21 Scandium en sy algemeen gebruikte toetsmetodes
Welkom by hierdie wêreld van elemente vol misterie en sjarme. Vandag sal ons 'n spesiale element saam verken -skandium. Alhoewel hierdie element dalk nie algemeen in ons daaglikse lewens voorkom nie, speel dit 'n belangrike rol in die wetenskap en industrie.
Skandium, hierdie wonderlike element, het baie wonderlike eienskappe. Dit is 'n lid van die seldsame aardelementfamilie. Soos anderseldsame aardelemente, die atoomstruktuur van skandium is vol misterie. Dit is hierdie unieke atoomstrukture wat skandium 'n onvervangbare rol in fisika, chemie en materiaalwetenskap laat speel.
Die ontdekking van skandium is vol kinkels en ontberings. Dit het in 1841 begin, toe die Sweedse chemikus LFNilson (1840~1899) gehoop het om ander elemente van die gesuiwerde te skei.erbiumaarde terwyl jy ligte metale bestudeer. Na 13 keer van gedeeltelike ontbinding van nitrate het hy uiteindelik 3,5 g suiwer verkry.ytterbiumaarde. 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 dalk een of ander liggewigelement daarin kan wees. Hy het dus voortgegaan om die ytterbium wat hy verkry het met dieselfde proses te verwerk. Uiteindelik, toe slegs een tiende van die monster oor was, het die gemete atoomgewig tot 167,46 gedaal. Hierdie resultaat is naby aan die atoomgewig van yttrium, so Nelson het dit "Scandium" genoem.
Alhoewel Nelson scandium ontdek het, het dit nie veel aandag van die wetenskaplike gemeenskap getrek nie weens die skaarsheid en moeilikheid om te skei. Dit was eers in die laat 19de eeu, toe navorsing oor seldsame aardelemente 'n neiging geword het, dat skandium herontdek en bestudeer is.
Dus, laat ons op hierdie reis begin om skandium te verken, om die geheimenis daarvan te ontbloot en om hierdie oënskynlik gewone maar eintlik bekoorlike element te verstaan.
Toepassingsvelde van skandium
Die simbool van skandium is Sc, en sy atoomgetal is 21. Die element is 'n sagte, silwerwit oorgangsmetaal. Alhoewel skandium nie 'n algemene element in die aardkors is nie, het dit baie belangrike toepassingsvelde, hoofsaaklik in die volgende aspekte:
1. Ruimtevaartindustrie: Scandium-aluminium is 'n liggewig, hoësterkte-legering wat in vliegtuigstrukture, enjinonderdele en missielvervaardiging in die lugvaartbedryf gebruik word. Die byvoeging van skandium kan die sterkte en korrosiebestandheid van die legering verbeter, terwyl die digtheid van die legering verminder word, wat lugvaarttoerusting ligter en duursamer maak.
2. Fietse en sporttoerusting:Skandium aluminiumword ook gebruik om fietse, gholfstokke en ander sporttoerusting te maak. As gevolg van sy uitstekende sterkte en ligtheid,skandium legeringkan die werkverrigting van sporttoerusting verbeter, gewig verminder en die duursaamheid van die materiaal verhoog.
3. Beligtingsbedryf:Skandiumjodiedword gebruik as vuller in hoë-intensiteit xenonlampe. Sulke gloeilampe word in fotografie, filmvervaardiging, verhoogbeligting en mediese toerusting gebruik omdat hul spektrale eienskappe baie na aan natuurlike sonlig is.
4. Brandstofselle:Skandium aluminiumvind ook toepassing in soliede oksied brandstofselle (SOFC's). In hierdie batterye,skandium-aluminiumlegeringword gebruik as anodemateriaal, wat hoë geleidingsvermoë en stabiliteit het, wat help om die doeltreffendheid en werkverrigting van brandstofselle te verbeter.
5. Wetenskaplike navorsing: Scandium word as 'n detektormateriaal in wetenskaplike navorsing gebruik. In kernfisika-eksperimente en deeltjieversnellers word skandium-skintillasiekristalle gebruik om straling en deeltjies op te spoor.
6. Ander toepassings: Scandium word ook gebruik as 'n hoë-temperatuur supergeleier en in sommige spesiale legerings om die eienskappe van die legering te verbeter. As gevolg van die voortreflike werkverrigting van skandium in die anodiseringsproses, word dit ook gebruik in die vervaardiging van elektrodemateriaal vir litiumbatterye en ander elektroniese toestelle.
