Beth yw Scandium a'i ddulliau profi a ddefnyddir yn gyffredin

21 Scandium a'i ddulliau profi a ddefnyddir yn gyffredin

Croeso i'r byd hwn o elfennau sy'n llawn dirgelwch a swyn. Heddiw, byddwn yn archwilio elfen arbennig gyda'n gilydd -sgandiwm. Er efallai na fydd yr elfen hon yn gyffredin yn ein bywydau beunyddiol, mae'n chwarae rhan bwysig mewn gwyddoniaeth a diwydiant.

Sgandiwm, mae gan yr elfen ryfeddol hon lawer o eiddo anhygoel. Mae'n aelod o deulu prin yr elfen Ddaear. Fel arallElfennau daear prin, mae strwythur atomig sgandiwm yn llawn dirgelwch. Y strwythurau atomig unigryw hyn sy'n gwneud i Scandium chwarae rhan anadferadwy mewn ffiseg, cemeg a gwyddoniaeth deunyddiau.

Mae darganfod Scandium yn llawn troeon trwstan a chaledi. Dechreuodd ym 1841, pan oedd y Cemegydd Sweden Lfnilson (1840 ~ 1899) yn gobeithio gwahanu elfennau eraill oddi wrth y puroerbiwmDaear wrth astudio metelau ysgafn. Ar ôl 13 gwaith o ddadelfennu rhannol nitradau, cafodd 3.5g o bur o'r diweddytterbiumdaear. Fodd bynnag, gwelodd nad oedd pwysau atomig yr ytterbium a gafodd yn cyfateb i bwysau atomig ytterbium a roddwyd gan Malinac o'r blaen. Sylweddolodd y Nelson llygaid miniog y gallai fod rhywfaint o elfen ysgafn ynddo. Felly parhaodd i brosesu'r ytterbium a gafodd gyda'r un broses. Yn olaf, pan mai dim ond un rhan o ddeg o'r sampl oedd ar ôl, gostyngodd y pwysau atomig wedi'i fesur i 167.46. Mae'r canlyniad hwn yn agos at bwysau atomig yttrium, felly enwodd Nelson ef yn "Scandium".

Er bod Nelson wedi darganfod Scandium, ni ddenodd lawer o sylw gan y gymuned wyddonol oherwydd ei phrinder a'i anhawster wrth wahanu. Nid tan ddiwedd y 19eg ganrif, pan ddaeth ymchwil ar elfennau daear prin yn duedd, y cafodd Scandium ei ailddarganfod a'i astudio.

Felly, gadewch inni gychwyn ar y siwrnai hon o archwilio Scandium, i ddatgelu ei ddirgelwch ac i ddeall yr elfen hon sy'n ymddangos yn gyffredin ond swynol mewn gwirionedd.

Meysydd cais sgandiwm
Symbol Scandium yw SC, a'i rif atomig yw 21. Mae'r elfen yn fetel pontio meddal, ariannaidd-gwyn. Er nad yw Scandium yn elfen gyffredin yng nghramen y Ddaear, mae ganddo lawer o feysydd cymhwyso pwysig, yn bennaf yn yr agweddau canlynol:

