21 Скандый і яго звычайна выкарыстоўваюцца метады тэставання
Сардэчна запрашаем у гэты свет элементаў, поўны таямніц і шарму. Сёння мы разам даследуем асаблівы элемент -скандый. Нягледзячы на тое, што гэты элемент можа не сустракацца ў нашым паўсядзённым жыцці, ён гуляе важную ролю ў навуцы і прамысловасці.
скандый, гэты цудоўны элемент, валодае мноствам дзіўных уласцівасцяў. Гэта член сямейства рэдказямельных элементаў. Як іншыярэдказямельныя элементы, атамная структура скандыю поўная таямніц. Менавіта гэтыя унікальныя атамныя структуры робяць скандый незаменнай роляй у фізіцы, хіміі і матэрыялазнаўстве.
Адкрыццё скандыю поўнае паваротаў і цяжкасцей. Гэта пачалося ў 1841 годзе, калі шведскі хімік Л.Ф.Нільсан (1840~1899) спадзяваўся вылучыць іншыя элементы з ачышчанагаэрбійзямлі пры вывучэнні лёгкіх металаў. Пасля 13-разовага частковага раскладання нітратаў ён нарэшце атрымаў 3,5 г чыстагаітэрбійзямля. Аднак ён выявіў, што атамная маса ітэрбію, якую ён атрымаў, не супадала з атамнай масай ітэрбію, прыведзенай раней Малінакам. Востры Нэльсан зразумеў, што ў ім можа быць нейкі лёгкі элемент. Такім чынам, ён працягваў апрацоўваць ітэрбій, які ён атрымаў, такім жа працэсам. Нарэшце, калі засталася толькі адна дзесятая ўзору, вымераная атамная маса ўпала да 167,46. Гэты вынік блізкі да атамнай вагі ітрыю, таму Нэльсан назваў яго «скандый».
Нягледзячы на тое, што Нэльсан адкрыў скандый, ён не прыцягнуў асаблівай увагі навуковай супольнасці з-за сваёй рэдкасці і цяжкасці ў падзеле. Толькі ў канцы 19-га стагоддзя, калі даследаванні рэдказямельных элементаў сталі тэндэнцыяй, скандый быў зноў адкрыты і вывучаны.
Такім чынам, давайце адправімся ў падарожжа па вывучэнні скандыю, каб раскрыць яго таямніцу і зразумець гэты, здавалася б, звычайны, але насамрэч чароўны элемент.
Вобласці прымянення скандыю
Сімвал скандыя - Sc, а яго атамны нумар - 21. Элемент - мяккі серабрыста-белы пераходны метал. Хоць скандый не з'яўляецца распаўсюджаным элементам у зямной кары, ён мае шмат важных абласцей прымянення, у асноўным у наступных аспектах:
1. Аэракасмічная прамысловасць: алюмініевы скандый - гэта лёгкі, высокатрывалы сплаў, які выкарыстоўваецца ў канструкцыях самалётаў, дэталях рухавікоў і вытворчасці ракет у аэракасмічнай прамысловасці. Даданне скандыю можа палепшыць трываласць і каразійную ўстойлівасць сплаву, адначасова зніжаючы шчыльнасць сплаву, робячы аэракасмічнае абсталяванне больш лёгкім і трывалым.
2. Ровары і спартыўны інвентар:Скандый алюмініевытаксама выкарыстоўваецца для вытворчасці ровараў, клюшак для гольфа і іншага спартыўнага абсталявання. Дзякуючы сваёй выдатнай трываласці і лёгкасці,сплаў скандыюможа палепшыць прадукцыйнасць спартыўнага інвентара, паменшыць вагу і павялічыць трываласць матэрыялу.
3. Асвятляльная прамысловасць:Ёдзісты скандыйвыкарыстоўваецца ў якасці напаўняльніка ў ксенонавых лямпах высокай інтэнсіўнасці. Такія лямпачкі выкарыстоўваюцца ў фатаграфіі, кінавытворчасці, сцэнічным асвятленні і медыцынскім абсталяванні, таму што іх спектральныя характарыстыкі вельмі блізкія да натуральнага сонечнага святла.