Dit is belangrik om daarop te let dat, ten spyte van sy vele toepassings, scandium se produksie en gebruik beperk en relatief duur is as gevolg van sy relatiewe skaarsheid, daarom moet die koste en alternatiewe daarvan noukeurig oorweeg word wanneer dit gebruik word.
Fisiese eienskappe van Scandium Element
1. Atoomstruktuur: Die kern van skandium bestaan uit 21 protone en bevat gewoonlik 20 neutrone. Daarom is sy standaard atoomgewig (relatiewe atoommassa) ongeveer 44,955908. Wat atoomstruktuur betref, is die elektronkonfigurasie van skandium 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s².
2. Fisiese toestand: Scandium is solied by kamertemperatuur en het 'n silwerwit voorkoms. Sy fisiese toestand kan verander na gelang van die veranderinge in temperatuur en druk.
3. Digtheid: Die digtheid van skandium is ongeveer 2,989 g/cm3. Hierdie relatief lae digtheid maak dit 'n liggewig metaal.
4. Smeltpunt: Die smeltpunt van skandium is ongeveer 1541 grade Celsius (2806 grade Fahrenheit), wat aandui dat dit 'n relatief hoë smeltpunt het. 5. Kookpunt: Scandium het 'n kookpunt van ongeveer 2836 grade Celsius (5137 grade Fahrenheit), wat beteken dat dit hoë temperature vereis om te verdamp.
6. Elektriese Geleiding: Scandium is 'n goeie geleier van elektrisiteit, met redelike elektriese geleidingsvermoë. Alhoewel dit nie so goed is soos gewone geleidende materiale soos koper of aluminium nie, is dit steeds nuttig in sommige spesiale toepassings, soos elektrolitiese selle en lugvaarttoepassings.
7. Termiese geleidingsvermoë: Scandium het 'n relatief hoë termiese geleidingsvermoë, wat dit 'n goeie termiese geleier by hoë temperature maak. Dit is nuttig in sommige hoë-temperatuur toepassings.
8. Kristalstruktuur: Skandium het 'n seskantige diggepakte kristalstruktuur, wat beteken dat sy atome in diggepakte seshoeke in die kristal gepak is.
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 sy elektroniese struktuur.
10. Radioaktiwiteit: Alle stabiele isotope van skandium is nie radioaktief nie, dus is dit 'n nie-radioaktiewe element.
Scandium is 'n relatief ligte metaal met 'n hoë smeltpunt met verskeie spesiale toepassings, veral in die lugvaartbedryf en materiaalwetenskap. Alhoewel dit nie algemeen in die natuur voorkom nie, maak sy fisiese eienskappe dit uniek bruikbaar in verskeie gebiede.
Chemiese eienskappe van skandium
Scandium is 'n oorgangsmetaalelement.
1. Atoomstruktuur: Scandium se atoomstruktuur bestaan uit 21 protone en gewoonlik ongeveer 20 neutrone. Sy elektronkonfigurasie is 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s², wat aandui dat dit een ongevulde d-orbitaal het.
2. Chemiese simbool en atoomgetal: Scandium se chemiese simbool is Sc, en sy atoomgetal is 21.
3. Elektronegatiwiteit: Skandium het 'n relatief 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. Oksidasietoestand: Skandium bestaan gewoonlik in die +3-oksidasietoestand, wat beteken dit het drie elektrone verloor om die Sc³⁺-ioon te vorm. Dit is sy mees algemene oksidasietoestand. Alhoewel Sc²⁺ en Sc⁴⁺ ook moontlik is, is hulle minder stabiel en minder algemeen.
5. Verbindings: Scandium vorm hoofsaaklik verbindings met elemente soos suurstof, swael, stikstof en waterstof. Sommige algemene skandiumverbindings sluit inskandiumoksied (Sc2O3) en skandiumhaliede (soosskandiumchloried, ScCl3).
6. Reaktiwiteit: Skandium is 'n relatief reaktiewe metaal, maar dit oksideer vinnig in lug en vorm 'n oksiedfilm van skandiumoksied, wat verdere oksidasiereaksies voorkom. Dit maak ook skandium relatief stabiel en het 'n mate van weerstand teen korrosie.
7. Oplosbaarheid: Skandium los stadig in die meeste sure op, maar los makliker op onder alkaliese toestande. Dit is onoplosbaar in water omdat sy oksiedfilm verdere reaksies met watermolekules verhoed.
