Apa itu skandium dan metode pengujian yang umum digunakan

21 Skandium dan metode pengujian yang umum digunakan

Selamat datang di dunia penuh elemen yang penuh misteri dan pesona. Hari ini, kita akan mengeksplorasi elemen khusus bersama-sama -skandium. Meskipun elemen ini mungkin tidak umum dalam kehidupan kita sehari-hari, namun elemen ini memainkan peran penting dalam sains dan industri.

Skandium, elemen luar biasa ini, memiliki banyak sifat menakjubkan. Ini adalah anggota keluarga unsur tanah jarang. Seperti lainnyaunsur tanah jarang, struktur atom skandium penuh misteri. Struktur atom unik inilah yang membuat skandium memainkan peran yang tak tergantikan dalam ilmu fisika, kimia, dan material.

Penemuan skandium penuh liku-liku dan kesulitan. Ini dimulai pada tahun 1841, ketika ahli kimia Swedia LFNilson (1840~1899) berharap untuk memisahkan unsur-unsur lain dari unsur-unsur yang dimurnikan.erbiumbumi sambil mempelajari logam ringan. Setelah 13 kali dekomposisi parsial nitrat, ia akhirnya memperoleh 3,5 gram nitrat murniytterbiumbumi. Namun ia menemukan bahwa berat atom ytterbium yang diperolehnya tidak sesuai dengan berat atom ytterbium yang diberikan Malinac sebelumnya. Nelson yang bermata tajam menyadari bahwa mungkin ada elemen ringan di dalamnya. Jadi dia terus mengolah ytterbium yang diperolehnya dengan proses yang sama. Akhirnya, ketika hanya sepersepuluh sampel yang tersisa, berat atom terukur turun menjadi 167,46. Hasil ini mendekati berat atom yttrium, sehingga Nelson menamakannya "Skandium".

Meskipun Nelson telah menemukan skandium, namun tidak menarik banyak perhatian komunitas ilmiah karena kelangkaan dan kesulitan dalam pemisahan. Baru pada akhir abad ke-19, ketika penelitian tentang unsur tanah jarang menjadi tren, skandium ditemukan kembali dan dipelajari.

Jadi, mari kita memulai perjalanan menjelajahi skandium, mengungkap misterinya, dan memahami elemen yang tampak biasa namun sebenarnya menawan ini.

Bidang aplikasi skandium
Skandium dilambangkan dengan Sc dan nomor atomnya adalah 21. Unsur ini merupakan logam transisi lunak berwarna putih keperakan. Meskipun skandium bukan unsur umum di kerak bumi, skandium memiliki banyak kegunaan penting, terutama dalam aspek berikut:

1. Industri Dirgantara: Aluminium skandium adalah paduan ringan dan berkekuatan tinggi yang digunakan dalam struktur pesawat terbang, suku cadang mesin, dan pembuatan rudal di industri dirgantara. Penambahan skandium dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi pada paduan sekaligus mengurangi kepadatan paduan, membuat peralatan dirgantara lebih ringan dan tahan lama.
2. Sepeda dan Peralatan Olahraga:Skandium aluminiumjuga digunakan untuk membuat sepeda, tongkat golf, dan peralatan olah raga lainnya. Karena kekuatan dan ringannya yang luar biasa,paduan skandiumdapat meningkatkan performa peralatan olah raga, mengurangi bobot, dan meningkatkan daya tahan material.
3. Industri Penerangan:Skandium iodidadigunakan sebagai pengisi lampu xenon intensitas tinggi. Bola lampu tersebut digunakan dalam fotografi, pembuatan film, pencahayaan panggung, dan peralatan medis karena karakteristik spektralnya sangat mirip dengan sinar matahari alami.
4. Sel Bahan Bakar:Skandium aluminiumjuga dapat diterapkan pada sel bahan bakar oksida padat (SOFC). Dalam baterai ini,paduan skandium-aluminiumdigunakan sebagai bahan anoda yang memiliki konduktivitas dan stabilitas tinggi, membantu meningkatkan efisiensi dan kinerja sel bahan bakar.
5. Penelitian ilmiah: Skandium digunakan sebagai bahan pendeteksi dalam penelitian ilmiah. Dalam eksperimen fisika nuklir dan akselerator partikel, kristal kilau skandium digunakan untuk mendeteksi radiasi dan partikel.
6. Aplikasi lain: Skandium juga digunakan sebagai superkonduktor suhu tinggi dan pada beberapa paduan khusus untuk meningkatkan sifat paduan. Karena kinerja skandium yang unggul dalam proses anodisasi, skandium juga digunakan dalam produksi bahan elektroda untuk baterai litium dan perangkat elektronik lainnya.

