Apa itu skandium dan metode pengujian yang umum digunakan

21 Skandium dan metode pengujian yang umum digunakan

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

Skandium, elemen yang luar biasa ini, memiliki banyak properti yang luar biasa. Ini adalah anggota keluarga elemen bumi jarang. Seperti lainnyaElemen Bumi Jarang, struktur atom skandium penuh dengan misteri. Struktur atom unik inilah yang membuat skandium memainkan peran yang tak tergantikan dalam ilmu fisika, kimia dan material.

Penemuan skandium penuh dengan tikungan dan belokan dan kesulitan. Itu dimulai pada tahun 1841, ketika ahli kimia Swedia Lfnilson (1840 ~ 1899) berharap untuk memisahkan elemen lain dari yang dimurnikanErbiumBumi saat mempelajari logam ringan. Setelah 13 kali dekomposisi parsial nitrat, ia akhirnya memperoleh 3,5g murniytterbiumbumi. Namun, ia menemukan bahwa berat atom ytterbium yang diperolehnya tidak sesuai dengan berat atom ytterbium yang diberikan oleh Malinac sebelumnya. Nelson yang bermata tajam menyadari bahwa mungkin ada beberapa elemen ringan di dalamnya. Jadi dia terus memproses ytterbium yang dia peroleh dengan proses yang sama. Akhirnya, ketika hanya sepersepuluh dari sampel yang tersisa, berat atom yang diukur turun menjadi 167,46. Hasil ini dekat dengan berat atom yttrium, jadi Nelson menamakannya "skandium".

Meskipun Nelson telah menemukan Skandium, itu tidak menarik banyak perhatian dari komunitas ilmiah karena kelangkaan dan kesulitan dalam pemisahan. Tidak sampai akhir abad ke -19, ketika penelitian tentang elemen -elemen bumi jarang menjadi tren, skandium ditemukan dan dipelajari.

Jadi, mari kita memulai perjalanan menjelajahi Skandium ini, untuk mengungkap misteri dan memahami elemen yang tampaknya biasa tetapi sebenarnya menawan ini.

Bidang aplikasi skandium
Simbol skandium adalah SC, dan nomor atomnya adalah 21. Elemennya adalah logam transisi putih yang lembut, putih. Meskipun skandium bukan elemen umum di kerak bumi, ia memiliki banyak bidang aplikasi yang penting, terutama dalam aspek -aspek berikut:

1. Industri Aerospace: Skandium Aluminium adalah paduan ringan, kekuatan tinggi yang digunakan dalam struktur pesawat, suku cadang mesin, dan manufaktur rudal di industri kedirgantaraan. Penambahan skandium dapat meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi paduan sambil mengurangi kepadatan paduan, membuat peralatan dirgantara lebih ringan dan lebih tahan lama.
2. Sepeda dan peralatan olahraga:Skandium Aluminiumjuga digunakan untuk membuat sepeda, klub golf, dan peralatan olahraga lainnya. Karena kekuatan dan cahaya yang sangat baik,Paduan Skandiumdapat meningkatkan kinerja peralatan olahraga, mengurangi berat badan, dan meningkatkan daya tahan material.
3. Industri Pencahayaan:Skandium Iodidedigunakan sebagai pengisi dalam lampu xenon intensitas tinggi. Bola lampu seperti itu digunakan dalam fotografi, pembuatan film, pencahayaan panggung, dan peralatan medis karena karakteristik spektralnya sangat dekat dengan sinar matahari alami.
4. Sel Bahan Bakar:Skandium AluminiumJuga menemukan aplikasi dalam sel bahan bakar oksida padat (SOFC). Di 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 detektor dalam penelitian ilmiah. Dalam percobaan 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 dalam beberapa paduan khusus untuk meningkatkan sifat-sifat paduan. Karena kinerja skandium yang unggul dalam proses anodisasi, ini juga digunakan dalam produksi bahan elektroda untuk baterai lithium dan perangkat elektronik lainnya.

Penting untuk dicatat bahwa terlepas dari banyak aplikasinya, produksi dan penggunaan Skandium terbatas dan relatif mahal karena kelangkaan relatifnya, sehingga biaya dan alternatifnya perlu dipertimbangkan dengan cermat saat menggunakannya.

