Какво е скандиум и неговите често използвани методи за тестване

21 скандий и неговите често използвани методи за тестване

Добре дошли в този свят на елементи, пълни с мистерия и чар. Днес ще проучим специален елемент заедно -скандий. Въпреки че този елемент може да не е често срещан в ежедневието ни, той играе важна роля в науката и индустрията.

Скандий, Този прекрасен елемент има много невероятни свойства. Той е член на семейството на редките земни елементи. Като другиРедки земни елементи, Атомната структура на скандий е пълна с мистерия. Именно тези уникални атомни структури правят скандиумът да играе незаменима роля във физиката, химията и науката за материалите.

Откриването на скандий е пълно с обрати и завои и трудности. Той започва през 1841 г., когато шведският химик Lfnilson (1840 ~ 1899) се надява да отдели други елементи от пречистенитеЕрбийЗемя, докато изучава леки метали. След 13 пъти частично разлагане на нитрати, той най -накрая получи 3,5 г чиститербийЗемя. Въпреки това той откри, че атомното тегло на итербиума, който е получил, не съответства на атомното тегло на итербий, даден от Малинак преди. Острите очи Нелсън разбра, че в него може да има някакъв лек елемент. Така той продължи да обработва итербиума, който получи със същия процес. И накрая, когато беше оставена само една десета от пробата, измереното атомно тегло спадна до 167.46. Този резултат е близък до атомното тегло на итриума, така че Нелсън го нарече "скандий".

Въпреки че Нелсън беше открил скандий, той не привлече много внимание от научната общност поради своята рядкост и трудност в раздялата. Едва в края на 19 век, когато изследванията върху елементите на редки земни се превръщат в тенденция, скандиумът е преоткрит и изучен.

Така че, нека да тръгнем на това пътуване на изследване на скандий, за да разкрием неговата мистерия и да разберем този на пръв поглед обикновен, но всъщност очарователен елемент.

Полета за прилагане на скандий
Символът на скандий е SC, а атомното му число е 21. Елементът е мек, сребристо-бял преходен метал. Въпреки че скандиумът не е често срещан елемент в земната кора, той има много важни полета за приложение, главно в следните аспекти:

1. Аерокосмическа промишленост: Скандалният алуминий е лека сплав с висока якост, използвана в самолета, части от двигателя и производство на ракети в аерокосмическата промишленост. Добавянето на скандий може да подобри силата и устойчивостта на корозия на сплавта, като същевременно намалява плътността на сплавта, което прави аерокосмическото оборудване по -леко и по -издръжливо.
2. Велосипеди и спортно оборудване:Скандиев алуминийсе използва и за изработка на велосипеди, голф клубове и друго спортно оборудване. Поради отличната си сила и лекота,скандий сплавМоже да подобри работата на спортното оборудване, да намали теглото и да увеличи издръжливостта на материала.
3. Осветителна индустрия:Скандиев йодидсе използва като пълнител във високоинтензивни ксенонови лампи. Такива луковици се използват при фотография, създаване на филми, сценично осветление и медицинско оборудване, тъй като техните спектрални характеристики са много близки до естествената слънчева светлина.
4. Горивни клетки:Скандиев алуминийСъщо така намира приложение в горивни клетки от твърд оксид (SOFCs). В тези батерии,Скандий-алуминиева сплавсе използва като аноден материал, който има висока проводимост и стабилност, като помага за подобряване на ефективността и работата на горивните клетки.
5. Научни изследвания: Скандиумът се използва като детекторски материал в научните изследвания. В експериментите с ядрена физика и ускорителите на частиците се използват скандиеви сцинтилационни кристали за откриване на радиация и частици.
6. Други приложения: Скандалът се използва и като високотемпературен свръхпроводник и в някои специални сплави за подобряване на свойствата на сплавта. Поради превъзходната работа на скандий в анодизиращия процес, той се използва и при производството на електродни материали за литиеви батерии и други електронни устройства.

Важно е да се отбележи, че въпреки многото си приложения, производството и използването на Scandium са ограничени и сравнително скъпи поради относителния му недостиг, така че цената и алтернативите му трябва да бъдат внимателно обмислени при използването му.