8. Lantanied-agtige chemiese eienskappe: Scandium se chemiese eienskappe is soortgelyk aan dié van die lantanied reeks (lantaan, gadolinium, neodymium, ens.), dus word dit soms as 'n lantaniedagtige element geklassifiseer. Hierdie ooreenkoms word hoofsaaklik weerspieël in die ioniese radius, verbindingseienskappe en 'n mate van reaktiwiteit.
9. Isotope: Scandium 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.
Skandium is 'n relatief skaars element, maar vanweë van sy unieke chemiese en fisiese eienskappe speel dit 'n belangrike rol in verskeie toepassingsgebiede, veral in die lugvaartindustrie, materiaalwetenskap en sommige hoëtegnologietoepassings.
Biologiese eienskappe van skandium
Scandium 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 uitwerking van elemente op lewende organismes. Aangesien skandium nie 'n element is wat noodsaaklik is vir lewe 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, so as die menslike liggaam of ander organismes aan radioaktiewe skandium blootgestel word, kan dit gevaarlike stralingsblootstelling veroorsaak. Hierdie situasie kom gewoonlik voor in spesifieke situasies soos kernwetenskapnavorsing, radioterapie of kernongelukke.
Scandium tree nie voordelig met organismes in nie en daar is 'n stralingsgevaar. Daarom is dit nie 'n belangrike element in organismes nie.
Skandium is 'n relatief skaars chemiese element, en die verspreiding daarvan in die natuur is relatief beperk. Hier is 'n gedetailleerde inleiding tot die verspreiding van skandium in die natuur:
1. Inhoud in die natuur: Scandium kom in relatief klein hoeveelhede in die aardkors voor. Die gemiddelde inhoud in die aardkors is ongeveer 0,0026 mg/kg (of 2,6 dele per miljoen). Dit maak skandium een van die skaarser elemente in die aardkors.
2. Ontdekking in minerale: Ten spyte van die beperkte inhoud daarvan, kan skandium in sekere minerale gevind word, hoofsaaklik in die vorm van oksiede of silikate. Sommige minerale wat skandium bevat, sluit in skandianiet en dolomiet.
3. Onttrekking van skandium: As gevolg van die beperkte verspreiding daarvan in die natuur, is dit relatief moeilik om suiwer skandium te onttrek. Gewoonlik word skandium verkry as 'n neweproduk van die aluminiumsmeltproses, aangesien dit met aluminium in bauxiet voorkom.
4. Geografiese verspreiding: Scandium is 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 skandium 'n beperkte verspreiding van aard het, speel dit 'n belangrike rol in sommige hoëtegnologie- en industriële toepassings, dus
Onttrekking en Smelt van Scandium Element
Skandium is 'n seldsame metaalelement, en die myn- en ontginningsprosesse daarvan is redelik kompleks. Die volgende is 'n gedetailleerde inleiding tot die myn- en ontginningsproses van skandiumelement:
1. Onttrekking van skandium: Skandium bestaan nie in sy elementêre vorm in die natuur nie, maar kom gewoonlik in spoorhoeveelhede in erts voor. Die belangrikste skandiumerts sluit in vanadiumskandiumerts, sirkoonerts en yttriumerts. Die skandiuminhoud in hierdie ertse is relatief laag.
Die proses om skandium te onttrek behels gewoonlik die volgende stappe:
a. Mynbou: uitgrawe van erts wat skandium bevat.
b. Verplettering en ertsverwerking: Verplettering en verwerking van erts om nuttige ertse van afvalgesteentes te skei.
c. Flotasie: Deur die flotasieproses word ertse wat skandium bevat van ander onsuiwerhede geskei.
d. Oplossing en reduksie: Skandiumhidroksied word gewoonlik opgelos en dan deur 'n reduseermiddel (gewoonlik aluminium) tot metaalskandium gereduseer.
e. Elektrolitiese ekstraksie: Die gereduseerde skandium word deur 'n elektrolitiese proses onttrek om hoë suiwerheid te verkryskandium metaal.
3. Verfyning van skandium: Deur veelvuldige oplos- en kristallisasieprosesse kan die suiwerheid van skandium verder verbeter word. 'n Algemene metode is om skandiumverbindings te skei en te kristalliseer deur chlorinerings- of karboneringsprosesse om te verkryhoë-suiwer skandium.