Sifat fisik elemen 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. Dalam hal struktur atom, konfigurasi elektron skandium adalah 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3DYA 4S².
2. Keadaan Fisik: Skandium solid pada suhu kamar dan memiliki penampilan putih perak. Keadaan fisiknya dapat berubah tergantung pada perubahan suhu dan tekanan.
3. Kepadatan: Kepadatan skandium adalah sekitar 2,989 g/cm3. Kepadatan yang relatif rendah ini membuatnya menjadi logam ringan.
4. Titik Melting: Titik lebur skandium adalah sekitar 1541 derajat Celcius (2806 derajat Fahrenheit), yang menunjukkan bahwa ia memiliki titik leleh yang relatif tinggi. 5. Boiling Point: Skandium memiliki titik didih sekitar 2836 derajat Celcius (5137 derajat Fahrenheit), yang berarti bahwa ia membutuhkan suhu tinggi untuk menguap.
6. Konduktivitas Listrik: Skandium adalah konduktor listrik yang baik, dengan konduktivitas listrik yang wajar. Meskipun tidak sebagus bahan konduktif umum seperti tembaga atau aluminium, masih berguna dalam beberapa aplikasi khusus, seperti sel elektrolitik dan aplikasi kedirgantaraan.
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 yang penuh sesak, yang berarti bahwa atom-atomnya dikemas ke dalam segi enam yang penuh sesak di kristal.
9. Magnetisme: Skandium diamagnetik pada suhu kamar, artinya tidak tertarik atau ditolak oleh medan magnet. Perilaku magnetiknya terkait dengan struktur elektroniknya.
10. Radioaktivitas: Semua isotop skandium yang stabil bukan radioaktif, jadi ini adalah elemen non-radioaktif.

Skandium adalah logam yang relatif ringan dan meleleh-tinggi dengan beberapa aplikasi khusus, terutama dalam industri kedirgantaraan dan ilmu material. Meskipun tidak umum ditemukan di alam, sifat fisiknya membuatnya bermanfaat secara unik di beberapa area.

Sifat Kimia Skandium

Skandium adalah elemen 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 3DYA 4S², menunjukkan bahwa ia memiliki satu orbital D yang tidak terisi.
2. Simbol Kimia dan Nomor Atom: Simbol Kimia Skandium adalah SC, dan nomor atomnya adalah 21.
3. Electronegativity: Skandium memiliki elektronegativitas yang relatif rendah sekitar 1,36 (menurut Paul Electronegativity). Ini berarti bahwa ia cenderung kehilangan elektron untuk membentuk ion positif.
4. Keadaan oksidasi: Skandium biasanya ada dalam keadaan oksidasi +3, yang berarti telah kehilangan tiga elektron untuk membentuk ion sc³⁺. Ini adalah keadaan oksidasi yang paling umum. Meskipun SC²⁺ dan SC⁴⁺ juga dimungkinkan, mereka kurang stabil dan kurang umum.
5. Senyawa: Skandium terutama membentuk senyawa dengan unsur -unsur seperti oksigen, sulfur, nitrogen, dan hidrogen. Beberapa senyawa skandium umum termasukSkandium oksida (SC2O3) dan skandium halida (sepertiSkandium klorida, SCCL3).
6. Reaktivitas: Skandium adalah logam yang relatif reaktif, tetapi mengoksidasi dengan cepat di udara, membentuk film oksida skandium oksida, yang mencegah reaksi oksidasi lebih lanjut. Ini juga membuat skandium relatif stabil dan memiliki beberapa resistensi korosi.
7. Kelarutan: Skandium larut perlahan di sebagian besar asam, tetapi larut lebih mudah dalam kondisi basa. Ini tidak larut dalam air karena film oksida mencegah reaksi lebih lanjut dengan molekul air.

8. Sifat kimia seperti lantanida: Sifat kimia Skandium mirip dengan seri Lanthanide (Lanthanum, Gadolinium, Neodymium, dll.), Jadi kadang-kadang diklasifikasikan sebagai elemen seperti lanthanide. Kesamaan ini terutama tercermin dalam jari -jari ionik, sifat majemuk dan beberapa reaktivitas.
9. Isotop: Skandium memiliki banyak isotop, hanya beberapa di antaranya yang stabil. Isotop yang paling stabil adalah SC-45, yang memiliki waktu paruh panjang dan tidak radioaktif.

