21 Scandium a'i ddulliau profi a ddefnyddir yn gyffredin
Croeso i'r byd hwn o elfennau llawn dirgelwch a swyn. Heddiw, byddwn yn archwilio elfen arbennig gyda'n gilydd -sgandiwm. Er efallai nad yw'r elfen hon yn gyffredin yn ein bywydau bob dydd, mae'n chwarae rhan bwysig mewn gwyddoniaeth a diwydiant.
Sgandiwm, yr elfen wych hon, mae gan lawer o eiddo anhygoel. Mae'n aelod o deulu'r elfen ddaear prin. Fel eraillelfennau prin y ddaear, mae strwythur atomig sgandiwm yn llawn dirgelwch. Y strwythurau atomig unigryw hyn sy'n gwneud i sgandiwm chwarae rhan anadferadwy mewn ffiseg, cemeg a gwyddor deunyddiau.
Mae darganfod sgandiwm yn llawn troeon trwstan a chaledi. Dechreuodd ym 1841, pan oedd y fferyllydd o Sweden LFNilson (1840 ~ 1899) yn gobeithio gwahanu elfennau eraill oddi wrth y rhai puredig.erbiumddaear wrth astudio metelau ysgafn. Ar ôl 13 gwaith o ddadelfennu rhannol nitradau, cafodd 3.5g o pur yn olafytterbiumddaear. Fodd bynnag, canfu nad oedd pwysau atomig yr ytterbium a gafodd yn cyfateb i bwysau atomig ytterbium a roddwyd gan Malinac o'r blaen. Sylweddolodd y Nelson llygadog 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 a fesurwyd i 167.46. Mae'r canlyniad hwn yn agos at bwysau atomig yttrium, felly enwodd Nelson ef yn "Sgandiwm".
Er bod Nelson wedi darganfod sgandiwm, ni ddenodd lawer o sylw gan y gymuned wyddonol oherwydd ei brinder a'i anhawster i wahanu. Nid tan ddiwedd y 19eg ganrif, pan ddaeth ymchwil ar elfennau daear prin yn duedd, y cafodd sgandiwm ei ailddarganfod a'i astudio.
Felly, gadewch inni gychwyn ar y daith hon o archwilio sgandiwm, i ddatgelu ei ddirgelwch ac i ddeall yr elfen hon sy'n ymddangos yn gyffredin ond mewn gwirionedd yn swynol.
Meysydd cais sgandium
Symbol sgandiwm yw Sc, a'i rif atomig yw 21. Metel trosiannol meddal, ariannaidd-gwyn yw'r elfen. Er nad yw sgandiwm 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 a gwrthiant cyrydiad yr aloi tra'n lleihau 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,aloi sgandiwmyn gallu gwella perfformiad offer chwaraeon, lleihau pwysau, a chynyddu gwydnwch y deunydd.
3. Diwydiant Goleuo:Scandium ïodidyn cael ei ddefnyddio fel llenwad mewn lampau xenon dwysedd 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 cael ei ddefnyddio 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 canfod mewn ymchwil wyddonol. Mewn arbrofion ffiseg niwclear a chyflymyddion gronynnau, defnyddir crisialau pefriol sgandium i ganfod ymbelydredd a gronynnau.
6. Cymwysiadau eraill: Mae Scandium hefyd yn cael ei ddefnyddio fel uwch-ddargludydd tymheredd uchel ac mewn rhai aloion arbennig i wella priodweddau'r aloi. Oherwydd perfformiad uwch sgandiwm 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 sgandiwm yn gyfyngedig ac yn gymharol ddrud oherwydd ei brinder cymharol, felly mae angen ystyried ei gost a'i ddewisiadau eraill yn ofalus wrth ei ddefnyddio.
Priodweddau Ffisegol Elfen Scandium
1. Adeiledd Atomig: Mae cnewyllyn sgandiwm 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 adeiledd atomig, cyfluniad electronau sgandiwm yw 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3c⁶ 3d¹ 4s².
2. Cyflwr Corfforol: Mae sgandiwm yn gadarn ar dymheredd ystafell ac mae ganddo olwg ariannaidd-gwyn. Gall ei gyflwr ffisegol newid yn dibynnu ar y newidiadau mewn tymheredd a phwysau.