Penting untuk dicatat bahwa meskipun banyak penerapannya, produksi dan penggunaan skandium terbatas dan relatif mahal karena kelangkaannya yang relatif, sehingga biaya dan alternatifnya perlu dipertimbangkan dengan cermat saat menggunakannya.

Sifat Fisik Unsur Skandium

1. Struktur Atom: Inti skandium terdiri dari 21 proton dan biasanya mengandung 20 neutron. Oleh karena itu, berat atom standarnya (massa atom relatif) adalah sekitar 44,955908. Dilihat dari struktur atomnya, konfigurasi elektron skandium adalah 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s².
2. Keadaan Fisik: Skandium berbentuk padat pada suhu kamar dan tampak putih keperakan. Keadaan fisiknya dapat berubah tergantung perubahan suhu dan tekanan.
3. Massa jenis: Massa jenis skandium sekitar 2,989 g/cm3. Kepadatannya yang relatif rendah menjadikannya logam ringan.
4. Titik Leleh: Titik lebur skandium adalah sekitar 1541 derajat Celcius (2806 derajat Fahrenheit), yang menunjukkan bahwa skandium mempunyai titik leleh yang relatif tinggi. 5. Titik Didih: Skandium memiliki titik didih sekitar 2836 derajat Celcius (5137 derajat Fahrenheit), yang berarti memerlukan suhu tinggi untuk menguap.
6. Konduktivitas Listrik: Skandium adalah konduktor listrik yang baik, dengan konduktivitas listrik yang wajar. Meskipun tidak sebaik bahan konduktif umum seperti tembaga atau aluminium, bahan ini masih berguna dalam beberapa aplikasi khusus, seperti sel elektrolitik dan aplikasi luar angkasa.
7. Konduktivitas Termal: Skandium memiliki konduktivitas termal yang relatif tinggi, menjadikannya konduktor termal yang baik pada suhu tinggi. Ini berguna dalam beberapa aplikasi suhu tinggi.
8. Struktur Kristal: Skandium memiliki struktur kristal padat heksagonal, yang berarti atom-atomnya tersusun dalam segi enam yang rapat di dalam kristal.
9. Kemagnetan: Skandium bersifat diamagnetik pada suhu kamar, artinya tidak tertarik atau ditolak oleh medan magnet. Perilaku magnetiknya berhubungan dengan struktur elektroniknya.
10. Radioaktivitas: Semua isotop stabil skandium tidak bersifat radioaktif, sehingga merupakan unsur non-radioaktif.

Skandium adalah logam yang relatif ringan dan memiliki titik leleh tinggi dengan beberapa aplikasi khusus, khususnya dalam industri dirgantara dan ilmu material. Meskipun tidak umum ditemukan di alam, sifat fisiknya menjadikannya berguna secara unik di beberapa bidang.

Sifat kimia skandium

Skandium merupakan unsur logam transisi.
1. Struktur atom: Struktur atom Skandium terdiri dari 21 proton dan biasanya sekitar 20 neutron. Konfigurasi elektronnya adalah 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s², yang menunjukkan bahwa ia mempunyai satu orbital d yang tidak terisi.
2. Simbol kimia dan nomor atom: Simbol kimia Skandium adalah Sc, dan nomor atomnya adalah 21.
3. Keelektronegatifan: Skandium mempunyai keelektronegatifan yang relatif rendah yaitu sekitar 1,36 (menurut keelektronegatifan Paul). Artinya ia cenderung kehilangan elektron membentuk ion positif.
4. Keadaan oksidasi: Skandium biasanya berada dalam keadaan oksidasi +3, yang berarti ia telah kehilangan tiga elektron untuk membentuk ion Sc³⁺. Ini adalah keadaan oksidasi yang paling umum. Meskipun Sc²⁺ dan Sc⁴⁺ juga mungkin terjadi, keduanya kurang stabil dan kurang umum.
5. Senyawa: Skandium terutama membentuk senyawa dengan unsur-unsur seperti oksigen, belerang, nitrogen, dan hidrogen. Beberapa senyawa skandium yang umum meliputiskandium oksida (Sc2O3) dan skandium halida (sepertiskandium klorida, ScCl3).
6. Reaktivitas: Skandium adalah logam yang relatif reaktif, tetapi teroksidasi dengan cepat di udara, membentuk lapisan oksida skandium oksida, yang mencegah reaksi oksidasi lebih lanjut. Hal ini juga membuat skandium relatif stabil dan memiliki ketahanan terhadap korosi.
7. Kelarutan: Skandium larut perlahan di sebagian besar asam, tetapi lebih mudah larut dalam kondisi basa. Ia tidak larut dalam air karena lapisan oksidanya mencegah reaksi lebih lanjut dengan molekul air.

