat help om die doeltreffendheid en werkverrigting van brandstofselle te verbeter.
5. Wetenskaplike navorsing: Skandium word in wetenskaplike navorsing as 'n detektormateriaal gebruik. In kernfisika -eksperimente en deeltjie -versnellers word scandium -scintillasiekristalle gebruik om bestraling en deeltjies op te spoor.
6. Ander toepassings: Skandium word ook gebruik as 'n supergeleier met 'n hoë temperatuur en in sommige spesiale legerings om die eienskappe van die legering te verbeter. As gevolg van die voortreflike werkverrigting van Scandium in die anodiseringsproses, word dit ook gebruik in die vervaardiging van elektrode -materiale vir litiumbatterye en ander elektroniese toestelle.
Dit is belangrik om daarop te let dat die produksie en gebruik van Scandium, ondanks sy vele toepassings, beperk en relatief duur is vanweë die relatiewe skaarsheid daarvan, en die koste en alternatiewe moet noukeurig oorweeg word wanneer dit gebruik word.
Fisiese eienskappe van Scandium Element
1. Atoomstruktuur: Die kern van Scandium bestaan uit 21 protone en bevat gewoonlik 20 neutrone. Daarom is die standaard atoomgewig (relatiewe atoommassa) ongeveer 44.955908. Wat die atoomstruktuur betref, is die elektronkonfigurasie van Scandium 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S².
2. Fisiese toestand: Skandium is solied by kamertemperatuur en het 'n silwerwit voorkoms. Die fisiese toestand kan verander, afhangende van die veranderinge in temperatuur en druk.
3. Digtheid: Die digtheid van skandium is ongeveer 2,989 g/cm3. Hierdie relatiewe lae digtheid maak dit 'n liggewig metaal.
4. Smeltpunt: Die smeltpunt van skandium is ongeveer 1541 grade Celsius (2806 grade Fahrenheit), wat daarop dui dat dit 'n relatiewe hoë smeltpunt het. 5. Kookpunt: Skandium het 'n kookpunt van ongeveer 2836 grade Celsius (5137 grade Fahrenheit), wat beteken dat dit hoë temperature benodig om te verdamp.
6. Elektriese geleidingsvermoë: Skandium is 'n goeie geleier van elektrisiteit, met redelike elektriese geleidingsvermoë. Alhoewel dit nie so goed is as algemene geleidende materiale soos koper of aluminium nie, is dit steeds nuttig in sommige spesiale toepassings, soos elektrolitiese selle en lugvaarttoepassings.
7. Termiese geleidingsvermoë: Skandium het 'n relatiewe hoë termiese geleidingsvermoë, wat dit 'n goeie termiese geleier by hoë temperature maak. Dit is nuttig in sommige toepassings met 'n hoë temperatuur.
8. Kristalstruktuur: Skandium het 'n seskantige kristalstruktuur wat nou gepak is, wat beteken dat sy atome in heksagons in die kristal gepak word.
9. Magnetisme: Skandium is diamagneties by kamertemperatuur, wat beteken dat dit nie deur magnetiese velde aangetrek of afgestoot word nie. Die magnetiese gedrag daarvan hou verband met die elektroniese struktuur.
10. Radioaktiwiteit: Alle stabiele isotope van skandium is nie radioaktief nie, dus is dit 'n nie-radioaktiewe element.
Scandium is 'n relatiewe ligte, hoë-smeltpunt-metaal met verskeie spesiale toepassings, veral in die lugvaartbedryf en materiaalwetenskap. Alhoewel dit nie gereeld in die natuur voorkom nie, maak die fisiese eienskappe dit op verskillende gebiede uniek nuttig.
Chemiese eienskappe van skandium
Skandium is 'n oorgangsmetaalelement.
1. Atoomstruktuur: Skandium se atoomstruktuur bestaan uit 21 protone en gewoonlik ongeveer 20 neutrone. Die elektronkonfigurasie is 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S², wat aandui dat dit een ongevulde D -orbitale het.
2. Chemiese simbool en atoomgetal: Scandium se chemiese simbool is SC, en die atoomgetal is 21.
3. Elektronegatiwiteit: Skandium het 'n relatiewe lae elektronegatiwiteit van ongeveer 1,36 (volgens die Paul -elektronegatiwiteit). Dit beteken dat dit geneig is om elektrone te verloor om positiewe ione te vorm.