1. Diwydiant Awyrofod: Mae alwminiwm Scandium yn aloi ysgafn, cryfder uchel a ddefnyddir mewn strwythurau awyrennau, rhannau injan, a gweithgynhyrchu taflegrau yn y diwydiant awyrofod. Gall ychwanegu sgandiwm wella cryfder ac ymwrthedd cyrydiad yr aloi wrth leihau dwysedd yr aloi, gan wneud offer awyrofod yn ysgafnach ac yn fwy gwydn.
2. Beiciau ac Offer Chwaraeon:Scandium alwminiwmyn cael ei ddefnyddio hefyd i wneud beiciau, clybiau golff, ac offer chwaraeon eraill. Oherwydd ei gryfder a'i ysgafnder rhagorol,sgandiwm aloiyn gallu gwella perfformiad offer chwaraeon, lleihau pwysau, a chynyddu gwydnwch y deunydd.
3. Diwydiant Goleuadau:Scandium ïodidyn cael ei ddefnyddio fel llenwad mewn lampau xenon dwyster uchel. Defnyddir bylbiau o'r fath mewn ffotograffiaeth, gwneud ffilmiau, goleuadau llwyfan ac offer meddygol oherwydd bod eu nodweddion sbectrol yn agos iawn at olau haul naturiol.
4. Celloedd Tanwydd:Scandium alwminiwmhefyd yn canfod cymhwysiad mewn celloedd tanwydd ocsid solet (SOFCs). Yn y batris hyn,aloi sgandiwm-alwminiwmyn cael ei ddefnyddio fel deunydd anod, sydd â dargludedd a sefydlogrwydd uchel, gan helpu i wella effeithlonrwydd a pherfformiad celloedd tanwydd.
5. Ymchwil Wyddonol: Defnyddir Scandium fel deunydd synhwyrydd mewn ymchwil wyddonol. Mewn arbrofion ffiseg niwclear a chyflymyddion gronynnau, defnyddir crisialau scintillation sgandiwm i ganfod ymbelydredd a gronynnau.
6. Cymwysiadau eraill: Defnyddir Scandium hefyd fel uwch-ddargludydd tymheredd uchel ac mewn rhai aloion arbennig i wella priodweddau'r aloi. Oherwydd perfformiad uwch Scandium yn y broses anodizing, fe'i defnyddir hefyd wrth gynhyrchu deunyddiau electrod ar gyfer batris lithiwm a dyfeisiau electronig eraill.

Mae'n bwysig nodi, er gwaethaf ei nifer o gymwysiadau, bod cynhyrchiad a defnydd Scandium yn gyfyngedig ac yn gymharol ddrud oherwydd ei brinder cymharol, felly mae angen ystyried ei gost a'i ddewisiadau amgen yn ofalus wrth ei ddefnyddio.

Priodweddau Ffisegol Elfen Scandium

1. Strwythur atomig: Mae cnewyllyn Scandium yn cynnwys 21 proton ac fel arfer mae'n cynnwys 20 niwtron. Felly, mae ei bwysau atomig safonol (màs atomig cymharol) tua 44.955908. O ran strwythur atomig, cyfluniad electron Scandium yw 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S².
2. Cyflwr corfforol: Mae Scandium yn solet ar dymheredd yr ystafell ac mae ganddo ymddangosiad ariannaidd-gwyn. Gall ei gyflwr corfforol newid yn dibynnu ar y newidiadau mewn tymheredd a phwysau.
3. Dwysedd: Mae dwysedd Scandium tua 2.989 g/cm3. Mae'r dwysedd cymharol isel hwn yn ei gwneud yn fetel ysgafn.
4. Pwynt toddi: Mae pwynt toddi sgandiwm tua 1541 gradd Celsius (2806 gradd Fahrenheit), sy'n dangos bod ganddo bwynt toddi cymharol uchel. 5. Berwi: Mae gan Scandium ferwbwynt o tua 2836 gradd Celsius (5137 gradd Fahrenheit), sy'n golygu bod angen tymereddau uchel arno i anweddu.
6. Dargludedd trydanol: Mae sgandiwm yn ddargludydd trydan da, gyda dargludedd trydanol rhesymol. Er nad yw cystal â deunyddiau dargludol cyffredin fel copr neu alwminiwm, mae'n dal yn ddefnyddiol mewn rhai cymwysiadau arbennig, megis celloedd electrolytig a chymwysiadau awyrofod.
7. Dargludedd Thermol: Mae gan Scandium ddargludedd thermol cymharol uchel, sy'n golygu ei fod yn ddargludydd thermol da ar dymheredd uchel. Mae hyn yn ddefnyddiol mewn rhai cymwysiadau tymheredd uchel.
8. Strwythur grisial: Mae gan Scandium strwythur grisial hecsagonol agos, sy'n golygu bod ei atomau wedi'u pacio i mewn i hecsagonau wedi'u pacio yn agos yn y grisial.
9. Magnetedd: Mae Scandium yn ddiamagnetig ar dymheredd yr ystafell, sy'n golygu nad yw'n cael ei ddenu na'i wrthyrru gan feysydd magnetig. Mae ei ymddygiad magnetig yn gysylltiedig â'i strwythur electronig.
10. Ymbelydredd: Nid yw holl isotopau sefydlog Scandium yn ymbelydrol, felly mae'n elfen nad yw'n radioactif.