8. Sifat kimia mirip lantanida: Sifat kimia skandium mirip dengan seri lantanida (lantanum, gadolinium, neodymium, dll.), sehingga kadang-kadang diklasifikasikan sebagai unsur mirip lantanida. Kesamaan ini terutama tercermin pada jari-jari ionik, sifat senyawa dan beberapa reaktivitas.
9. Isotop: Skandium memiliki banyak isotop, hanya beberapa di antaranya yang stabil. Isotop paling stabil adalah Sc-45, yang memiliki waktu paruh panjang dan tidak bersifat radioaktif.

Skandium adalah unsur yang relatif langka, namun karena beberapa sifat kimia dan fisiknya yang unik, Skandium memainkan peran penting dalam beberapa bidang penerapan, terutama dalam industri dirgantara, ilmu material, dan beberapa penerapan teknologi tinggi.

Sifat biologis skandium

Skandium bukanlah unsur umum di alam. Oleh karena itu, ia tidak memiliki sifat biologis pada organisme. Sifat biologis biasanya melibatkan aktivitas biologis, penyerapan biologis, metabolisme dan pengaruh unsur-unsur pada organisme hidup. Karena skandium bukanlah unsur penting bagi kehidupan, tidak ada organisme yang diketahui memiliki kebutuhan biologis atau kegunaan skandium.
Pengaruh skandium pada organisme terutama berkaitan dengan radioaktivitasnya. Beberapa isotop skandium bersifat radioaktif, sehingga jika tubuh manusia atau organisme lain terkena skandium radioaktif, dapat menyebabkan paparan radiasi yang berbahaya. Situasi ini biasanya terjadi pada situasi tertentu seperti penelitian ilmu nuklir, radioterapi atau kecelakaan nuklir.
Skandium tidak berinteraksi secara menguntungkan dengan organisme dan menimbulkan bahaya radiasi. Oleh karena itu, ini bukan merupakan elemen penting dalam organisme.

Skandium merupakan unsur kimia yang relatif langka, dan distribusinya di alam relatif terbatas. Berikut ini rincian pengenalan sebaran skandium di alam:

1. Kandungan di alam: Skandium terdapat dalam jumlah yang relatif kecil di kerak bumi. Kandungan rata-rata di kerak bumi adalah sekitar 0,0026 mg/kg (atau 2,6 bagian per juta). Hal ini menjadikan skandium salah satu unsur langka di kerak bumi.

2. Penemuan pada mineral: Meskipun kandungannya terbatas, skandium dapat ditemukan pada mineral tertentu, terutama dalam bentuk oksida atau silikat. Beberapa mineral yang mengandung skandium antara lain skandianit dan dolomit.

3. Ekstraksi skandium: Karena distribusinya yang terbatas di alam, relatif sulit untuk mengekstraksi skandium murni. Biasanya, skandium diperoleh sebagai produk sampingan dari proses peleburan aluminium, seperti yang terjadi pada aluminium dalam bauksit.

4. Distribusi geografis: Skandium tersebar secara global, namun tidak merata. Beberapa negara seperti Tiongkok, Rusia, Norwegia, Swedia, dan Brasil memiliki simpanan skandium yang kaya, sementara wilayah lain jarang memilikinya.