Daar moet kennis geneem word dat as gevolg van die skaarsheid van skandium, die onttrekking en verfyning prosesse hoogs presiese chemiese ingenieurswese vereis, en tipies genereer 'n aansienlike hoeveelheid afval en neweprodukte. Daarom is die ontginning en ontginning van skandiumelement 'n komplekse en duur projek, gewoonlik gekombineer met die ontginning en ontginning van ander elemente om ekonomiese doeltreffendheid te verbeter.
Opsporingsmetodes van skandium
1. Atoomabsorpsiespektrometrie (AAS): Atoomabsorpsiespektrometrie is 'n algemeen gebruikte kwantitatiewe ontledingsmetode wat absorpsiespektra by 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 skandium in die monster deur 'n spektrometer. Hierdie metode is geskik vir die opsporing van spoorkonsentrasies van skandium.
2. Induktief gekoppelde plasma optiese emissie spektrometrie (ICP-OES): Induktief gekoppelde plasma optiese emissie spektrometrie is 'n hoogs 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 plasma massaspektrometrie (ICP-MS): Induktief gekoppelde plasma massaspektrometrie is 'n hoogs sensitiewe en hoë resolusie analitiese metode wat gebruik kan word vir isotoop verhouding bepaling en spoorelement analise. Dit atomiseer die monster en vorm 'n plasma, en bepaal die massa-tot-lading-verhouding van skandium in 'n massaspektrometer. 4. X-straalfluoressensiespektrometrie (XRF): X-straalfluoressensiespektrometrie gebruik die fluoressensiespektrum wat gegenereer word nadat die monster deur X-strale opgewonde is om die inhoud van elemente te ontleed. Dit kan vinnig en nie-vernietigend die inhoud van skandium in die monster bepaal.
5. Direkte leesspektrometrie: Ook bekend as foto-elektriese direkte leesspektrometrie, dit is '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 vanaf die vaste toestand te verdamp en kenmerkende spektrale lyne in die opgewekte toestand uit te straal. 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 samestellingsontleding 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 ontleding en kwaliteitbeheer van skandium. Die keuse van die toepaslike metode hang af van faktore soos monstertipe, vereiste opsporingslimiet en opsporing akkuraatheid.
Spesifieke toepassing van skandium atoomabsorpsiemetode
In elementmeting het atoomabsorpsiespektroskopie hoë akkuraatheid en sensitiwiteit, wat 'n effektiewe manier bied om die chemiese eienskappe, samestelling en inhoud van elemente te bestudeer.
Vervolgens sal ons atoomabsorpsiespektroskopie gebruik om die inhoud van ysterelement te meet.
Die spesifieke stappe is soos volg:
Berei die monster voor om getoets te word. Om 'n oplossing van die monster voor te berei wat gemeet moet word, is dit oor die algemeen nodig om gemengde suur vir vertering 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 omvang van skandiuminhoud wat gemeet moet word. Pas die parameters van die atoomabsorpsiespektrometer aan. Pas die parameters van die atoomabsorpsiespektrometer aan, insluitend die ligbron, verstuiver, detektor, ens., gebaseer op die getoetsde element en instrumentmodel.
Meet die absorpsie van skandiumelement. Plaas die monster wat getoets moet word in 'n verstuiver en straal ligstraling van 'n spesifieke golflengte deur 'n ligbron uit. Die skandiumelement wat getoets moet word, sal hierdie ligstraling absorbeer en energievlakoorgange ondergaan. Meet die absorpsie van skandiumelement deur 'n detektor.
Bereken die inhoud van skandiumelement. Bereken die inhoud van skandiumelement gebaseer op absorpsie en standaardkromme.
In werklike werk is dit nodig om toepaslike meetmetodes te kies volgens die spesifieke behoeftes van die terrein. Hierdie metodes word wyd gebruik in die ontleding en opsporing van yster in laboratoriums en nywerhede.
Aan die einde van ons omvattende 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 reeks 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 lugvaartmateriaal tot batterytegnologie, van petrochemikalieë tot mediese toerusting, skandium speel 'n sleutelrol.
Natuurlik moet ons ook besef dat hoewel skandium gerief in ons lewens bring, dit ook 'n paar potensiële risiko's inhou. Daarom, terwyl ons die voordele van scandium moet geniet, moet ons ook aandag gee aan redelike gebruik en gestandaardiseerde toepassing om moontlike probleme te vermy.Scandium is 'n element wat ons in-diepte studie en begrip waardig is. In die toekomstige ontwikkeling van wetenskap en tegnologie verwag ons dat skandium sy unieke voordele op meer gebiede sal speel en meer gerief en verrassings in ons lewens sal bring.
Postyd: 14 Nov 2024