4. Oksidasie -toestand: Skandium bestaan gewoonlik in die +3 -oksidasie -toestand, wat beteken dat dit drie elektrone verloor het om die sc³⁺ioon te vorm. Dit is die algemeenste oksidasie -toestand. Alhoewel SC²⁺ en SC⁴⁺ ook moontlik is, is dit minder stabiel en minder algemeen.
5. Verbindings: Skandium vorm hoofsaaklik verbindings met elemente soos suurstof, swael, stikstof en waterstof. Sommige algemene skandiumverbindings sluit inSkandiumoksied (SC2O3) en skandiumhaliede (soosScandium Chloride, SCCL3).
6. Reaktiwiteit: Skandium is 'n relatiewe reaktiewe metaal, maar dit oksideer vinnig in die lug en vorm 'n oksiedfilm van skandiumoksied, wat verdere oksidasie -reaksies voorkom. Dit maak Scandium ook relatief stabiel en het 'n mate van korrosie -weerstand.
7. Oplosbaarheid: Skandium los stadig in die meeste sure op, maar los makliker op onder alkaliese toestande. Dit is onoplosbaar in water omdat die oksiedfilm verdere reaksies met watermolekules voorkom.
8. Lanthanide-agtige chemiese eienskappe: Scandium se chemiese eienskappe is soortgelyk aan dié van die Lanthanide-reeks (lanthanum, gadolinium, neodymium, ens.), So word dit soms as 'n lanthaniedagtige element geklassifiseer. Hierdie ooreenkoms word hoofsaaklik weerspieël in die ioniese radius, saamgestelde eienskappe en 'n mate van reaktiwiteit.
9. Isotope: Skandium het veelvuldige isotope, waarvan slegs sommige stabiel is. Die mees stabiele isotoop is SC-45, wat 'n lang halfleeftyd het en nie radioaktief is nie.
Scandium is 'n relatiewe seldsame element, maar as gevolg van sommige van sy unieke chemiese en fisiese eienskappe, speel dit 'n belangrike rol op verskillende toepassingsareas, veral in die lugvaartbedryf, materiaalwetenskap en sommige hoë-tegnologie-toepassings.
Biologiese eienskappe van skandium
Skandium is nie 'n algemene element in die natuur nie. Daarom het dit geen biologiese eienskappe in organismes nie. Biologiese eienskappe behels gewoonlik die biologiese aktiwiteit, biologiese absorpsie, metabolisme en gevolge van elemente op lewende organismes. Aangesien skandium nie 'n element vir die lewe is nie, het geen bekende organismes 'n biologiese behoefte of gebruik vir skandium nie.
Die effek van skandium op organismes hou hoofsaaklik verband met die radioaktiwiteit daarvan. Sommige isotope van skandium is radioaktief, dus as die menslike liggaam of ander organismes aan radioaktiewe skandium blootgestel word, kan dit gevaarlike blootstelling aan bestraling veroorsaak. Hierdie situasie kom gewoonlik voor in spesifieke situasies soos kernwetenskaplike navorsing, radioterapie of kernongelukke.
Scandium is nie voordelig met organismes in wisselwerking nie en daar is 'n bestralingsgevaar. Daarom is dit nie 'n belangrike element in organismes nie.
Skandium is 'n relatiewe seldsame chemiese element, en die verspreiding daarvan van aard is relatief beperk. Hier is 'n gedetailleerde inleiding tot die verspreiding van Scandium in Nature:
1. Inhoud van aard: Skandium bestaan in relatief klein hoeveelhede in die aardkors. Die gemiddelde inhoud in die aardkors is ongeveer 0,0026 mg/kg (of 2,6 dele per miljoen). Dit maak Scandium een van die skaars elemente in die aardkors.
2. Ontdekking in minerale: Ondanks die beperkte inhoud daarvan, kan skandium in sekere minerale gevind word, hoofsaaklik in die vorm van oksiede of silikate. Sommige minerale wat sandium bevat, sluit scandianiet en dolomiet in.
3. Ekstraksie van skandium: Vanweë die beperkte verspreiding daarvan, is dit relatief moeilik om suiwer skandium te onttrek. Gewoonlik word skandium verkry as 'n neweproduk van die aluminium -smeltproses, aangesien dit met aluminium in bauxiet voorkom.