Meskipun skandium memiliki distribusi terbatas di alam, ia memainkan peran penting dalam beberapa aplikasi teknologi tinggi dan industri

Ekstraksi dan Peleburan Unsur Skandium

Skandium adalah unsur logam langka, dan proses penambangan serta ekstraksinya cukup rumit. Berikut ini adalah pengenalan rinci tentang proses penambangan dan ekstraksi unsur skandium:

1. Ekstraksi skandium: Skandium tidak ada dalam bentuk unsurnya di alam, tetapi biasanya ada dalam jumlah sedikit di dalam bijih. Bijih skandium utama termasuk bijih vanadium skandium, bijih zirkon, dan bijih yttrium. Kandungan skandium pada bijih ini relatif rendah.

Proses ekstraksi skandium biasanya melibatkan langkah-langkah berikut:

A. Penambangan: penggalian bijih yang mengandung skandium.

B. Penghancuran dan pengolahan bijih: Menghancurkan dan mengolah bijih untuk memisahkan bijih berguna dari batuan sisa.

C. Flotasi: Melalui proses flotasi, bijih yang mengandung skandium dipisahkan dari pengotor lainnya.

D. Pembubaran dan Reduksi: Skandium hidroksida biasanya dilarutkan dan kemudian direduksi menjadi logam skandium oleh zat pereduksi (biasanya aluminium).

e. Ekstraksi elektrolitik: Skandium tereduksi diekstraksi melalui proses elektrolitik untuk mendapatkan kemurnian tinggilogam skandium.

3. Pemurnian skandium: Melalui berbagai proses pelarutan dan kristalisasi, kemurnian skandium dapat lebih ditingkatkan. Metode yang umum dilakukan adalah dengan memisahkan dan mengkristalkan senyawa skandium melalui proses klorinasi atau karbonasi untuk memperolehnyaskandium dengan kemurnian tinggi.

Perlu dicatat bahwa karena kelangkaan skandium, proses ekstraksi dan pemurnian memerlukan teknik kimia yang sangat presisi, dan biasanya menghasilkan sejumlah besar limbah dan produk sampingan. Oleh karena itu, penambangan dan ekstraksi unsur skandium merupakan proyek yang kompleks dan mahal, biasanya dikombinasikan dengan proses penambangan dan ekstraksi unsur lain untuk meningkatkan efisiensi ekonomi.

Metode deteksi skandium
1. Spektrometri serapan atom (AAS): Spektrometri serapan atom adalah metode analisis kuantitatif yang umum digunakan yang menggunakan spektrum serapan pada panjang gelombang tertentu untuk menentukan konsentrasi skandium dalam sampel. Ini mengatomisasi sampel yang akan diuji dalam nyala api, dan kemudian mengukur intensitas penyerapan skandium dalam sampel melalui spektrometer. Metode ini cocok untuk mendeteksi jejak konsentrasi skandium.
2. Spektrometri emisi optik plasma berpasangan induktif (ICP-OES): Spektrometri emisi optik plasma berpasangan induktif adalah metode analisis yang sangat sensitif dan selektif yang banyak digunakan dalam analisis multi-elemen. Ini mengatomisasi sampel dan membentuk plasma, dan menentukan panjang gelombang spesifik dan intensitas emisi skandium dalam spektrometer.
3. Spektrometri massa plasma berpasangan induktif (ICP-MS): Spektrometri massa plasma berpasangan induktif adalah metode analisis yang sangat sensitif dan resolusi tinggi yang dapat digunakan untuk penentuan rasio isotop dan analisis elemen jejak. Ini mengatomisasi sampel dan membentuk plasma, dan menentukan rasio massa terhadap muatan skandium dalam spektrometer massa. 4. Spektrometri fluoresensi sinar-X (XRF): Spektrometri fluoresensi sinar-X menggunakan spektrum fluoresensi yang dihasilkan setelah sampel dieksitasi oleh sinar-X untuk menganalisis kandungan unsur. Ini dapat dengan cepat dan non-destruktif menentukan kandungan skandium dalam sampel.
5. Spektrometri pembacaan langsung: Juga dikenal sebagai spektrometri pembacaan langsung fotolistrik, ini adalah teknik analisis yang digunakan untuk menganalisis kandungan unsur dalam suatu sampel. Spektrometri pembacaan langsung didasarkan pada prinsip spektrometri emisi atom. Ia menggunakan percikan atau busur listrik bersuhu tinggi untuk secara langsung menguapkan unsur-unsur dalam sampel dari keadaan padat dan memancarkan garis spektrum karakteristik dalam keadaan tereksitasi. Setiap unsur mempunyai garis emisi yang unik, dan intensitasnya sebanding dengan kandungan unsur dalam sampel. Dengan mengukur intensitas garis spektral karakteristik ini, kandungan setiap elemen dalam sampel dapat ditentukan. Metode ini terutama digunakan untuk analisis komposisi logam dan paduan, terutama di bidang metalurgi, pengolahan logam, ilmu material dan bidang lainnya.

