Hvað er scandium og algengar prófunaraðferðir þess

21 Scandium og algengar prófunaraðferðir þess

Velkomin í þennan heim frumefna fullan af leyndardómi og sjarma. Í dag munum við kanna sérstakan þátt saman -hneyksli. Þótt þessi þáttur sé kannski ekki algengur í daglegu lífi okkar gegnir hann mikilvægu hlutverki í vísindum og iðnaði.

Skandíum, þessi dásamlegi þáttur, hefur marga ótrúlega eiginleika. Það er meðlimur sjaldgæfra jarðar frumefnafjölskyldunnar. Eins og annaðsjaldgæf jörð frumefni, atómbygging scandium er full af leyndardómi. Það eru þessar einstöku frumeindabyggingar sem gera skandíum gegna óbætanlegu hlutverki í eðlisfræði, efnafræði og efnisfræði.

Uppgötvun skandísar er full af útúrsnúningum og erfiðleikum. Það byrjaði árið 1841, þegar sænski efnafræðingurinn LFNilson (1840~1899) vonaðist til að skilja önnur frumefni frá hreinsuðuerbiumjörð á meðan hann rannsakaði léttmálma. Eftir 13 sinnum niðurbrot nítrata að hluta fékk hann að lokum 3,5 g af hreinuytterbíumjörð. Hins vegar komst hann að því að atómþyngd ytterbíns sem hann fékk passaði ekki við atómþyngd ytterbíns sem Malinac gaf áður. Hinn skarpeygði Nelson áttaði sig á því að það gæti verið einhver léttur þáttur í því. Hann hélt því áfram að vinna ytterbium sem hann fékk með sama ferli. Að lokum, þegar aðeins einn tíundi af sýninu var eftir, lækkaði mæld atómþyngd í 167,46. Þessi niðurstaða er nálægt atómþyngd yttríums, svo Nelson nefndi það "Scandium".

Þó Nelson hafi uppgötvað hneyksli vakti það ekki mikla athygli vísindasamfélagsins vegna sjaldgæfs þess og erfiðleika við aðskilnað. Það var ekki fyrr en seint á 19. öld, þegar rannsóknir á sjaldgæfum jarðefnum urðu stefna, að skandíum var enduruppgötvað og rannsakað.

Svo skulum við leggja af stað í þessa ferð til að kanna skandíum, til að afhjúpa leyndardóm þess og skilja þennan að því er virðist venjulega en í raun heillandi þáttur.

Umsóknarsvið scandium
Táknið fyrir skandíum er Sc og lotunúmer þess er 21. Frumefnið er mjúkur, silfurhvítur umbreytingarmálmur. Þrátt fyrir að skandíum sé ekki algengt frumefni í jarðskorpunni hefur það mörg mikilvæg notkunarsvið, aðallega í eftirfarandi þáttum:

1. Geimferðaiðnaður: Scandium ál er létt, hástyrkt málmblöndur sem notuð er í mannvirki flugvéla, vélarhluta og eldflaugaframleiðslu í geimferðaiðnaðinum. Að bæta við skandíum getur bætt styrk og tæringarþol málmblöndunnar á meðan það dregur úr þéttleika málmblöndunnar, sem gerir loftrýmisbúnað léttari og endingarbetri.
2. Reiðhjól og íþróttabúnaður:Scandium áler einnig notað til að búa til reiðhjól, golfkylfur og annan íþróttabúnað. Vegna framúrskarandi styrks og léttleika,skandíum álfelgurgetur bætt frammistöðu íþróttabúnaðar, dregið úr þyngd og aukið endingu efnisins.
3. Ljósaiðnaður:Skandíum joðíðer notað sem fylliefni í hástyrks xenon lömpum. Slíkar perur eru notaðar í ljósmyndun, kvikmyndagerð, sviðslýsingu og lækningatækjum vegna þess að litrófseiginleikar þeirra eru mjög nálægt náttúrulegu sólarljósi.
4. Eldsneytisfrumur:Scandium álfinnur einnig notkun í fastoxíð eldsneytisfrumum (SOFC). Í þessum rafhlöðum,skandíum-álblendier notað sem rafskautsefni, sem hefur mikla leiðni og stöðugleika, sem hjálpar til við að bæta skilvirkni og afköst eldsneytisfrumna.
5. Vísindarannsóknir: Scandium er notað sem skynjaraefni í vísindarannsóknum. Í kjarnaeðlisfræðitilraunum og öreindahröðlum eru skandíumscintillation kristallar notaðir til að greina geislun og agnir.
6. Önnur notkun: Scandium er einnig notað sem háhita ofurleiðari og í sumum sérstökum málmblöndur til að bæta eiginleika málmblöndunnar. Vegna yfirburða frammistöðu scandium í rafskautsferlinu er það einnig notað við framleiðslu á rafskautsefnum fyrir litíum rafhlöður og önnur rafeindatæki.