3. Dwysedd: Mae dwysedd y sgandiwm 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 nodi bod ganddo bwynt toddi cymharol uchel. 5. Berwbwynt: Mae gan Scandium bwynt berwi o tua 2836 gradd Celsius (5137 gradd Fahrenheit), sy'n golygu bod angen tymheredd uchel arno i anweddu.
6. Dargludedd Trydanol: Mae Scandium yn ddargludydd trydan da, gyda dargludedd trydanol rhesymol. Er nad yw cystal â deunyddiau dargludol cyffredin fel copr neu alwminiwm, mae'n dal i fod yn ddefnyddiol mewn rhai cymwysiadau arbennig, megis celloedd electrolytig a chymwysiadau awyrofod.
7. Dargludedd Thermol: Mae gan Scandium ddargludedd thermol cymharol uchel, gan ei wneud yn ddargludydd thermol da ar dymheredd uchel. Mae hyn yn ddefnyddiol mewn rhai cymwysiadau tymheredd uchel.
8. Strwythur Grisial: Mae gan Scandium strwythur grisial llawn hecsagonol, sy'n golygu bod ei atomau wedi'u pacio'n hecsagonau yn y grisial.
9. Magnetedd: Mae sgandiwm yn diamagnetig ar dymheredd ystafell, sy'n golygu nad yw meysydd magnetig yn ei ddenu na'i wrthyrru. Mae ei ymddygiad magnetig yn gysylltiedig â'i strwythur electronig.
10. Ymbelydredd: Nid yw pob isotop sefydlog o sgandiwm yn ymbelydrol, felly mae'n elfen nad yw'n ymbelydrol.
Mae scandium yn fetel cymharol ysgafn, pwynt toddi uchel gyda nifer o gymwysiadau 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 yn unigryw o ddefnyddiol mewn sawl maes.
Priodweddau cemegol sgandiwm
Elfen fetel trosiannol yw sgandiwm.
1. Strwythur atomig: Mae strwythur atomig Scandium yn cynnwys 21 proton ac fel arfer tua 20 niwtron. Ei ffurfweddiad electronau yw 1s² 2s² 2c⁶ 3s² 3c⁶ 3d¹ 4s², sy'n dangos bod ganddo un orbital d heb ei lenwi.
2. Symbol cemegol a rhif atomig: Sc yw symbol cemegol Scandium, a'i rif atomig yw 21.
3. Electronegatifedd: Mae gan sgandiwm 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. Cyflwr ocsidiad: Mae sgandiwm fel arfer yn bodoli yn y cyflwr ocsidiad +3, sy'n golygu ei fod 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 Scandium yn bennaf yn ffurfio cyfansoddion gydag elfennau megis ocsigen, sylffwr, nitrogen, a hydrogen. Mae rhai cyfansoddion sgandiwm cyffredin yn cynnwyssgandiwm ocsid (Sc2O3) a halidau scandium (felsgandium clorid, ScCl3).
6. Adweithedd: Mae scandium yn fetel cymharol adweithiol, ond mae'n ocsideiddio'n gyflym mewn aer, gan ffurfio ffilm ocsid o sgandiwm ocsid, sy'n atal adweithiau ocsideiddio pellach. Mae hyn hefyd yn gwneud sgandiwm yn gymharol sefydlog ac mae ganddo rywfaint o wrthwynebiad cyrydiad.
7. Hydoddedd: Mae sgandiwm yn hydoddi'n araf yn y rhan fwyaf o asidau, ond yn hydoddi'n haws o dan amodau alcalïaidd. Mae'n anhydawdd mewn dŵr oherwydd bod ei ffilm ocsid yn atal adweithiau pellach â moleciwlau dŵr.
8. Priodweddau cemegol tebyg i lanthanid: Mae priodweddau cemegol Scandium yn debyg i rai'r gyfres lanthanid (lanthanum, gadoliniwm, neodymium, ac ati), felly weithiau caiff ei ddosbarthu fel elfen tebyg 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, a dim ond rhai ohonynt sy'n sefydlog. Yr isotop mwyaf sefydlog yw Sc-45, sydd â hanner oes hir ac nid yw'n ymbelydrol.