4. Паліўныя элементы:Скандый алюмініевытаксама знаходзіць прымяненне ў цвёрдааксідных паліўных элементах (SOFC). У гэтых батарэях,скандый-алюмініевы сплаўвыкарыстоўваецца ў якасці аноднага матэрыялу, які валодае высокай праводнасцю і стабільнасцю, што дапамагае палепшыць эфектыўнасць і прадукцыйнасць паліўных элементаў.
5. Навуковыя даследаванні: скандый выкарыстоўваецца ў якасці дэтэктара ў навуковых даследаваннях. У ядзерна-фізічных эксперыментах і паскаральніках элементарных часціц сцынтыляцыйныя крышталі скандыю выкарыстоўваюцца для выяўлення радыяцыі і часціц.
6. Іншыя сферы прымянення: скандый таксама выкарыстоўваецца ў якасці высокатэмпературнага звышправадніка і ў некаторых спецыяльных сплавах для паляпшэння ўласцівасцей сплаву. Дзякуючы выдатным характарыстыкам скандыю ў працэсе анадавання, ён таксама выкарыстоўваецца ў вытворчасці электродных матэрыялаў для літыевых батарэй і іншых электронных прылад.
Важна адзначыць, што, нягледзячы на шматлікае прымяненне, вытворчасць і выкарыстанне скандыю абмежаваныя і адносна дарагія з-за яго адноснага дэфіцыту, таму яго кошт і альтэрнатывы неабходна старанна разглядаць пры яго выкарыстанні.
Фізічныя ўласцівасці элемента скандыя
1. Атамная структура: ядро скандыю складаецца з 21 пратона і звычайна змяшчае 20 нейтронаў. Такім чынам, яго стандартная атамная маса (адносная атамная маса) складае каля 44,955908. З пункту гледжання атамнай структуры, электронная канфігурацыя скандыю 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s².
2. Фізічны стан: скандый з'яўляецца цвёрдым пры пакаёвай тэмпературы і мае серабрыста-белы выгляд. Яго фізічны стан можа змяняцца ў залежнасці ад змены тэмпературы і ціску.
3. Шчыльнасць: Шчыльнасць скандыю складае каля 2,989 г/см3. Гэтая адносна нізкая шчыльнасць робіць яго лёгкім металам.
4. Тэмпература плаўлення: Тэмпература плаўлення скандыю складае каля 1541 градуса Цэльсія (2806 градусаў па Фарэнгейце), што сведчыць аб адносна высокай тэмпературы плаўлення. 5. Тэмпература кіпення: тэмпература кіпення скандыю складае каля 2836 градусаў па Цэльсію (5137 градусаў па Фарэнгейце), што азначае, што для яго выпарэння патрабуецца высокая тэмпература.
6. Электраправоднасць: скандый з'яўляецца добрым правадніком электрычнасці з разумнай электраправоднасцю. Нягледзячы на тое, што ён не такі добры, як звычайныя правадзячыя матэрыялы, такія як медзь або алюміній, ён усё ж карысны ў некаторых спецыяльных прымяненнях, такіх як электралітычныя элементы і аэракасмічныя прымянення.
7. Цеплаправоднасць: скандый мае адносна высокую цеплаправоднасць, што робіць яго добрым цеплаправоднікам пры высокіх тэмпературах. Гэта карысна ў некаторых прымяненнях пры высокіх тэмпературах.
8. Крышталічная структура: скандый мае шасцікутную шчыльна ўпакаваную крышталічную структуру, што азначае, што яго атамы спакаваныя ў шчыльна ўпакаваныя шасцікутнікі ў крышталі.
9. Магнетызм: скандый з'яўляецца дыямагнітным пры пакаёвай тэмпературы, гэта значыць ён не прыцягваецца і не адштурхваецца магнітнымі палямі. Яго магнітныя паводзіны звязаны з яго электроннай структурай.