Mae Scandium yn fetel pwynt-toddi cymharol ysgafn gyda sawl cymhwysiad arbennig, yn enwedig yn y diwydiant awyrofod a gwyddoniaeth deunyddiau. Er nad yw i'w gael yn gyffredin ym myd natur, mae ei briodweddau ffisegol yn ei gwneud hi'n unigryw ddefnyddiol mewn sawl maes.

Priodweddau cemegol sgandiwm

Mae Scandium yn elfen metel pontio.
1. Strwythur atomig: Mae strwythur atomig Scandium yn cynnwys 21 proton ac fel arfer tua 20 niwtron. Ei gyfluniad electron yw 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S², gan nodi bod ganddo un orbital D heb ei lenwi.
2. Symbol Cemegol a Rhif Atomig: Symbol Cemegol Scandium yw SC, a'i rif atomig yw 21.
3. Electronegatifedd: Mae gan Scandium electronegatifedd cymharol isel o tua 1.36 (yn ôl electronegatifedd Paul). Mae hyn yn golygu ei fod yn tueddu i golli electronau i ffurfio ïonau positif.
4. Gwladwriaeth ocsideiddio: Mae sgandiwm fel arfer yn bodoli yn y wladwriaeth ocsideiddio +3, sy'n golygu ei bod wedi colli tri electron i ffurfio'r ïon sc³⁺. Dyma ei gyflwr ocsideiddio mwyaf cyffredin. Er bod SC²⁺ a SC⁴⁺ hefyd yn bosibl, maent yn llai sefydlog ac yn llai cyffredin.
5. Cyfansoddion: Mae sgandiwm yn ffurfio cyfansoddion yn bennaf ag elfennau fel ocsigen, sylffwr, nitrogen a hydrogen. Mae rhai cyfansoddion sgandiwm cyffredin yn cynnwysScandium ocsid (Sc2o3) a sgandiwm halidau (felScandium clorid, SCCL3).
6. Adweithedd: Mae sgandiwm yn fetel cymharol adweithiol, ond mae'n ocsideiddio'n gyflym mewn aer, gan ffurfio ffilm ocsid o sgandiwm ocsid, sy'n atal adweithiau ocsidiad pellach. Mae hyn hefyd yn gwneud sgandiwm yn gymharol sefydlog ac mae ganddo rywfaint o wrthwynebiad cyrydiad.
7. Hydoddedd: Mae Scandium yn hydoddi'n araf yn y mwyafrif o asidau, ond yn hydoddi'n haws o dan amodau alcalïaidd. Mae'n anhydawdd mewn dŵr oherwydd bod ei ffilm ocsid yn atal ymatebion pellach gyda moleciwlau dŵr.

8. Priodweddau cemegol tebyg i lanthanide: Mae priodweddau cemegol Scandium yn debyg i eiddo'r gyfres lanthanide (lanthanwm, gadolinium, neodymiwm, ac ati), felly fe'i dosbarthir weithiau fel elfen debyg i lanthanid. Adlewyrchir y tebygrwydd hwn yn bennaf yn y radiws ïonig, priodweddau cyfansawdd a rhywfaint o adweithedd.
9. Isotopau: Mae gan Scandium isotopau lluosog, dim ond rhai ohonynt sy'n sefydlog. Yr isotop mwyaf sefydlog yw SC-45, sydd â hanner oes hir ac nad yw'n ymbelydrol.

Mae Scandium yn elfen gymharol brin, ond oherwydd rhai o'i briodweddau cemegol a ffisegol unigryw, mae'n chwarae rhan bwysig mewn sawl maes cais, yn enwedig yn y diwydiant awyrofod, gwyddoniaeth deunyddiau a rhai cymwysiadau uwch-dechnoleg.