Mae sgandiwm 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 sgandiwm yn elfen gyffredin mewn natur. Felly, nid oes ganddo unrhyw 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 hanfodol ar gyfer bywyd, nid oes gan unrhyw organebau y gwyddys amdanynt angen biolegol na defnydd ar gyfer sgandiwm.
Mae effaith sgandiwm ar organebau yn ymwneud 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, gall achosi amlygiad peryglus i ymbelydredd. Mae'r sefyllfa hon fel arfer yn digwydd mewn sefyllfaoedd penodol megis ymchwil gwyddoniaeth niwclear, radiotherapi neu ddamweiniau niwclear.
Nid yw sgandiwm yn rhyngweithio'n fuddiol ag organebau ac mae perygl ymbelydredd. Felly, nid yw'n elfen bwysig mewn organebau.
Elfen gemegol gymharol brin yw sgandiwm, ac mae ei ddosbarthiad mewn natur yn gymharol gyfyngedig. Dyma gyflwyniad manwl i ddosbarthiad sgandiwm ei natur:
1. Cynnwys mewn natur: Mae sgandiwm 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 sgandium yn un o'r elfennau prinnach yng nghramen y Ddaear.
2. Darganfod mwynau: Er gwaethaf ei gynnwys cyfyngedig, gellir dod o hyd i sgandiwm mewn mwynau penodol, yn bennaf ar ffurf ocsidau neu silicadau. Mae rhai mwynau sy'n cynnwys scandium yn cynnwys scandianit a dolomit.
3. Echdynnu sgandiwm: Oherwydd ei ddosbarthiad cyfyngedig mewn natur, mae'n gymharol anodd echdynnu sgandiwm pur. Fel arfer, ceir sgandiwm fel sgil-gynnyrch o'r broses mwyndoddi alwminiwm, gan ei fod yn digwydd gydag alwminiwm mewn bocsit.
4. Dosbarthiad daearyddol: Mae Scandium yn cael ei ddosbarthu'n fyd-eang, ond nid yn gyfartal. Mae gan rai gwledydd fel Tsieina, Rwsia, Norwy, Sweden a Brasil ddyddodion sgandiwm cyfoethog, tra bod rhanbarthau eraill yn anaml yn eu cael.
Er bod gan sgandiwm ddosbarthiad cyfyngedig mewn natur, mae'n chwarae rhan bwysig mewn rhai cymwysiadau uwch-dechnoleg a diwydiannol, felly mae ei
Echdynnu a Mwyndoddi Elfen Scandium
Elfen fetel brin yw sgandiwm, ac mae ei brosesau mwyngloddio ac echdynnu yn eithaf cymhleth. Mae'r canlynol yn gyflwyniad manwl i broses gloddio ac echdynnu elfen sgandiwm:
1. Echdynnu sgandiwm: Nid yw sgandiwm yn bodoli yn ei ffurf elfennol mewn natur, ond fel arfer mae'n bodoli mewn symiau hybrin mewn mwynau. Mae'r prif fwynau sgandiwm yn cynnwys mwyn scandium 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: cloddio mwynau sy'n cynnwys sgandiwm.
b. Malu a phrosesu mwyn: Malu a phrosesu mwynau i wahanu mwynau defnyddiol oddi wrth greigiau gwastraff.
c. Arnofio: Trwy'r broses arnofio, mae mwynau sy'n cynnwys sgandiwm yn cael eu gwahanu oddi wrth amhureddau eraill.
d. Diddymu a Lleihau: Mae scandium hydrocsid fel arfer yn cael ei ddiddymu ac yna'n cael ei leihau i sgandiwm metelaidd gan asiant lleihau (alwminiwm fel arfer).
e. Echdynnu electrolytig: Mae'r sgandiwm llai yn cael ei dynnu trwy broses electrolytig i gael purdeb uchelsgandiwm metel.
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'w caelsgandiwm purdeb uchel.