Það er mikilvægt að hafa í huga að þrátt fyrir mörg notkunargildi er framleiðsla og notkun scandium takmörkuð og tiltölulega dýr vegna hlutfallslegs skorts, þannig að það þarf að huga vel að kostnaði og valkostum þegar það er notað.

Eðliseiginleikar Scandium Element

1. Atómuppbygging: Kjarni skandíums samanstendur af 21 róteind og inniheldur venjulega 20 nifteindir. Þess vegna er staðall atómþyngd þess (hlutfallslegur atómmassi) um 44,955908. Hvað varðar frumeindabyggingu er rafeindauppsetning skandíums 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s².
2. Eðlisástand: Scandium er fast við stofuhita og hefur silfurhvítt útlit. Líkamlegt ástand þess getur breyst eftir breytingum á hitastigi og þrýstingi.
3. Þéttleiki: Þéttleiki skandíums er um 2.989 g/cm3. Þessi tiltölulega lági þéttleiki gerir það að léttum málmi.
4. Bræðslumark: Bræðslumark scandium er um 1541 gráður á Celsíus (2806 gráður á Fahrenheit), sem gefur til kynna að það hafi tiltölulega hátt bræðslumark. 5. Suðumark: Scandium hefur suðumark um 2836 gráður á Celsíus (5137 gráður á Fahrenheit), sem þýðir að það þarf hátt hitastig til að gufa upp.
6. Rafleiðni: Scandium er góður rafleiðari, með hæfilega rafleiðni. Þó að það sé ekki eins gott og algeng leiðandi efni eins og kopar eða ál, er það samt gagnlegt í sumum sérstökum forritum, svo sem rafgreiningarfrumum og geimferðum.
7. Varmaleiðni: Scandium hefur tiltölulega mikla hitaleiðni, sem gerir það að góðum hitaleiðara við háan hita. Þetta er gagnlegt í sumum háhitaforritum.
8. Kristallsbygging: Scandium er með sexhyrndri þéttpakkaðri kristalbyggingu, sem þýðir að frumeindum þess er pakkað í þéttpakkaða sexhyrninga í kristalnum.
9. Segulmagn: Scandium er diamagnetic við stofuhita, sem þýðir að það dregur ekki eða hrindir frá sér af segulsviðum. Segulhegðun þess tengist rafrænni uppbyggingu þess.
10. Geislavirkni: Allar stöðugar samsætur skandíums eru ekki geislavirkar, svo það er ógeislavirkt frumefni.

Scandium er tiltölulega léttur málmur með hábræðslumarki með nokkrum sérstökum notum, sérstaklega í loftrýmisiðnaði og efnisfræði. Þó að það sé ekki almennt að finna í náttúrunni, gera eðlisfræðilegir eiginleikar þess það einstaklega gagnlegt á nokkrum sviðum.