Физически свойства на скандиев елемент

1. Атомна структура: Ядрото на скандий се състои от 21 протона и обикновено съдържа 20 неутрона. Следователно, стандартното му атомно тегло (относителна атомна маса) е около 44.955908. По отношение на атомната структура, електронната конфигурация на скандий е 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S².
2. Физическо състояние: Скандалът е твърд при стайна температура и има сребристо бял вид. Неговото физическо състояние може да се промени в зависимост от промените в температурата и налягането.
3. Плътност: Плътността на скандия е около 2,989 g/cm3. Тази сравнително ниска плътност го прави лек метал.
4. Точка на топене: Точката на топене на скандий е около 1541 градуса по Целзий (2806 градуса по Фаренхайт), което показва, че има сравнително висока точка на топене. 5. Точка на кипене: Скандиумът има точка на кипене от около 2836 градуса по Целзий (5137 градуса по Фаренхайт), което означава, че изисква високи температури за изпаряване.
6. Електрическа проводимост: Скандалният е добър проводник на електричеството, с разумна електрическа проводимост. Въпреки че не е толкова добър, колкото обикновените проводими материали като мед или алуминий, той все още е полезен в някои специални приложения, като електролитични клетки и аерокосмически приложения.
7. Термична проводимост: Скандалът има сравнително висока топлинна проводимост, което го прави добър термичен проводник при високи температури. Това е полезно в някои високотемпературни приложения.
8. Кристална структура: Скандалът има шестоъгълна близко опакована кристална структура, което означава, че атомите му са опаковани в близки хексагони в кристала.
9. Магнетизъм: Скандиумът е диамагнитен при стайна температура, което означава, че не е привлечен или отблъснат от магнитни полета. Магнитното му поведение е свързано с неговата електронна структура.
10. Радиоактивност: Всички стабилни изотопи на скандий не са радиоактивни, така че е не-радиоактивен елемент.

Скандалът е сравнително лек метал с висока топка с няколко специални приложения, особено в аерокосмическата индустрия и науката за материалите. Въпреки че не се среща често в природата, физическите му свойства го правят уникално полезен в няколко области.

Химични свойства на скандий

Скандалът е преходен метален елемент.
1. Атомна структура: Атомната структура на скандия се състои от 21 протона и обикновено около 20 неутрона. Конфигурацията му на електрон е 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S², което показва, че има един незапълнен D орбитален.
2. Химически символ и атомно число: Химическият символ на скандия е SC, а атомният му брой е 21.
3. Електронезативността: Скандалът има сравнително ниска електроотрицателност от около 1,36 (според електронегативността на Пол). Това означава, че има тенденция да губи електрони, за да образува положителни йони.
4. Състояние на окисляване: Скандалът обикновено съществува в състояние на окисляване +3, което означава, че е загубил три електрона, за да образува SC³⁺ йона. Това е най -честото му окислително състояние. Въпреки че SC²⁺ и SC⁴⁺ също са възможни, те са по -малко стабилни и по -рядко срещани.
5. Съединения: Скандалът основно образува съединения с елементи като кислород, сяра, азот и водород. Някои общи скандиеви съединения включватскандиев оксид (SC2O3) и скандиеви халиди (катоскандиев хлорид, SCCL3).
6. Реактивност: Скандалът е сравнително реактивен метал, но той се окислява бързо във въздуха, образувайки оксиден филм от скандиев оксид, което предотвратява по -нататъшните реакции на окисляване. Това също прави скандий сравнително стабилен и има известна устойчивост на корозия.
7. Разтворимост: Скандиумът се разтваря бавно в повечето киселини, но се разтваря по -лесно при алкални условия. Той е неразтворим във вода, тъй като неговият оксиден филм предотвратява по -нататъшни реакции с водни молекули.

8. Химически свойства, подобни на лантанид: Химичните свойства на скандия са подобни на тези от серията лантанид (лантанум, Гадолиний, неодимови т.н.), така че понякога се класифицира като елемент, подобен на лантанид. Това сходство се отразява главно в йонния радиус, сложните свойства и известна реактивност.
9. Изотопи: Скандалът има множество изотопи, само някои от които са стабилни. Най-стабилният изотоп е SC-45, който има дълъг полуживот и не е радиоактивен.

Скандалът е сравнително рядък елемент, но поради някои от уникалните си химически и физически свойства той играе важна роля в няколко области на приложение, особено в аерокосмическата индустрия, материалознанието и някои високотехнологични приложения.