10. Радыеактыўнасць: усе стабільныя ізатопы скандыю не радыеактыўныя, таму гэта нерадыеактыўны элемент.
Скандый - гэта адносна лёгкі метал з высокай тэмпературай плаўлення, які мае некалькі спецыяльных прымяненняў, асабліва ў аэракасмічнай прамысловасці і матэрыялазнаўстве. Хоць ён звычайна не сустракаецца ў прыродзе, яго фізічныя ўласцівасці робяць яго выключна карысным у некалькіх галінах.
Хімічныя ўласцівасці скандыю
Скандый - элемент пераходнага металу.
1. Атамная структура: атамная структура скандыю складаецца з 21 пратона і звычайна каля 20 нейтронаў. Яго электронная канфігурацыя 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s², што паказвае на тое, што ён мае адну незапоўненую d-арбіталь.
2. Хімічны сімвал і атамны нумар: хімічны сімвал скандыя - Sc, а яго атамны нумар - 21.
3. Электраадмоўнасць: скандый мае адносна нізкую электраадмоўнасць каля 1,36 (згодна з электраадмоўнасцю Пола). Гэта азначае, што ён мае тэндэнцыю губляць электроны з адукацыяй станоўчых іёнаў.
4. Ступень акіслення: скандый звычайна знаходзіцца ў ступені акіслення +3, што азначае, што ён страціў тры электроны з адукацыяй іёна Sc³⁺. Гэта яго самая распаўсюджаная ступень акіслення. Хоць Sc²⁺ і Sc4⁺ таксама магчымыя, яны менш стабільныя і менш распаўсюджаныя.
5. Злучэнні: скандый у асноўным утварае злучэнні з такімі элементамі, як кісларод, сера, азот і вадарод. Некаторыя распаўсюджаныя злучэнні скандыю ўключаюцьаксід скандыю (Sc2O3) і галагеніды скандыю (напрыкладхларыд скандыю, ScCl3).
6. Рэакцыйная здольнасць: скандый з'яўляецца адносна рэакцыйным металам, але ён хутка акісляецца на паветры, утвараючы аксідную плёнку аксіду скандыю, якая прадухіляе далейшыя рэакцыі акіслення. Гэта таксама робіць скандый адносна стабільным і валодае некаторай устойлівасцю да карозіі.
7. Растваральнасць: скандый павольна раствараецца ў большасці кіслот, але лягчэй раствараецца ў шчолачных умовах. Ён не раствараецца ў вадзе, таму што яго аксідная плёнка прадухіляе далейшыя рэакцыі з малекуламі вады.
8. Хімічныя ўласцівасці, падобныя на лантаніды: хімічныя ўласцівасці скандыю падобныя на ўласцівасці серыі лантанідаў (лантан, гадоліній, неадымавыі г.д.), таму яго часам класіфікуюць як лантанідападобны элемент. Гэта падабенства ў асноўным адлюстроўваецца на іённым радыусе, уласцівасцях злучэння і некаторай рэакцыйнай здольнасці.
9. Ізатопы: скандый мае некалькі ізатопаў, толькі некаторыя з якіх стабільныя. Найбольш стабільны ізатоп Sc-45, які мае працяглы перыяд паўраспаду і не з'яўляецца радыеактыўным.
Скандый з'яўляецца адносна рэдкім элементам, але дзякуючы некаторым сваім унікальным хімічным і фізічным уласцівасцям ён гуляе важную ролю ў некалькіх галінах прымянення, асабліва ў аэракасмічнай прамысловасці, матэрыялазнаўстве і некаторых высокатэхналагічных прымяненнях.
Біялагічныя ўласцівасці скандыю
Скандый не з'яўляецца распаўсюджаным элементам у прыродзе. Такім чынам, ён не мае біялагічных уласцівасцяў у арганізмах. Біялагічныя ўласцівасці звычайна ўключаюць біялагічную актыўнасць, біялагічнае паглынанне, метабалізм і ўздзеянне элементаў на жывыя арганізмы. Паколькі скандый не з'яўляецца неабходным для жыцця элементам, ні адзін з вядомых арганізмаў не мае біялагічнай патрэбы або выкарыстання скандыю.