Priodweddau biolegol sgandiwm

Nid yw Scandium yn elfen gyffredin ei natur. Felly, nid oes ganddo briodweddau biolegol mewn organebau. Mae priodweddau biolegol fel arfer yn cynnwys gweithgaredd biolegol, amsugno biolegol, metaboledd ac effeithiau elfennau ar organebau byw. Gan nad yw sgandiwm yn elfen sy'n hanfodol ar gyfer bywyd, nid oes angen na defnydd biolegol ar gyfer sgandiwm ar unrhyw organebau hysbys.
Mae effaith sgandiwm ar organebau yn gysylltiedig yn bennaf â'i ymbelydredd. Mae rhai isotopau sgandiwm yn ymbelydrol, felly os yw'r corff dynol neu organebau eraill yn agored i sgandiwm ymbelydrol, gallai achosi amlygiad i ymbelydredd peryglus. Mae'r sefyllfa hon fel arfer yn digwydd mewn sefyllfaoedd penodol fel ymchwil gwyddoniaeth niwclear, radiotherapi neu ddamweiniau niwclear.
Nid yw Scandium yn rhyngweithio'n fuddiol ag organebau ac mae perygl ymbelydredd. Felly, nid yw'n elfen bwysig mewn organebau.

Mae Scandium yn elfen gemegol gymharol brin, ac mae ei dosbarthiad ei natur yn gymharol gyfyngedig. Dyma gyflwyniad manwl i ddosbarthiad sgandiwm ei natur:

1. Cynnwys yn Natur: Mae Scandium yn bodoli mewn symiau cymharol fach yng nghramen y Ddaear. Mae'r cynnwys cyfartalog yng nghramen y Ddaear tua 0.0026 mg/kg (neu 2.6 rhan y filiwn). Mae hyn yn gwneud Scandium yn un o'r elfennau prinnach yng nghramen y Ddaear.

2. Darganfyddiad mewn Mwynau: Er gwaethaf ei gynnwys cyfyngedig, gellir dod o hyd i Scandium mewn rhai mwynau, yn bennaf ar ffurf ocsidau neu silicadau. Mae rhai mwynau sy'n cynnwys Scandium yn cynnwys Scandianite a Dolomite.

3. Echdynnu sgandiwm: Oherwydd ei ddosbarthiad cyfyngedig ym myd natur, mae'n gymharol anodd tynnu sgandiwm pur. Fel arfer, ceir scandium fel sgil -gynnyrch y broses mwyndoddi alwminiwm, gan ei fod yn digwydd gydag alwminiwm mewn bocsit.

4. Dosbarthiad Daearyddol: Dosberthir Scandium yn fyd -eang, ond nid yn gyfartal. Mae gan rai gwledydd fel China, Rwsia, Norwy, Sweden a Brasil ddyddodion sgandiwm cyfoethog, tra mai anaml y mae rhanbarthau eraill yn eu cael.

Er bod gan Scandium ddosbarthiad cyfyngedig ei natur, mae'n chwarae rhan bwysig mewn rhai cymwysiadau uwch-dechnoleg a diwydiannol, felly ei

Echdynnu a mwyndoddi elfen sgandiwm

Mae Scandium yn elfen fetel prin, ac mae ei brosesau mwyngloddio ac echdynnu yn eithaf cymhleth. Mae'r canlynol yn gyflwyniad manwl i broses fwyngloddio ac echdynnu elfen Scandium:

1. Echdynnu Scandium: Nid yw Scandium yn bodoli yn ei ffurf elfenol ei natur, ond fel rheol mae'n bodoli mewn symiau olrhain mewn mwynau. Mae'r prif fwynau sgandiwm yn cynnwys mwyn sgandiwm vanadium, mwyn zircon, a mwyn yttrium. Mae'r cynnwys sgandiwm yn y mwynau hyn yn gymharol isel.

Mae'r broses o echdynnu sgandiwm fel arfer yn cynnwys y camau canlynol:

a. Mwyngloddio: mwynau cloddio sy'n cynnwys sgandiwm.

b. Malwch a phrosesu mwyn: malu a phrosesu mwynau i wahanu mwynau defnyddiol oddi wrth greigiau gwastraff.

c. Flotation: Trwy'r broses arnofio, mae mwynau sy'n cynnwys sgandiwm yn cael eu gwahanu oddi wrth amhureddau eraill.

d. Diddymu a lleihau: Mae sgandiwm hydrocsid fel arfer yn cael ei doddi ac yna'n cael ei leihau i sgandiwm metelaidd gan asiant sy'n lleihau (alwminiwm fel arfer).

e. Echdynnu electrolytig: Mae'r scandiwm is yn cael ei dynnu trwy broses electrolytig i gael purdeb uchelMetel Scandium.