Metode ini banyak digunakan di laboratorium dan industri untuk analisis kuantitatif dan pengendalian kualitas skandium. Pemilihan metode yang tepat bergantung pada faktor-faktor seperti jenis sampel, batas deteksi yang diperlukan, dan akurasi deteksi.

Penerapan khusus metode serapan atom skandium

Dalam pengukuran unsur, spektroskopi serapan atom memiliki akurasi dan sensitivitas tinggi, sehingga memberikan cara yang efektif untuk mempelajari sifat kimia, komposisi senyawa, dan kandungan unsur.

Selanjutnya kita akan menggunakan spektroskopi serapan atom untuk mengukur kandungan unsur besi.

Langkah-langkah spesifiknya adalah sebagai berikut:

Siapkan sampel yang akan diuji. Untuk menyiapkan larutan sampel yang akan diukur, umumnya perlu menggunakan campuran asam untuk pencernaan guna memudahkan pengukuran selanjutnya.

Pilih spektrometer serapan atom yang sesuai. Pilih spektrometer serapan atom yang sesuai berdasarkan sifat sampel yang akan diuji dan kisaran kandungan skandium yang akan diukur. Sesuaikan parameter spektrometer serapan atom. Sesuaikan parameter spektrometer serapan atom, termasuk sumber cahaya, alat penyemprot, detektor, dll., berdasarkan elemen dan model instrumen yang diuji.

Ukur serapan unsur skandium. Tempatkan sampel yang akan diuji ke dalam alat penyemprot dan pancarkan radiasi cahaya dengan panjang gelombang tertentu melalui sumber cahaya. Unsur skandium yang akan diuji akan menyerap radiasi cahaya tersebut dan mengalami transisi tingkat energi. Ukur serapan unsur skandium melalui detektor.

Hitung kandungan unsur skandium. Hitung kandungan unsur skandium berdasarkan serapan dan kurva baku.

Dalam pekerjaan sebenarnya, penting untuk memilih metode pengukuran yang tepat sesuai dengan kebutuhan spesifik lokasi. Metode ini banyak digunakan dalam analisis dan deteksi besi di laboratorium dan industri.
Di akhir pengenalan komprehensif kami tentang skandium, kami berharap pembaca dapat memiliki pemahaman dan pengetahuan yang lebih dalam tentang elemen luar biasa ini. Skandium, sebagai salah satu unsur penting dalam tabel periodik, tidak hanya berperan penting dalam bidang ilmu pengetahuan, tetapi juga memiliki penerapan yang luas dalam kehidupan sehari-hari dan bidang lainnya.
Dengan mempelajari sifat-sifat, kegunaan, proses penemuan dan penerapan skandium dalam ilmu pengetahuan dan teknologi modern, kita dapat melihat keunikan dan potensi unsur ini. Dari material luar angkasa hingga teknologi baterai, dari petrokimia hingga peralatan medis, skandium memainkan peran penting.
Tentu saja, kita juga perlu menyadari bahwa meskipun skandium memberikan kenyamanan dalam hidup kita, ia juga memiliki beberapa potensi risiko. Oleh karena itu, meskipun kita perlu menikmati manfaat skandium, kita juga harus memperhatikan penggunaan yang wajar dan penerapan standar untuk menghindari kemungkinan masalah. Skandium adalah elemen yang layak untuk kita pelajari dan pahami secara mendalam. Dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di masa depan, kami berharap skandium dapat memainkan keunggulan uniknya di lebih banyak bidang dan membawa lebih banyak kemudahan dan kejutan dalam kehidupan kita.