Дзеянне скандыю на арганізмы ў асноўным звязана з яго радыеактыўнасцю. Некаторыя ізатопы скандыю радыеактыўныя, таму калі чалавечы арганізм або іншыя арганізмы падвяргаюцца ўздзеянню радыеактыўнага скандыю, гэта можа выклікаць небяспечнае радыяцыйнае ўздзеянне. Такая сітуацыя звычайна ўзнікае ў пэўных сітуацыях, такіх як ядзерныя навуковыя даследаванні, радыётэрапія або ядзерныя аварыі.
Скандый не ўзаемадзейнічае дабратворна з арганізмамі і існуе радыяцыйная небяспека. Такім чынам, гэта не важны элемент у арганізмах.
Скандый - адносна рэдкі хімічны элемент, і яго распаўсюджванне ў прыродзе адносна абмежавана. Вось падрабязнае ўвядзенне ў распаўсюджванне скандыю ў прыродзе:
1. Змест у прыродзе: скандый існуе ў адносна невялікіх колькасцях у зямной кары. Сярэдняе ўтрыманне ў зямной кары складае каля 0,0026 мг/кг (або 2,6 частак на мільён). Гэта робіць скандый адным з самых рэдкіх элементаў у зямной кары.
2. Адкрыццё ў мінералах: Нягледзячы на абмежаванае ўтрыманне, скандый можна знайсці ў некаторых мінералах, галоўным чынам у выглядзе аксідаў або сілікатаў. Некаторыя мінералы, якія змяшчаюць скандый, ўключаюць скандыяніт і даламіт.
3. Здабыча скандыю: з-за яго абмежаванага распаўсюджвання ў прыродзе адносна цяжка здабыць чысты скандый. Звычайна скандый атрымліваюць як пабочны прадукт працэсу выплаўлення алюмінію, як гэта адбываецца з алюмініем у баксітах.
4. Геаграфічнае размеркаванне: скандый распаўсюджаны глабальна, але нераўнамерна. Некаторыя краіны, такія як Кітай, Расія, Нарвегія, Швецыя і Бразілія, маюць багатыя радовішчы скандыю, у той час як у іншых рэгіёнах яны рэдка.
Нягледзячы на тое, што скандый мае абмежаванае распаўсюджванне ў прыродзе, ён гуляе важную ролю ў некаторых высокатэхналагічных і прамысловых прымяненнях, таму яго
Здабыча і выплаўленне элемента скандыя
Скандый - рэдкі металічны элемент, працэсы яго здабычы і здабычы даволі складаныя. Далей прыводзіцца падрабязнае ўвядзенне ў працэс здабычы і здабычы элемента скандыя:
1. Здабыча скандыю: скандый не існуе ў сваёй элементарнай форме ў прыродзе, але звычайна існуе ў слядовых колькасцях у рудах. Асноўныя скандыевыя руды ўключаюць ванадыевую скандыевую руду, цырконовую руду і ітрыевую руду. Утрыманне скандыю ў гэтых рудах адносна нізкае.
Працэс здабычы скандыю звычайна ўключае ў сябе наступныя этапы:
а. Здабыча карысных выкапняў: здабыча руд, якія змяшчаюць скандый.
б. Драбненне і перапрацоўка руд: драбненне і перапрацоўка руд для аддзялення карысных руд ад пустых парод.
в. Флотацыя: у працэсе флотации руды, якія змяшчаюць скандый, аддзяляюцца ад іншых прымешак.
d. Растварэнне і аднаўленне: гідраксід скандыю звычайна раствараюць, а затым аднаўляюць да металічнага скандыю аднаўляльнікам (звычайна алюмініем).
д. Электралітычная экстракцыя: Адноўлены скандый здабываецца з дапамогай электралітычнага працэсу для атрымання высокай чысцініметалічны скандый.