3. Mireinio Sgandiwm: Trwy brosesau diddymu a chrisialu lluosog, gellir gwella purdeb sgandiwm ymhellach. Dull cyffredin yw gwahanu a chrisialu cyfansoddion sgandiwm trwy brosesau clorineiddio neu garboniad i gaelScandiwm purdeb uchel.

Dylid nodi, oherwydd prinder sgandiwm, bod angen peirianneg gemegol iawn ar gyfer y prosesau echdynnu a mireinio, ac yn nodweddiadol maent yn cynhyrchu cryn dipyn o wastraff a sgil-gynhyrchion. Felly, mae mwyngloddio ac echdynnu elfen sgandiwm yn brosiect cymhleth a drud, fel arfer wedi'i gyfuno â phroses fwyngloddio ac echdynnu elfennau eraill i wella effeithlonrwydd economaidd.

Dulliau Canfod Sgandiwm
1. Sbectrometreg amsugno atomig (AAS): Mae sbectrometreg amsugno atomig yn ddull dadansoddi meintiol a ddefnyddir yn gyffredin sy'n defnyddio sbectra amsugno ar donfeddi penodol i bennu crynodiad sgandiwm mewn sampl. Mae'n atomeiddio'r sampl sydd i'w phrofi mewn fflam, ac yna'n mesur dwyster amsugno sgandiwm yn y sampl trwy sbectromedr. Mae'r dull hwn yn addas ar gyfer canfod crynodiadau olrhain o sgandiwm.
2. Sbectrometreg allyriadau optegol plasma wedi'i gyplysu'n anwythol (ICP-OES): Mae sbectrometreg allyriadau optegol plasma wedi'i gyplysu'n anwythol yn ddull dadansoddol sensitif a dethol iawn a ddefnyddir yn helaeth mewn dadansoddiad aml-elfen. Mae'n atomeiddio'r sampl ac yn ffurfio plasma, ac yn pennu tonfedd a dwyster penodol allyriadau sgandiwm mewn sbectromedr.
3. Sbectrometreg màs plasma wedi'i gyplysu'n anwythol (ICP-MS): Mae sbectrometreg màs plasma wedi'i gyplysu'n anwythol yn ddull dadansoddol hynod sensitif a chydraniad uchel y gellir ei ddefnyddio ar gyfer pennu cymhareb isotop a dadansoddiad elfen olrhain. Mae'n atomeiddio'r sampl ac yn ffurfio plasma, ac yn pennu'r gymhareb màs-i-wefr sgandiwm mewn sbectromedr màs. 4. Sbectrometreg fflwroleuedd pelydr-X (XRF): Mae sbectrometreg fflwroleuedd pelydr-X yn defnyddio'r sbectrwm fflwroleuedd a gynhyrchir ar ôl i'r sampl gael ei gyffroi gan belydrau-X i ddadansoddi cynnwys elfennau. Gall bennu cynnwys sgandiwm yn y sampl yn gyflym ac yn ddinistriol.
5. Sbectrometreg Darllen Uniongyrchol: Fe'i gelwir hefyd yn sbectrometreg darllen uniongyrchol ffotodrydanol, mae'n dechneg ddadansoddol a ddefnyddir i ddadansoddi cynnwys elfennau mewn sampl. Mae sbectrometreg darllen cyfeiriadol yn seiliedig ar egwyddor sbectrometreg allyriadau atomig. Mae'n defnyddio gwreichion neu arcs trydan tymheredd uchel i anweddu'r elfennau yn y sampl o'r cyflwr solid yn uniongyrchol ac allyrru llinellau sbectrol nodweddiadol yn y cyflwr cynhyrfus. Mae gan bob elfen linell allyriadau unigryw, ac mae ei dwyster yn gymesur â chynnwys yr elfen yn y sampl. Trwy fesur dwyster y llinellau sbectrol nodweddiadol hyn, gellir pennu cynnwys pob elfen yn y sampl. Defnyddir y dull hwn yn bennaf ar gyfer dadansoddi cyfansoddiad metelau ac aloion, yn enwedig mewn meteleg, prosesu metel, gwyddoniaeth deunyddiau a meysydd eraill.

