21 Scandium وطرق الاختبار شائعة الاستخدام
مرحبًا بك في هذا العالم من العناصر المليئة بالغموض والسحر. اليوم ، سوف نستكشف عنصرًا خاصًا معًا -Scandium. على الرغم من أن هذا العنصر قد لا يكون شائعًا في حياتنا اليومية ، إلا أنه يلعب دورًا مهمًا في العلوم والصناعة.
Scandium، هذا العنصر الرائع ، لديه العديد من الخصائص المذهلة. إنه عضو في عائلة عنصر الأرض النادرة. مثل الآخرعناصر أرضية نادرة، الهيكل الذري للسكانديوم مليء بالغموض. هذه الهياكل الذرية الفريدة التي تجعل Scandium تلعب دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في علم الفيزياء والكيمياء وعلوم المواد.
اكتشاف Scandium مليء بالتحولات والمنعطفات والمصاعب. بدأت في عام 1841 ، عندما كان الصيدلي السويدي Lfnilson (1840 ~ 1899) يأمل في فصل عناصر أخرى عن التنقيةإربيومالأرض أثناء دراسة المعادن الخفيفة. بعد 13 مرة من التحلل الجزئي للنترات ، حصل أخيرًا على 3.5 جم من النقيytterbiumأرض. ومع ذلك ، وجد أن الوزن الذري لـ Ytterbium الذي حصل عليه لا يتطابق مع الوزن الذري لـ Ytterbium الذي قدمه Malinac من قبل. أدرك نيلسون الحاد العين أنه قد يكون هناك بعض العناصر الخفيفة في ذلك. لذلك واصل معالجة ytterbium التي حصل عليها بنفس العملية. أخيرًا ، عندما تم ترك واحد فقط من العينة ، انخفض الوزن الذري المقاس إلى 167.46. هذه النتيجة قريبة من الوزن الذري ل yttrium ، لذلك أطلق عليها نيلسون "Scandium".
على الرغم من أن نيلسون اكتشف Scandium ، إلا أنه لم يجذب الكثير من الاهتمام من المجتمع العلمي بسبب ندرته وصعوبة الانفصال. لم يكن حتى أواخر القرن التاسع عشر ، عندما أصبحت الأبحاث حول العناصر الأرضية النادرة اتجاهًا ، تم اكتشاف ودرس النكانتيوم.
لذلك ، دعنا نبدأ في رحلة استكشاف Scandium هذه ، لكشف لغزها وفهم هذا العنصر العادي ولكن الساحر في الواقع.
مجالات التطبيق من سكانديوم
رمز Scandium هو SC ، وعددها الذري هو 21. العنصر هو المعدن الناعم والبيضاء الفضي. على الرغم من أن Scandium ليس عنصرًا شائعًا في قشرة الأرض ، إلا أنه يحتوي على العديد من حقول التطبيق المهمة ، وخاصة في الجوانب التالية:
1. صناعة الطيران: Scandium Aluminium هو سبيكة خفيفة الوزن وعالية القوة تستخدم في هياكل الطائرات وقطع غيار المحرك وتصنيع الصواريخ في صناعة الطيران. يمكن أن تؤدي إضافة Scandium إلى تحسين قوة وتهدئة السبيكة مع تقليل كثافة السبائك ، مما يجعل معدات الطيران أخف وزناً وأكثر متانة.
2. الدراجات والمعدات الرياضية:ألومنيوم سكانديوميستخدم أيضًا لصنع الدراجات ونوادي الجولف والمعدات الرياضية الأخرى. بسبب قوتها الممتازة وخفة ،سبيكة Scandiumيمكن أن تحسن أداء المعدات الرياضية ، وتقليل الوزن ، وزيادة متانة المادة.
3. صناعة الإضاءة:يوديد Scandiumيستخدم كحشو في مصابيح زينون عالية الكثافة. يتم استخدام هذه المصابيح في التصوير الفوتوغرافي وصناعة الأفلام وإضاءة المسرح والمعدات الطبية لأن خصائصها الطيفية قريبة جدًا من أشعة الشمس الطبيعية.
4. خلايا الوقود:ألومنيوم سكانديوميجد أيضًا التطبيق في خلايا وقود الأكسيد الصلبة (SOFCs). في هذه البطاريات ،سبيكة سكانديوم الألومنيوميستخدم كمواد الأنود ، التي لديها توصيل كبير واستقرار ، مما يساعد على تحسين كفاءة وأداء خلايا الوقود.
5. البحث العلمي: يستخدم Scandium كمواد كاشف في البحث العلمي. في تجارب الفيزياء النووية ومسرعات الجسيمات ، تُستخدم بلورات التلألؤ على الكشف للكشف عن الإشعاع والجزيئات.