3. Ачыстка скандыю: дзякуючы шматразовым працэсам растварэння і крышталізацыі чысціня скандыю можа быць дадаткова палепшана. Распаўсюджаным метадам з'яўляецца аддзяленне і крышталізацыя злучэнняў скандыю праз працэсы хларавання або карбанізацыі для атрыманняскандый высокай чысціні.
Варта адзначыць, што з-за дэфіцыту скандыю працэсы здабычы і перапрацоўкі патрабуюць высокадакладнай хімічнай тэхналогіі і звычайна ўтвараюць значную колькасць адходаў і пабочных прадуктаў. Такім чынам, здабыча і здабыча элемента скандыю - гэта складаны і дарагі праект, які звычайна спалучаецца з працэсам здабычы і здабычы іншых элементаў для павышэння эканамічнай эфектыўнасці.
Метады выяўлення скандыю
1. Атамна-абсарбцыйная спектраметрыя (ААС): атамна-абсарбцыйная спектраметрыя - гэта шырока выкарыстоўваны метад колькаснага аналізу, які выкарыстоўвае спектры паглынання на пэўных даўжынях хваль для вызначэння канцэнтрацыі скандыю ва ўзоры. Ён распыляе ўзор, які трэба выпрабаваць, у полымі, а затым вымярае інтэнсіўнасць паглынання скандыю ва ўзоры праз спектрометр. Гэты метад падыходзіць для выяўлення следовых канцэнтрацый скандыю.
2. Аптычна-эмісійная спектраметрыя з індуктыўна звязанай плазмай (ICP-OES): аптычна-эмісійная спектраметрыя з індуктыўна звязанай плазмай - гэта высокачуллівы і селектыўны аналітычны метад, які шырока выкарыстоўваецца ў шматэлементным аналізе. Ён распыляе ўзор і ўтварае плазму, а таксама вызначае ўдзельную даўжыню хвалі і інтэнсіўнасць выпраменьвання скандыю ў спектрометры.
3. Мас-спектраметрыя з індуктыўна звязанай плазмай (ICP-MS): Мас-спектраметрыя з індуктыўна звязанай плазмай - гэта высокачуллівы аналітычны метад з высокім разрозненнем, які можна выкарыстоўваць для вызначэння суадносін ізатопаў і аналізу мікраэлементаў. Ён распыляе ўзор і ўтварае плазму, а таксама вызначае суадносіны масы і зараду скандыю ў мас-спектрометры. 4. Рэнтгенаўская флуарэсцэнтная спектраметрыя (XRF): рэнтгенаўская флуарэсцэнтная спектраметрыя выкарыстоўвае спектр флуарэсцэнцыі, які ўзнікае пасля ўзбуджэння ўзору рэнтгенаўскім выпраменьваннем, для аналізу ўтрымання элементаў. Ён можа хутка і неразбуральна вызначыць утрыманне скандыю ва ўзоры.
5. Спектраметрыя прамога счытвання: таксама вядомая як фотаэлектрычная спектраметрыя прамога счытвання, гэта аналітычны метад, які выкарыстоўваецца для аналізу ўтрымання элементаў ва ўзоры. Спектраметрыя прамога счытвання заснавана на прынцыпе атамна-эмісійнай спектраметрыі. Ён выкарыстоўвае высокатэмпературныя электрычныя іскры або дугі для непасрэднага выпарэння элементаў ва ўзоры з цвёрдага стану і выпраменьвання характэрных спектральных ліній ва ўзбуджаным стане. Кожны элемент мае унікальную лінію выпраменьвання, а яе інтэнсіўнасць прапарцыйная зместу элемента ва ўзоры. Вымяраючы інтэнсіўнасць гэтых характэрных спектральных ліній, можна вызначыць утрыманне кожнага элемента ва ўзоры. Гэты метад у асноўным выкарыстоўваецца для аналізу складу металаў і сплаваў, асабліва ў металургіі, металаапрацоўцы, матэрыялазнаўстве і іншых галінах.