Skandium adalah elemen yang relatif langka, tetapi karena beberapa sifat kimia dan fisiknya yang unik, ia memainkan peran penting di beberapa bidang aplikasi, terutama dalam industri kedirgantaraan, ilmu material dan beberapa aplikasi teknologi tinggi.

Sifat biologis skandium

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

Skandium adalah elemen kimia yang relatif langka, dan distribusinya di alam relatif terbatas. Berikut adalah pengantar terperinci untuk distribusi skandium di alam:

1. Konten di Alam: Skandium ada dalam jumlah yang relatif kecil di kerak bumi. Konten rata -rata di kerak bumi adalah sekitar 0,0026 mg/kg (atau 2,6 bagian per juta). Ini menjadikan Skandium salah satu elemen yang lebih jarang di kerak bumi.

2. Penemuan dalam mineral: Meskipun kandungannya terbatas, skandium dapat ditemukan dalam mineral tertentu, terutama dalam bentuk oksida atau silikat. Beberapa mineral yang mengandung skandium termasuk skandian 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 dengan aluminium dalam bauksit.

4. Distribusi Geografis: Skandium didistribusikan secara global, tetapi tidak merata. Beberapa negara seperti Cina, Rusia, Norwegia, Swedia dan Brasil memiliki simpanan skandium yang kaya, sementara daerah lain jarang memilikinya.

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

Ekstraksi dan peleburan elemen skandium

Skandium adalah elemen logam yang langka, dan proses penambangan dan ekstrakinya cukup kompleks. Berikut ini adalah pengantar terperinci untuk proses penambangan dan ekstraksi elemen skandium:

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

Proses mengekstraksi skandium biasanya melibatkan langkah -langkah berikut:

A. Penambangan: Bijih yang menggali yang mengandung skandium.

B. Menghancurkan dan pemrosesan bijih: Menghancurkan dan memproses bijih untuk memisahkan bijih yang berguna dari batuan limbah.

C. Flotasi: Melalui proses pengapungan, bijih yang mengandung skandium dipisahkan dari kotoran lain.

D. Pembubaran dan Pengurangan: Skandium hidroksida biasanya larut dan kemudian dikurangi menjadi skandium logam oleh agen pereduksi (biasanya aluminium).

e. Ekstraksi elektrolitik: Skandium yang dikurangi diekstraksi melalui proses elektrolitik untuk mendapatkan kemurnian tinggiSkandium Metal.

3. Pemurnian Skandium: Melalui banyak proses pembubaran dan kristalisasi, kemurnian skandium dapat ditingkatkan lebih lanjut. Metode umum adalah memisahkan dan mengkristal senyawa skandium melalui proses klorinasi atau karbonasi untuk mendapatkanSkandium dengan kemurnian tinggi.

Perlu dicatat bahwa karena kelangkaan skandium, proses ekstraksi dan pemurnian membutuhkan rekayasa kimia yang sangat tepat, dan biasanya menghasilkan sejumlah besar limbah dan produk sampingan. Oleh karena itu, penambangan dan ekstraksi elemen skandium adalah proyek yang kompleks dan mahal, biasanya dikombinasikan dengan proses penambangan dan ekstraksi elemen lain untuk meningkatkan efisiensi ekonomi.