6. تطبيقات أخرى: يتم استخدام Scandium أيضًا كموصل فائق درجة الحرارة العالية وفي بعض السبائك الخاصة لتحسين خصائص السبائك. نظرًا للأداء المتفوق للسكانديوم في عملية التنشيط ، يتم استخدامه أيضًا في إنتاج مواد الإلكترود لبطاريات الليثيوم والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
من المهم أن نلاحظ أنه على الرغم من تطبيقاتها العديدة ، فإن إنتاج Scandium واستخدامه محدود ومكلف نسبيًا بسبب ندرته النسبية ، لذلك يجب النظر بعناية في تكلفته وبدائله عند استخدامه.
الخصائص الفيزيائية لعنصر Scandium
1. التركيب الذري: تتكون نواة Scandium من 21 بروتونًا وعادة ما تحتوي على 20 نيوترونات. لذلك ، يبلغ وزنه الذري المعياري (الكتلة الذرية النسبية) حوالي 44.955908. من حيث التركيب الذري ، فإن تكوين الإلكترون من Scandium هو 1S² 2S² 2p⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S².
2. الحالة المادية: Scandium صلبة في درجة حرارة الغرفة ولديه مظهر فضي أبيض. يمكن أن تتغير حالتها المادية اعتمادًا على التغيرات في درجة الحرارة والضغط.
3. الكثافة: كثافة السكانديوم حوالي 2.989 جم/سم 3. هذه الكثافة المنخفضة نسبيا تجعلها معدنية خفيفة الوزن.
4. نقطة الانصهار: تبلغ نقطة انصهار سكانديوم حوالي 1541 درجة مئوية (2806 درجة فهرنهايت) ، مما يشير إلى أنه يحتوي على نقطة انصهار عالية نسبيًا. 5. نقطة الغليان: يتمتع Scandium بنقطة غليان تبلغ حوالي 2836 درجة مئوية (5137 درجة فهرنهايت) ، مما يعني أنه يتطلب درجات حرارة عالية للتبخر.
6. الموصلية الكهربائية: Scandium هو موصل جيد للكهرباء ، مع الموصلية الكهربائية المعقولة. على الرغم من أنها ليست جيدة مثل مواد موصلة شائعة مثل النحاس أو الألومنيوم ، إلا أنها لا تزال مفيدة في بعض التطبيقات الخاصة ، مثل الخلايا الكهربائية وتطبيقات الفضاء الجوي.
7. الموصلية الحرارية: يتميز سكانديوم بتوصيل حراري مرتفع نسبيًا ، مما يجعله موصل حراري جيد في درجات حرارة عالية. هذا مفيد في بعض التطبيقات عالية الحرارة.
8. الهيكل البلوري: يحتوي Scandium على هيكل بلوري معبأ سداسي ، مما يعني أن ذراتها معبأة في سداسي معبأة في البلورة.
9. المغناطيسية: النكانتيوم مغناطيسي في درجة حرارة الغرفة ، مما يعني أنه لا يتم جذبه أو صده بواسطة الحقول المغناطيسية. يرتبط سلوكه المغناطيسي بهيكله الإلكتروني.
10. النشاط الإشعاعي: جميع النظائر المستقرة من Scandium ليست مشعة ، لذلك فهو عنصر غير نشط.
Scandium هو معدن خفيف نسبيًا وعالي النقل مع العديد من التطبيقات الخاصة ، وخاصة في صناعة الطيران وعلوم المواد. على الرغم من أنه غير موجود عادة في الطبيعة ، فإن خصائصه الفيزيائية تجعلها مفيدة بشكل فريد في العديد من المجالات.
الخصائص الكيميائية من Scandium
Scandium هو عنصر معدني انتقالي.
1. الهيكل الذري: يتكون الهيكل الذري للسكانديوم من 21 بروتونًا وعادة ما يكون حوالي 20 نيوترا. تكوين الإلكترون الخاص به هو 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S² ، مما يشير إلى أنه يحتوي على مدار D غير معبأ.
2. الرمز الكيميائي والرقم الذري: رمز كيميائي Scandium هو SC ، وعددها الذري هو 21.
3. الكهربية: السكانديوم لديه انخفاض نسبيا من الكهربية يبلغ حوالي 1.36 (وفقا ل Paul Electronegativity). هذا يعني أنه يميل إلى فقدان الإلكترونات لتشكيل أيونات إيجابية.