Гэтыя метады шырока выкарыстоўваюцца ў лабараторыі і прамысловасці для колькаснага аналізу і кантролю якасці скандыю. Выбар адпаведнага метаду залежыць ад такіх фактараў, як тып узору, неабходны мяжа выяўлення і дакладнасць выяўлення.
Асаблівасці прымянення атамна-абсарбцыйнага метаду скандыю
Пры вымярэнні элементаў атамна-абсарбцыйная спектраскапія валодае высокай дакладнасцю і адчувальнасцю, забяспечваючы эфектыўны сродак для вывучэння хімічных уласцівасцей, складу злучэнняў і ўтрымання элементаў.
Далей мы будзем выкарыстоўваць атамна-абсарбцыйную спектраскапію для вымярэння ўтрымання элемента жалеза.
Канкрэтныя крокі наступныя:
Падрыхтуйце ўзор для тэставання. Для падрыхтоўкі раствора ўзору для вымярэння, як правіла, неабходна выкарыстоўваць змешаную кіслату для стрававання, каб палегчыць наступныя вымярэнні.
Выберыце прыдатны атамна-абсарбцыйны спектрометр. Выберыце прыдатны атамна-абсарбцыйны спектрометр на аснове ўласцівасцей узору, які трэба праверыць, і дыяпазону ўтрымання скандыю, які трэба вымераць. Адрэгулюйце параметры атамна-абсарбцыйнага спектрометра. Адрэгулюйце параметры атамна-абсарбцыйнага спектрометра, уключаючы крыніцу святла, распыляльнік, дэтэктар і г.д., на аснове тэсціраванага элемента і мадэлі прыбора.
Вымерайце абсорбцыю элемента скандыя. Змесціце ўзор для тэставання ў распыляльнік і выпраменьвайце светлавое выпраменьванне пэўнай даўжыні хвалі праз крыніцу святла. Элемент скандыю, які падлягае тэсціраванню, будзе паглынаць гэта светлавое выпраменьванне і праходзіць пераходы ўзроўню энергіі. Вымерайце паглынанне элемента скандыя праз дэтэктар.
Разлічыце ўтрыманне элемента скандый. Разлічыце ўтрыманне элемента скандый на аснове абсорбцыі і стандартнай крывой.
У рэальнай працы неабходна выбраць прыдатныя метады вымярэння ў адпаведнасці з канкрэтнымі патрэбамі сайта. Гэтыя метады шырока выкарыстоўваюцца пры аналізе і выяўленні жалеза ў лабараторыях і на прамысловасці.
У канцы нашага ўсебаковага ўвядзення ў скандый мы спадзяемся, што чытачы змогуць глыбей зразумець і пазнаць гэты цудоўны элемент. Скандый, як важны элемент перыядычнай сістэмы, не толькі адыгрывае ключавую ролю ў галіне навукі, але таксама мае шырокі спектр прымянення ў паўсядзённым жыцці і іншых сферах.
Вывучаючы ўласцівасці, выкарыстанне, працэс адкрыцця і прымяненне скандыю ў сучаснай навуцы і тэхніцы, мы можам убачыць унікальны шарм і патэнцыял гэтага элемента. Ад аэракасмічных матэрыялаў да акумулятарных тэхналогій, ад нафтахіміі да медыцынскага абсталявання скандый гуляе ключавую ролю.
Вядома, мы таксама павінны разумець, што хоць скандый прыўносіць у наша жыццё зручнасць, ён таксама мае некаторыя патэнцыйныя рызыкі. Такім чынам, хоць мы павінны карыстацца перавагамі скандыю, мы таксама павінны звярнуць увагу на разумнае выкарыстанне і стандартызаванае прымяненне, каб пазбегнуць магчымых праблем. Скандый - гэта элемент, варты нашага глыбокага вывучэння і разумення. У будучым развіцці навукі і тэхнікі мы чакаем, што скандый будзе выкарыстоўваць свае унікальныя перавагі ў большай колькасці абласцей і прынясе ў наша жыццё больш зручнасці і сюрпрызаў.
Час публікацыі: 14 лістапада 2024 г