Defnyddir y dulliau hyn yn helaeth yn y labordy a'r diwydiant ar gyfer dadansoddi meintiol a rheoli ansawdd sgandiwm. Mae dewis y dull priodol yn dibynnu ar ffactorau fel math o sampl, terfyn canfod gofynnol a chywirdeb canfod.

Cymhwyso Dull Amsugno Atomig Scandium yn benodol

Wrth fesur elfennau, mae gan sbectrosgopeg amsugno atomig gywirdeb a sensitifrwydd uchel, gan ddarparu ffordd effeithiol ar gyfer astudio priodweddau cemegol, cyfansoddiad cyfansawdd a chynnwys elfennau.

Nesaf, byddwn yn defnyddio sbectrosgopeg amsugno atomig i fesur cynnwys yr elfen haearn.

Mae'r camau penodol fel a ganlyn:

Paratowch y sampl i'w phrofi. Er mwyn paratoi toddiant o'r sampl i'w fesur, yn gyffredinol mae angen defnyddio asid cymysg ar gyfer treuliad er mwyn hwyluso mesuriadau dilynol.

Dewiswch sbectromedr amsugno atomig addas. Dewiswch sbectromedr amsugno atomig addas yn seiliedig ar briodweddau'r sampl i'w phrofi a'r ystod o gynnwys sgandiwm i'w fesur. Addaswch baramedrau'r sbectromedr amsugno atomig. Addaswch baramedrau'r sbectromedr amsugno atomig, gan gynnwys y ffynhonnell golau, atomizer, synhwyrydd, ac ati, yn seiliedig ar yr elfen a brofwyd ac model offeryn.

Mesur amsugnedd yr elfen sgandiwm. Rhowch y sampl i'w phrofi mewn atomizer ac allyrru ymbelydredd golau tonfedd benodol trwy ffynhonnell golau. Bydd yr elfen sgandiwm i'w phrofi yn amsugno'r ymbelydredd ysgafn hwn ac yn cael trawsnewidiadau ar lefel egni. Mesur amsugnedd yr elfen sgandiwm trwy synhwyrydd.

Cyfrifwch gynnwys yr elfen sgandiwm. Cyfrifwch gynnwys elfen sgandiwm yn seiliedig ar amsugnedd a chromlin safonol.

Mewn gwaith gwirioneddol, mae angen dewis dulliau mesur priodol yn unol ag anghenion penodol y wefan. Defnyddir y dulliau hyn yn helaeth wrth ddadansoddi a chanfod haearn mewn labordai a diwydiannau.
Ar ddiwedd ein cyflwyniad cynhwysfawr i Scandium, gobeithiwn y gall darllenwyr gael dealltwriaeth a gwybodaeth ddyfnach o'r elfen ryfeddol hon. Mae Scandium, fel elfen bwysig yn y tabl cyfnodol, nid yn unig yn chwarae rhan allweddol ym maes gwyddoniaeth, ond mae ganddo hefyd ystod eang o gymwysiadau ym mywyd beunyddiol a meysydd eraill.
Trwy astudio priodweddau, defnyddiau, proses ddarganfod a chymhwyso sgandiwm mewn gwyddoniaeth a thechnoleg fodern, gallwn weld swyn a photensial unigryw'r elfen hon. O ddeunyddiau awyrofod i dechnoleg batri, o betrocemegion i offer meddygol, mae Scandium yn chwarae rhan allweddol.
Wrth gwrs, mae angen i ni sylweddoli hefyd, er bod Scandium yn dod â chyfleustra i'n bywydau, mae ganddo hefyd rai risgiau posib. Felly, er bod angen i ni fwynhau buddion Scandium, mae'n rhaid i ni hefyd roi sylw i ddefnydd rhesymol a chymhwyso safonedig er mwyn osgoi problemau posibl. Mae Scandium yn elfen sy'n deilwng o'n hastudiaeth a'n dealltwriaeth fanwl. Yn natblygiad gwyddoniaeth a thechnoleg yn y dyfodol, rydym yn disgwyl i Scandium chwarae ei fanteision unigryw mewn mwy o feysydd a dod â mwy o gyfleustra a syrpréis i'n bywydau.