4. حالة الأكسدة: عادة ما يكون Scandium في حالة أكسدة +3 ، مما يعني أنه فقد ثلاثة إلكترونات لتشكيل أيون. هذه هي حالة الأكسدة الأكثر شيوعا. على الرغم من أن SC²⁺ و SC⁴⁺ ممكنان أيضًا ، إلا أنهما أقل ثباتًا وأقل شيوعًا.
5. المركبات: تشكل سكانديوم مركبات مع عناصر مثل الأكسجين والكبريت والنيتروجين والهيدروجين. تتضمن بعض مركبات Scandium الشائعةأكسيد سكانديوم (SC2O3) و scandium halides (مثلكلوريد سكانديوم ، SCCL3).
! هذا أيضًا يجعل Scandium مستقرًا نسبيًا ولديه بعض مقاومة التآكل.
7. قابلية الذوبان: يذوب Scandium ببطء في معظم الأحماض ، ولكن يذوب بسهولة أكبر في ظل الظروف القلوية. إنه غير قابل للذوبان في الماء لأن فيلم أكسيده يمنع المزيد من التفاعلات مع جزيئات الماء.
8. الخواص الكيميائية الشبيهة بالانثانيد: تتشابه خصائص Scandium الكيميائية مع خصائص سلسلة Lanthanide (لانثانوم, الجادولينيوم, النيوديميوم، وما إلى ذلك) ، لذلك يتم تصنيفها في بعض الأحيان كعنصر يشبه اللانثانيد. ينعكس هذا التشابه بشكل أساسي في نصف القطر الأيوني ، والخصائص المركبة وبعض التفاعل.
9. النظائر: يحتوي Scandium على نظائر متعددة ، فقط بعضها مستقر. النظير الأكثر استقرارًا هو SC-45 ، الذي يبلغ عمره نصف عمره وليس مشعًا.
يعد Scandium عنصرًا نادرًا نسبيًا ، ولكن نظرًا لبعض خصائصه الكيميائية والفيزيائية الفريدة ، فإنه يلعب دورًا مهمًا في العديد من مجالات التطبيق ، وخاصة في صناعة الطيران ، وعلوم المواد وبعض التطبيقات عالية التقنية.
الخصائص البيولوجية للسكانديوم
Scandium ليس عنصرًا شائعًا في الطبيعة. لذلك ، ليس لها خصائص بيولوجية في الكائنات الحية. تتضمن الخصائص البيولوجية عادة النشاط البيولوجي والامتصاص البيولوجي والتمثيل الغذائي وآثار العناصر على الكائنات الحية. نظرًا لأن Scandium ليس عنصرًا أساسيًا للحياة ، فلا توجد كائنات معروفة لديها حاجة أو استخدام بيولوجي للسكانديوم.
يرتبط تأثير Scandium على الكائنات الحية بشكل رئيسي بالنشاط الإشعاعي. بعض نظائر Scandium مشعة ، لذلك إذا تعرض جسم الإنسان أو الكائنات الحية الأخرى للسكانديوم المشع ، فقد يتسبب ذلك في تعرض إشعاعي خطير. يحدث هذا الموقف عادة في مواقف محددة مثل أبحاث العلوم النووية أو العلاج الإشعاعي أو الحوادث النووية.
لا يتفاعل Scandium بشكل مفيد مع الكائنات الحية وهناك خطر الإشعاع. لذلك ، ليس عنصرًا مهمًا في الكائنات الحية.
Scandium عنصر كيميائي نادر نسبيًا ، وتوزيعه في الطبيعة محدود نسبيًا. فيما يلي مقدمة مفصلة لتوزيع Scandium في الطبيعة:
1. المحتوى في الطبيعة: يوجد سكانديوم بكميات صغيرة نسبيا في قشرة الأرض. يبلغ متوسط المحتوى في قشرة الأرض حوالي 0.0026 ملغ/كغ (أو 2.6 جزء لكل مليون). هذا يجعل Scandium أحد العناصر النادرة في قشرة الأرض.
2. الاكتشاف في المعادن: على الرغم من محتوىه المحدود ، يمكن العثور على Scandium في بعض المعادن ، وخاصة في شكل أكاسيد أو سيليكات. بعض المعادن التي تحتوي على سكانديوم تشمل Scandianite و Dolomite.
3. استخراج Scandium: نظرًا لتوزيعه المحدود في الطبيعة ، من الصعب نسبيًا استخراج Scandium النقي. عادة ، يتم الحصول على Scandium كمنتج ثانوي لعملية صهر الألومنيوم ، كما يحدث مع الألومنيوم في البوكسيت.