Metode Deteksi Skandium
1. Spektrometri penyerapan atom (AAS): Spektrometri penyerapan atom adalah metode analisis kuantitatif yang umum digunakan yang menggunakan spektrum serapan pada panjang gelombang tertentu untuk menentukan konsentrasi skandium dalam sampel. Ini atomisasi sampel yang akan diuji dalam api, dan kemudian mengukur intensitas penyerapan skandium dalam sampel melalui spektrometer. Metode ini cocok untuk mendeteksi konsentrasi jejak skandium.
2. Spektrometri emisi optik plasma yang digabungkan secara induktif (ICP-OES): Spektrometri emisi optik plasma yang digabungkan secara induktif adalah metode analitik yang sangat sensitif dan selektif yang banyak digunakan dalam analisis multi-elemen. Ini atomisasi sampel dan membentuk plasma, dan menentukan panjang gelombang spesifik dan intensitas emisi skandium dalam spektrometer.
3. Spektrometri massa plasma yang digabungkan secara induktif (ICP-MS): Spektrometri massa plasma yang digabungkan secara induktif adalah metode analitik yang sangat sensitif dan resolusi tinggi yang dapat digunakan untuk penentuan rasio isotop dan analisis elemen jejak. Ini atomisasi sampel dan membentuk plasma, dan menentukan rasio massa-ke-muatan skandium dalam spektrometer massa. 4. X-ray Fluorescence Spectrometry (XRF): Spektrometri fluoresensi X-ray menggunakan spektrum fluoresensi yang dihasilkan setelah sampel tereksitasi dengan sinar-X untuk menganalisis konten elemen. Ini dapat dengan cepat dan tidak merusak menentukan kandungan skandium dalam sampel.
5. Spektrometri Bacaan Langsung: Juga dikenal sebagai spektrometri bacaan langsung fotoelektrik, ini adalah teknik analitik yang digunakan untuk menganalisis konten elemen dalam sampel. Spektrometri bacaan langsung didasarkan pada prinsip spektrometri emisi atom. Ini menggunakan percikan listrik atau busur suhu tinggi untuk secara langsung menguapkan elemen-elemen dalam sampel dari keadaan padat dan memancarkan garis spektral karakteristik dalam keadaan tereksitasi. Setiap elemen memiliki garis emisi yang unik, dan intensitasnya sebanding dengan konten elemen dalam sampel. Dengan mengukur intensitas garis spektral karakteristik ini, konten setiap elemen dalam sampel dapat ditentukan. Metode ini terutama digunakan untuk analisis komposisi logam dan paduan, terutama dalam metalurgi, pemrosesan logam, ilmu material dan bidang lainnya.

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

Aplikasi spesifik metode penyerapan atom skandium

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

Selanjutnya, kami akan menggunakan spektroskopi penyerapan atom untuk mengukur kandungan elemen besi.

Langkah -langkah spesifiknya adalah sebagai berikut:

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

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

Ukur absorbansi elemen skandium. Tempatkan sampel untuk diuji ke dalam alat penyemprot dan memancarkan radiasi cahaya dari panjang gelombang tertentu melalui sumber cahaya. Elemen skandium yang akan diuji akan menyerap radiasi cahaya ini dan menjalani transisi tingkat energi. Ukur absorbansi elemen skandium melalui detektor.

Hitung konten elemen skandium. Hitung kandungan elemen skandium berdasarkan absorbansi dan kurva standar.

Dalam pekerjaan aktual, perlu untuk memilih metode pengukuran yang sesuai sesuai dengan kebutuhan spesifik Situs. Metode -metode ini banyak digunakan dalam analisis dan deteksi zat besi di laboratorium dan industri.
Di akhir pengantar komprehensif kami untuk Skandium, kami berharap pembaca dapat memiliki pemahaman dan pengetahuan yang lebih dalam tentang elemen yang luar biasa ini. Skandium, sebagai elemen penting dalam tabel periodik, tidak hanya memainkan peran kunci dalam bidang sains, tetapi juga memiliki berbagai aplikasi dalam kehidupan sehari -hari dan bidang lainnya.
Dengan mempelajari properti, penggunaan, proses penemuan, dan penerapan skandium dalam sains dan teknologi modern, kita dapat melihat pesona unik dan potensi elemen ini. Dari bahan dirgantara hingga teknologi baterai, dari petrokimia hingga peralatan medis, skandium memainkan peran penting.
Tentu saja, kita juga perlu menyadari bahwa sementara Skandium membawa kenyamanan bagi kehidupan kita, itu juga memiliki beberapa risiko potensial. Oleh karena itu, sementara kita perlu menikmati manfaat dari skandium, kita juga harus memperhatikan penggunaan yang wajar dan aplikasi standar untuk menghindari kemungkinan masalah. Scandium adalah elemen yang layak untuk studi dan pemahaman mendalam kita. Dalam pengembangan sains dan teknologi di masa depan, kami berharap Skandium memainkan keunggulan uniknya di lebih banyak bidang dan membawa lebih banyak kenyamanan dan kejutan bagi kehidupan kami.