Биологични свойства на скандий

Скандалът не е често срещан елемент по природа. Следователно, тя няма биологични свойства в организмите. Биологичните свойства обикновено включват биологичната активност, биологичната абсорбция, метаболизма и ефектите на елементите върху живите организми. Тъй като скандиумът не е елемент, който е от съществено значение за живота, нито един известен организми няма биологична нужда или употреба за скандий.
Ефектът на скандиума върху организмите е свързан главно с неговата радиоактивност. Някои изотопи на скандий са радиоактивни, така че ако човешкото тяло или други организми са изложени на радиоактивен скандий, това може да причини опасна радиационна експозиция. Тази ситуация обикновено се среща в специфични ситуации като ядрени научни изследвания, лъчетерапия или ядрени аварии.
Скандалът не взаимодейства полезно с организмите и има опасност от радиация. Следователно, той не е важен елемент в организмите.

Скандалът е сравнително рядък химичен елемент и разпределението му в природата е сравнително ограничено. Ето подробно въведение в разпределението на скандий в природата:

1. Съдържание в природата: Скандиумът съществува в сравнително малки количества в земната кора. Средното съдържание в земната кора е около 0,0026 mg/kg (или 2,6 части на милион). Това прави скандия един от по -редките елементи в земната кора.

2. Откриване в минералите: Въпреки ограниченото му съдържание, скандиумът може да се намери при определени минерали, главно под формата на оксиди или силикати. Някои минерали, съдържащи скандий, включват скандианит и доломит.

3. Извличане на скандий: Поради ограниченото му разпределение в природата е сравнително трудно да се извлече чист скандий. Обикновено скандиумът се получава като страничен продукт от процеса на топене на алуминий, както се среща с алуминий в боксит.

4. Географско разпространение: Скандалът се разпределя в световен мащаб, но не равномерно. Някои страни като Китай, Русия, Норвегия, Швеция и Бразилия имат богати скандиеви находища, докато други региони рядко ги имат.

Въпреки

Извличане и топене на скандий елемент

Скандалът е рядък метален елемент, а процесите му за добив и екстракция са доста сложни. По -долу е подробно въведение в процеса на добив и извличане на скандиев елемент:

1. Извличане на скандий: Скандалът не съществува в елементарната му форма в природата, но обикновено съществува в следи от руди. Основните скандиеви руди включват ванадиева скандийска руда, цирконова руда и руда иттриум. Съдържанието на скандий в тези руди е сравнително ниско.

Процесът на извличане на скандий обикновено включва следните стъпки:

a. Добив: Изкопаващи руди, съдържащи скандий.

б. Раздробяване и обработка на руда: Руди за смазване и обработка, за да отделят полезни руди от отпадъчните скали.

c. Флотация: Чрез процеса на флотация рудите, съдържащи скандий, са отделени от други примеси.

г. Разтваряне и редукция: Скандиевият хидроксид обикновено се разтваря и след това се намалява до метален скандий чрез редуциращ агент (обикновено алуминий).

E. Електролитична екстракция: Намаленият скандиум се извлича чрез електролитен процес за получаване на висока чистотаскандиев метал.

3. Рафиниране на скандий: Чрез множество процеси на разтваряне и кристализация чистотата на скандия може да бъде подобрена допълнително. Често срещан метод е да се разделят и кристализират скандиевите съединения чрез процеси на хлориране или карбониране, за да се получатскандий с висока чист.

Трябва да се отбележи, че поради недостига на скандий, процесите на извличане и рафиниране изискват изключително прецизно химическо инженерство и обикновено генерират значително количество отпадъци и странични продукти. Следователно, добивът и извличането на скандиев елемент е сложен и скъп проект, обикновено комбиниран с процеса на добив и извличане на други елементи за подобряване на икономическата ефективност.