4. التوزيع الجغرافي: يتم توزيع سكانديوم على مستوى العالم ، ولكن ليس بالتساوي. بعض الدول مثل الصين وروسيا والنرويج والسويد والبرازيل لديها رواسب غنية من سكانديوم ، في حين نادراً ما يكون لها مناطق أخرى.
على الرغم من أن Scandium لديه توزيع محدود في الطبيعة ، إلا أنه يلعب دورًا مهمًا في بعض التطبيقات ذات التقنية العالية والصناعية ، لذلك فهو لها
استخراج وصهر عنصر Scandium
Scandium هو عنصر معدني نادر ، وعمليات التعدين والاستخراج معقدة للغاية. فيما يلي مقدمة مفصلة لعملية التعدين والاستخراج لعنصر Scandium:
1. استخراج Scandium: Scandium غير موجود في شكله عنصري في الطبيعة ، ولكن عادة ما يكون بكميات ضئيلة في الخامات. تشمل خامات السكانديوم الرئيسية خام الفاناديوم ، وخام الزركون ، وخام yttrium. محتوى Scandium في هذه الخامات منخفض نسبيا.
عادة ما تتضمن عملية استخراج Scandium الخطوات التالية:
أ. التعدين: حفر الخامات التي تحتوي على سكانديوم.
ب. التكسير ومعالجة الخام: تكسير المعالجة والمعالجة لفصل الخامات المفيدة عن الصخور النفايات.
ج. التعويم: من خلال عملية التعويم ، يتم فصل الخامات التي تحتوي على سكانديوم عن الشوائب الأخرى.
د. الذوبان والخفض: عادة ما يتم حل هيدروكسيد سكانديوم ثم يتم تقليله إلى سكانديوم معدني بواسطة عامل تقليل (عادة الألومنيوم).
ه. استخراج التحليل الكهربائي: يتم استخلاص النكانتيوم المنخفض من خلال عملية إلكتروليدية للحصول على نقاء عاليScandium Metal.
3. تحسين Scandium: من خلال عمليات الذوبان والبلورة المتعددة ، يمكن تحسين نقاء Scandium. تتمثل الطريقة الشائعة في فصل وبلورات مركبات Scandium من خلال عمليات الكلورة أو الكربنة للحصول عليهاساكنة عالية النقاء.
تجدر الإشارة إلى أنه بسبب ندرة السكانديوم ، تتطلب عمليات الاستخراج والتكرير الهندسة الكيميائية الدقيقة للغاية ، وعادة ما تولد كمية كبيرة من النفايات والمنتجات الثانوية. لذلك ، فإن تعدين واستخراج عنصر Scandium هو مشروع معقد ومكلف ، وعادة ما يتم دمجه مع عملية التعدين والاستخراج للعناصر الأخرى لتحسين الكفاءة الاقتصادية.
طرق الكشف عن سكانديوم
1. قياس طيف الامتصاص الذري (AAS): مطياف الامتصاص الذري هو طريقة تحليل كمية شائعة الاستخدام تستخدم أطياف الامتصاص في أطوال موجية محددة لتحديد تركيز السكانديوم في عينة. يزول العينة المراد اختبارها في اللهب ، ثم يقيس كثافة امتصاص السكانديوم في العينة من خلال مطياف. هذه الطريقة مناسبة للكشف عن تركيزات التتبع من Scandium.
2. مطياف الانبعاثات البصرية البلازما المقترنة (ICP-OES): يعد قياس الطيف البصري للبلازما المقترن بشكل حريش طريقة تحليلية حساسة وانتقائية تستخدم على نطاق واسع في تحليل متعدد العناصر. يزول العينة ويشكل بلازما ، ويحدد الطول الموجي والكثافة المحددة لانبعاث Scandium في مطياف.
3. قياس طيف الكتلة البلازما المقترن بشكل حريش (ICP-MS): يعد قياس الطيف الكتلي للبلازما المقترن بشكل حريش طريقة تحليلية حساسة للغاية وعالية الدقة يمكن استخدامها لتحديد نسبة النظير وتحليل عنصر التتبع. إنه يقلل العينة ويشكل بلازما ، ويحدد نسبة الكتلة إلى الشحن من Scandium في مطياف الكتلة. 4. قياس الطيف المضوي للأشعة السينية (XRF): يستخدم مطياف التألق بالأشعة السينية طيف التألق الناتج بعد العينة بالأشعة السينية لتحليل محتوى العناصر. يمكن أن يحدد بسرعة وغير تدمير محتوى Scandium في العينة.