Dylid nodi, oherwydd prinder sgandiwm, bod angen peirianneg gemegol fanwl iawn ar y prosesau echdynnu a mireinio, ac yn nodweddiadol maent yn cynhyrchu llawer iawn o wastraff ac sgil-gynhyrchion. Felly, mae mwyngloddio ac echdynnu elfen sgandiwm yn brosiect cymhleth a drud, fel arfer wedi'i gyfuno â phroses mwyngloddio 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 atomizes y sampl i'w brofi mewn fflam, ac yna'n mesur dwyster amsugno sgandiwm yn y sampl trwy sbectromedr. Mae'r dull hwn yn addas ar gyfer canfod crynodiadau hybrin 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 hynod sensitif a dethol a ddefnyddir yn helaeth mewn dadansoddiad aml-elfen. Mae'n atomizes y sampl ac yn ffurfio plasma, ac yn pennu tonfedd penodol a dwyster 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 dadansoddi elfennau hybrin. Mae'n atomizes y sampl ac yn ffurfio plasma, ac yn pennu cymhareb màs-i-wefr sgandiwm mewn sbectromedr màs. 4. Sbectrometreg fflworoleuedd pelydr-X (XRF): Mae sbectrometreg fflworoleuedd pelydr-X yn defnyddio'r sbectrwm fflworoleuedd 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 annistrywiol.
5. Sbectrometreg darllen uniongyrchol: Fe'i gelwir hefyd yn sbectrometreg darllen uniongyrchol ffotodrydanol, mae'n dechneg ddadansoddol a ddefnyddir i ddadansoddi cynnwys elfennau mewn sbectrometreg darllen sampl.Direct yn seiliedig ar egwyddor sbectrometreg allyriadau atomig. Mae'n defnyddio gwreichion trydan tymheredd uchel neu arcau i anweddu'n uniongyrchol yr elfennau yn y sampl o'r cyflwr solet 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, gwyddor deunyddiau a meysydd eraill.
Defnyddir y dulliau hyn yn eang yn y labordy a diwydiant ar gyfer dadansoddi meintiol a rheoli ansawdd sgandiwm. Mae dewis y dull priodol yn dibynnu ar ffactorau megis math o sampl, terfyn canfod gofynnol a chywirdeb canfod.
Cymhwysiad penodol o ddull amsugno atomig sgandium
Wrth fesur elfennau, mae gan sbectrosgopeg amsugno atomig gywirdeb a sensitifrwydd uchel, gan ddarparu modd 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 brofi. Er mwyn paratoi hydoddiant o'r sampl i'w fesur, yn gyffredinol mae angen defnyddio asid cymysg i'w dreulio er mwyn hwyluso mesuriadau dilynol.
Dewiswch sbectromedr amsugno atomig addas. Dewiswch sbectromedr amsugno atomig addas yn seiliedig ar briodweddau'r sampl i'w brofi 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'r model offeryn a brofwyd.
Mesur amsugnedd yr elfen sgandiwm. Rhowch y sampl i'w brofi mewn atomizer ac allyrru pelydriad golau o donfedd benodol trwy ffynhonnell golau. Bydd yr elfen sgandiwm sydd i'w phrofi yn amsugno'r ymbelydredd golau hwn ac yn cael trawsnewidiadau lefel egni. Mesur amsugnedd yr elfen sgandiwm trwy synhwyrydd.
Cyfrifwch gynnwys 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 safle. Defnyddir y dulliau hyn yn helaeth wrth ddadansoddi a chanfod haearn mewn labordai a diwydiannau.
Ar ddiwedd ein cyflwyniad cynhwysfawr i sgandiwm, rydym yn gobeithio y gall darllenwyr gael dealltwriaeth a gwybodaeth ddyfnach o'r elfen wych hon. Mae sgandium, 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 sgandiwm yn chwarae rhan allweddol.
Wrth gwrs, mae angen inni sylweddoli hefyd, er bod sgandiwm yn dod â chyfleustra i'n bywydau, mae ganddo hefyd rai risgiau posibl. Felly, er bod angen i ni fwynhau manteision sgandium, rhaid inni hefyd roi sylw i ddefnydd rhesymol a chymhwysiad safonol er mwyn osgoi problemau posibl. Mae Scandium yn elfen deilwng o'n hastudiaeth a'n dealltwriaeth fanwl. Yn natblygiad gwyddoniaeth a thechnoleg yn y dyfodol, disgwyliwn i sgandiwm chwarae ei fanteision unigryw mewn mwy o feysydd a dod â mwy o gyfleustra a syndod i'n bywydau.
Amser postio: Tachwedd-14-2024