4. Geografiese verspreiding: Skandium word wêreldwyd versprei, maar nie eweredig nie. Sommige lande soos China, Rusland, Noorweë, Swede en Brasilië het ryk skandiumafsettings, terwyl ander streke dit selde het.
Alhoewel Scandium 'n beperkte verspreiding van aard het, speel dit 'n belangrike rol in sommige hoë-tegnologie- en industriële toepassings, so dit is
Onttrekking en smelt van skandiumelement
Skandium is 'n seldsame metaalelement, en die mynbou- en ekstraksieprosesse is redelik ingewikkeld. Die volgende is 'n gedetailleerde inleiding tot die mynbou- en ekstraksieproses van Scandium -element:
1. Ekstraksie van skandium: Skandium bestaan nie in die elementêre vorm van aard nie, maar bestaan gewoonlik in spoorhoeveelhede in ertse. Die belangrikste skandiumerts sluit vanadiumskandiumerts, sirkonerts en yttriumerts in. Die skandiuminhoud in hierdie ertse is relatief laag.
Die proses om skandium te onttrek, behels gewoonlik die volgende stappe:
a. Mynbou: Ertopgawes wat skandium bevat.
b. Verplettering en ertsverwerking: verpletterings- en verwerkingserts om nuttige ertse van afvalgesteentes te skei.
c. Vlotasie: Deur die vlootproses word ertse wat skandium bevat, van ander onsuiwerhede geskei.
d. Ontbinding en vermindering: Skandiumhidroksied word gewoonlik opgelos en dan verminder tot metaalskandium deur 'n reduseermiddel (gewoonlik aluminium).
e. Elektrolitiese ekstraksie: die verminderde sandium word deur 'n elektrolitiese proses onttrek om hoë suiwerheid te verkryScandium metaal.
3. Refinering van skandium: Deur veelvuldige ontbinding en kristallisasieprosesse kan die suiwerheid van skandium verder verbeter word. 'N Algemene metode is om skandiumverbindings te skei en te kristalliseer deur middel van chloor- of koolzuurprosessehoë suiwerheidskandium.
Daar moet op gelet word dat die onttrekkings- en verfyningsprosesse, as gevolg van die skaarste van skandium, baie presiese chemiese ingenieurswese benodig, en tipies 'n beduidende hoeveelheid afval en neweprodukte genereer. Daarom is die mynbou en ekstraksie van Scandium -element 'n ingewikkelde en duur projek, gewoonlik gekombineer met die mynbou- en ekstraksieproses van ander elemente om ekonomiese doeltreffendheid te verbeter.
Opsporingsmetodes van skandium
1. Atoomabsorpsiespektrometrie (AAS): Atoomabsorpsiespektrometrie is 'n algemeen gebruikte kwantitatiewe analise -metode wat absorpsiespektra op spesifieke golflengtes gebruik om die konsentrasie van skandium in 'n monster te bepaal. Dit atomiseer die monster wat in 'n vlam getoets moet word, en meet dan die absorpsie -intensiteit van sandium in die monster deur 'n spektrometer. Hierdie metode is geskik vir die opsporing van spoorkonsentrasies van skandium.
2. induktief gekoppelde plasma-optiese emissiespektrometrie (ICP-OES): induktief gekoppelde plasma-optiese emissiespektrometrie is 'n baie sensitiewe en selektiewe analitiese metode wat wyd gebruik word in multi-element-analise. Dit atomiseer die monster en vorm 'n plasma en bepaal die spesifieke golflengte en intensiteit van skandium -emissie in 'n spektrometer.
3. Induktief gekoppelde plasmamassa-spektrometrie (ICP-MS): induktief gekoppelde plasmamassaspektrometrie is 'n hoogs sensitiewe en hoë resolusie-analitiese metode wat gebruik kan word vir die bepaling van isotoopverhoudinge en spoorelementanalise. Dit atomiseer die monster en vorm 'n plasma en bepaal die massa-tot-lading-verhouding van skandium in 'n massaspektrometer. 4. X-straal-fluorescentiespektrometrie (XRF): X-straal-fluorescentiespektrometrie gebruik die fluorescentiespektrum wat gegenereer word nadat die monster opgewonde is deur X-strale om die inhoud van elemente te ontleed. Dit kan die inhoud van skandium in die monster vinnig en nie-vernietigend bepaal.