5. قياس الطيف المباشر: يُعرف أيضًا باسم طيف القراءة الكهروضوئية الكهروضوئية ، وهو تقنية تحليلية تستخدم لتحليل محتوى العناصر في عينة. يعتمد قياس الطيف القراءة على مبدأ قياس الطيف الذري. يستخدم شرارات أو أقواس كهربائية عالية الحرارة لتبخير العناصر في العينة من الحالة الصلبة وتنبعث من الخطوط الطيفية المميزة في الحالة المتحمسة. يحتوي كل عنصر على خط انبعاث فريد ، وشدته تتناسب مع محتوى العنصر في العينة. من خلال قياس شدة هذه الخطوط الطيفية المميزة ، يمكن تحديد محتوى كل عنصر في العينة. تستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لتحليل تكوين المعادن والسبائك ، وخاصة في المعادن ومعالجة المعادن وعلوم المواد وغيرها من المجالات.
تستخدم هذه الطرق على نطاق واسع في المختبر والصناعة للتحليل الكمي ومراقبة الجودة من Scandium. يعتمد اختيار الطريقة المناسبة على عوامل مثل نوع العينة ، وحد الكشف المطلوب ودقة الكشف.
تطبيق محدد لطريقة الامتصاص الذري Scandium
في قياس العناصر ، فإن التحليل الطيفي للامتصاص الذري له دقة وحساسية عالية ، مما يوفر وسيلة فعالة لدراسة الخصائص الكيميائية ، والتكوين المركبة ، ومحتوى العناصر.
بعد ذلك ، سوف نستخدم التحليل الطيفي للامتصاص الذري لقياس محتوى عنصر الحديد.
الخطوات المحددة هي كما يلي:
إعداد العينة ليتم اختبارها. لإعداد محلول للعينة ليتم قياسه ، من الضروري عمومًا استخدام الحمض المختلط للهضم من أجل تسهيل القياسات اللاحقة.
اختر مطياف الامتصاص الذري المناسب. حدد مطياف امتصاص ذري مناسب استنادًا إلى خصائص العينة المراد اختبارها ونطاق محتوى Scandium المراد قياسه. اضبط معلمات مطياف الامتصاص الذري. اضبط معلمات مطياف الامتصاص الذري ، بما في ذلك مصدر الضوء ، و Atomizer ، والكشف ، وما إلى ذلك ، استنادًا إلى العنصر الذي تم اختباره ونموذج الأداة.
قياس امتصاص عنصر Scandium. ضع العينة المراد اختبارها في ذرة وينبعث بإشعاع الضوء لطول موجة معين من خلال مصدر الضوء. سيقوم عنصر Scandium الذي سيتم اختباره بامتصاص هذا الإشعاع الخفيف ويخضع للتحولات على مستوى الطاقة. قياس امتصاص عنصر Scandium من خلال كاشف.
حساب محتوى عنصر Scandium. احسب محتوى عنصر Scandium على أساس الامتصاص والمنحنى القياسي.
في العمل الفعلي ، من الضروري تحديد طرق القياس المناسبة وفقًا للاحتياجات المحددة للموقع. تستخدم هذه الطرق على نطاق واسع في تحليل واكتشاف الحديد في المختبرات والصناعات.
في نهاية مقدمةنا الشاملة إلى Scandium ، نأمل أن يكون للقراء فهم أعمق ومعرفة بهذا العنصر الرائع. Scandium ، كعنصر مهم في الجدول الدوري ، لا يلعب دورًا رئيسيًا في مجال العلوم فحسب ، بل يلعب أيضًا مجموعة واسعة من التطبيقات في الحياة اليومية والمجالات الأخرى.
من خلال دراسة الخصائص والاستخدامات وعملية اكتشاف وتطبيق Scandium في العلوم والتكنولوجيا الحديثة ، يمكننا أن نرى السحر الفريد وإمكانات هذا العنصر. من مواد الطيران إلى تكنولوجيا البطارية ، من البتروكيماويات إلى المعدات الطبية ، يلعب Scandium دورًا رئيسيًا.
بالطبع ، نحتاج أيضًا إلى إدراك أنه على الرغم من أن Scandium يجلب الراحة لحياتنا ، إلا أنه يحتوي أيضًا على بعض المخاطر المحتملة. لذلك ، على الرغم من أننا نحتاج إلى الاستمتاع بفوائد Scandium ، يجب علينا أيضًا الانتباه إلى الاستخدام المعقول والتطبيق الموحد لتجنب المشكلات المحتملة. Scandium عنصر يستحق دراستنا وتفهمنا المتعمقين. في المستقبل ، نتوقع أن يلعب Scandium مزاياه الفريدة في المزيد من المجالات وجلب المزيد من الراحة والمفاجآت لحياتنا.
وقت النشر: نوفمبر -14-2024