Методи за откриване на скандий
1. Атомна абсорбционна спектрометрия (AAS): Атомната абсорбционна спектрометрия е често използван метод за количествен анализ, който използва спектри на абсорбция при специфични дължини на вълната, за да се определи концентрацията на скандий в проба. Той атмомизира пробата, която трябва да бъде тествана в пламък, и след това измерва интензитета на абсорбция на скандий в пробата чрез спектрометър. Този метод е подходящ за откриване на следи концентрации на скандий.
2. Индуктивно свързана плазмена оптична емисионна спектрометрия (ICP-OES): Индуктивно свързаната плазмена оптична емисионна спектрометрия е силно чувствителен и селективен аналитичен метод, който е широко използван при многоелементен анализ. Той атмомизира пробата и образува плазма и определя специфичната дължина на вълната и интензивността на емисиите на скандий в спектрометър.
3. Индуктивно свързана плазмена масспектрометрия (ICP-MS): Индуктивно свързаната плазмена масспектрометрия е силно чувствителен и аналитичен метод с висока разделителна способност, който може да се използва за определяне на коефициента на изотоп и анализ на проследяване на елементите. Той атмомизира пробата и образува плазма и определя съотношението на скандий в мас-спектрометър. 4. Рентгенова флуоресцентна спектрометрия (XRF): Рентгеновата флуоресцентна спектрометрия използва флуоресцентния спектър, генериран след като пробата се възбужда от рентгенови лъчи, за да анализира съдържанието на елементите. Той може бързо и неразрушително да определи съдържанието на скандий в пробата.
5. Спектрометрия с директно четене: Известна също като фотоелектрична спектрометрия на директно четене, това е аналитична техника, използвана за анализ на съдържанието на елементите в проба. Той използва високотемпературни електрически искри или дъги, за да изпари директно елементите в пробата от твърдото състояние и да излъчва характерни спектрални линии в възбудено състояние. Всеки елемент има уникална емисионна линия и неговата интензивност е пропорционална на съдържанието на елемента в пробата. Чрез измерване на интензивността на тези характерни спектрални линии може да се определи съдържанието на всеки елемент в пробата. Този метод се използва главно за анализ на състава на метали и сплави, особено в металургията, обработката на метали, науката за материалите и други области.

Тези методи се използват широко в лабораторията и промишлеността за количествения анализ и контрола на качеството на скандий. Изборът на подходящия метод зависи от фактори като тип проба, задължителна граница на откриване и точност на откриване.

Специфично приложение на метода на скандиев атомен абсорбция

При измерване на елементи атомната абсорбционна спектроскопия има висока точност и чувствителност, осигурявайки ефективно средство за изучаване на химичните свойства, състава на съединението и съдържанието на елементите.

След това ще използваме атомна абсорбционна спектроскопия за измерване на съдържанието на железен елемент.

Специфичните стъпки са следните:

Подгответе пробата, която ще бъде тествана. За да се приготви разтвор на пробата, която трябва да бъде измерена, обикновено е необходимо да се използва смесена киселина за храносмилане, за да се улесни последващите измервания.

Изберете подходящ атомен абсорбционен спектрометър. Изберете подходящ атомен абсорбционен спектрометър въз основа на свойствата на пробата, която ще бъде тествана, и обхвата на съдържанието на скандий, който ще бъде измерен. Регулирайте параметрите на атомния абсорбционен спектрометър. Регулирайте параметрите на атомния абсорбционен спектрометър, включително източника на светлина, пулверизатор, детектор и др. Въз основа на тествания елемент и модела на инструмента.

Измерете абсорбцията на скандиев елемент. Поставете пробата, която ще бъде тествана в пулверизатор и излъчвайте светлинното излъчване на специфична дължина на вълната през източник на светлина. Скандалният елемент, който ще бъде тестван, ще абсорбира това светлинно излъчване и ще претърпи преходи на енергийно ниво. Измерете абсорбцията на скандиев елемент чрез детектор.

Изчислете съдържанието на скандиев елемент. Изчислете съдържанието на скандиев елемент въз основа на абсорбцията и стандартната крива.

В действителната работа е необходимо да се изберат подходящи методи за измерване според специфичните нужди на сайта. Тези методи се използват широко при анализа и откриването на желязо в лаборатории и индустрии.
В края на нашето цялостно въведение в скандия се надяваме, че читателите могат да имат по -дълбоко разбиране и познаване на този прекрасен елемент. Скандалът, като важен елемент в периодичната таблица, не само играе ключова роля в областта на науката, но има и широк спектър от приложения в ежедневието и други области.
Изучавайки свойствата, употребите, процеса на откриване и прилагането на скандий в съвременната наука и технологии, можем да видим уникалния чар и потенциал на този елемент. От аерокосмическите материали до технологията на батерията, от нефтохимикали до медицинско оборудване, скандиумът играе ключова роля.
Разбира се, ние също трябва да осъзнаем, че докато скандиумът носи удобство в живота ни, той също има някои потенциални рискове. Следователно, макар че трябва да се наслаждаваме на предимствата на скандия, трябва също така да обърнем внимание на разумното използване и стандартизираното приложение, за да избегнем възможни проблеми. В бъдещото развитие на науката и технологиите очакваме скандиумът да играе своите уникални предимства в повече области и да донесе повече удобство и изненади в живота ни.