5. Direkte leesspektrometrie: Ook bekend as foto -elektriese direkte leesspektrometrie, is dit 'n analitiese tegniek wat gebruik word om die inhoud van elemente in 'n monster te ontleed. Direkte leesspektrometrie is gebaseer op die beginsel van atoomemissiespektrometrie. Dit gebruik hoë temperatuur elektriese vonke of boë om die elemente in die monster direk uit die vaste toestand te verdamp en kenmerkende spektrale lyne in die opgewekte toestand uit te stuur. Elke element het 'n unieke emissielyn, en die intensiteit daarvan is eweredig aan die inhoud van die element in die monster. Deur die intensiteit van hierdie kenmerkende spektrale lyne te meet, kan die inhoud van elke element in die monster bepaal word. Hierdie metode word hoofsaaklik gebruik vir die samestellingsanalise van metale en legerings, veral in metallurgie, metaalverwerking, materiaalwetenskap en ander velde.
Hierdie metodes word wyd in die laboratorium en industrie gebruik vir die kwantitatiewe analise en kwaliteitskontrole van Scandium. Die keuse van die toepaslike metode hang af van faktore soos monstertipe, vereiste opsporingslimiet en opsporings akkuraatheid.
Spesifieke toepassing van skandiumatoomabsorpsiemetode
In elementmeting het atoomabsorpsiespektroskopie 'n hoë akkuraatheid en sensitiwiteit, wat 'n effektiewe manier bied om die chemiese eienskappe, saamgestelde samestelling en inhoud van elemente te bestudeer.
Vervolgens gebruik ons atoomabsorpsiespektroskopie om die inhoud van die ysterelement te meet.
Die spesifieke stappe is soos volg:
Berei die monster voor wat getoets moet word. Om 'n oplossing van die monster wat gemeet moet word, voor te berei, is dit oor die algemeen nodig om gemengde suur vir spysvertering te gebruik om daaropvolgende metings te vergemaklik.
Kies 'n geskikte atoomabsorpsiespektrometer. Kies 'n geskikte atoomabsorpsiespektrometer gebaseer op die eienskappe van die monster wat getoets moet word en die reeks Scandium -inhoud wat gemeet moet word. Pas die parameters van die atoomabsorpsiespektrometer aan. Pas die parameters van die atoomabsorpsiespektrometer aan, insluitend die ligbron, verstuiver, detektor, ens., Op grond van die getoetsde element en instrumentmodel.
Meet die absorbansie van Scandium -element. Plaas die monster wat in 'n verstuiver getoets moet word en lig ligstraling van 'n spesifieke golflengte deur 'n ligbron uit. Die Scandium -element wat getoets moet word, sal hierdie ligstraling absorbeer en energievlakoorgange ondergaan. Meet die absorbansie van Scandium -element deur 'n detektor.
Bereken die inhoud van Scandium -element. Bereken die inhoud van Scandium -element gebaseer op absorbansie en standaardkurwe.
In werklike werk is dit nodig om toepaslike meetmetodes volgens die spesifieke behoeftes van die webwerf te kies. Hierdie metodes word wyd gebruik in die ontleding en opsporing van yster in laboratoriums en nywerhede.
Aan die einde van ons uitgebreide inleiding tot Scandium, hoop ons dat lesers 'n dieper begrip en kennis van hierdie wonderlike element kan hê. Scandium, as 'n belangrike element in die periodieke tabel, speel nie net 'n sleutelrol op die gebied van wetenskap nie, maar het ook 'n wye verskeidenheid toepassings in die daaglikse lewe en ander velde.
Deur die eienskappe, gebruike, ontdekkingsproses en toepassing van skandium in moderne wetenskap en tegnologie te bestudeer, kan ons die unieke sjarme en potensiaal van hierdie element sien. Van lug- en ruimtevaartmateriaal tot batterytegnologie, van petrochemikalieë tot mediese toerusting, speel Scandium 'n sleutelrol.
Natuurlik moet ons ook besef dat hoewel Scandium gemak in ons lewens inhou, dit ook 'n paar moontlike risiko's inhou. Daarom, hoewel ons die voordele van Scandium moet geniet, moet ons ook let op redelike gebruik en gestandaardiseerde toepassing om moontlike probleme te vermy. Scandium is 'n element wat ons diepgaande studie en begrip waardig is. In die toekomstige ontwikkeling van wetenskap en tegnologie verwag ons dat Scandium sy unieke voordele op meer terreine sal speel en meer gemak en verrassings in ons lewens sal bring.
Postyd: Nov-14-2024