Efnafræðilegir eiginleikar skandíums

Scandium er umbreytingarmálm frumefni.
1. Atómbygging: Atómbygging Scandium samanstendur af 21 róteind og venjulega um 20 nifteindum. Rafeindastilling hennar er 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s², sem gefur til kynna að það hafi eitt ófyllt d ​​sporbraut.
2. Efnatákn og lotunúmer: Efnatákn Scandium er Sc og lotunúmer þess er 21.
3. Rafneikvæðni: Scandium hefur tiltölulega litla rafneikvæðni sem er um það bil 1,36 (samkvæmt Páls rafneikvæðni). Þetta þýðir að það hefur tilhneigingu til að missa rafeindir til að mynda jákvæðar jónir.
4. Oxunarástand: Skandíum er venjulega til í +3 oxunarástandi, sem þýðir að það hefur misst þrjár rafeindir til að mynda Sc³⁺ jónina. Þetta er algengasta oxunarástand þess. Þó að Sc²⁺ og Sc⁴⁺ séu líka mögulegar eru þær minna stöðugar og sjaldgæfari.
5. Efnasambönd: Scandium myndar aðallega efnasambönd með frumefnum eins og súrefni, brennisteini, köfnunarefni og vetni. Sum algeng scandium efnasambönd innihaldaskandíumoxíð (Sc2O3) og skandíumhalíð (svo semskandíumklóríð, ScCl3).
6. Hvarfgirni: Scandium er tiltölulega hvarfgjarn málmur, en hann oxast hratt í lofti og myndar oxíðfilmu af skandíumoxíði, sem kemur í veg fyrir frekari oxunarhvörf. Þetta gerir skandíum einnig tiltölulega stöðugt og hefur nokkra tæringarþol.
7. Leysni: Scandium leysist hægt upp í flestum sýrum, en leysist auðveldara upp við basískar aðstæður. Það er óleysanlegt í vatni vegna þess að oxíðfilmur þess kemur í veg fyrir frekari viðbrögð við vatnssameindum.

8. Lantaníð-líkir efnafræðilegir eiginleikar: Efnaeiginleikar Scandium eru svipaðir og í lanthaníð röðinni (lanthanum, gadólín, neodymium, o.s.frv.), svo það er stundum flokkað sem lanthaníð-líkt frumefni. Þessi líkindi endurspeglast aðallega í jónadíusnum, eiginleikum efnasambanda og nokkurri hvarfvirkni.
9. Samsætur: Scandium hefur margar samsætur, aðeins sumar þeirra eru stöðugar. Stöðugasta samsætan er Sc-45, sem hefur langan helmingunartíma og er ekki geislavirk.

Scandium er tiltölulega sjaldgæft frumefni, en vegna einstakra efnafræðilegra og eðlisfræðilegra eiginleika þess gegnir það mikilvægu hlutverki á nokkrum notkunarsviðum, sérstaklega í fluggeimiðnaði, efnisvísindum og sumum hátækniforritum.

Líffræðilegir eiginleikar skandíums

Scandium er ekki algengt frumefni í náttúrunni. Þess vegna hefur það enga líffræðilega eiginleika í lífverum. Líffræðilegir eiginleikar fela venjulega í sér líffræðilega virkni, líffræðilega frásog, umbrot og áhrif frumefna á lífverur. Þar sem skandíum er ekki frumefni sem er nauðsynlegt fyrir líf, hafa engar þekktar lífverur líffræðilega þörf eða notkun fyrir skandíum.
Áhrif skandíums á lífverur tengjast einkum geislavirkni þess. Sumar samsætur skandíums eru geislavirkar, þannig að ef mannslíkaminn eða aðrar lífverur verða fyrir geislavirku skandíum getur það valdið hættulegri geislun. Þetta ástand kemur venjulega fram við sérstakar aðstæður eins og kjarnorkurannsóknir, geislameðferð eða kjarnorkuslys.
Scandium hefur ekki jákvæð samskipti við lífverur og það er geislunarhætta. Þess vegna er það ekki mikilvægur þáttur í lífverum.

Skandíum er tiltölulega sjaldgæft frumefni og dreifing þess í náttúrunni er tiltölulega takmörkuð. Hér er ítarleg kynning á dreifingu skandíums í náttúrunni:

1. Innihald í náttúrunni: Skandíum er til í tiltölulega litlu magni í jarðskorpunni. Meðalinnihald í jarðskorpunni er um 0,0026 mg/kg (eða 2,6 hlutar á milljón). Þetta gerir skandíum að einu af sjaldgæfari frumefnum í jarðskorpunni.

2. Uppgötvun í steinefnum: Þrátt fyrir takmarkað innihald er skandíum að finna í ákveðnum steinefnum, aðallega í formi oxíða eða silíkata. Sum steinefni sem innihalda scandium eru skandianít og dólómít.

3. Útdráttur skandíums: Vegna takmarkaðrar dreifingar í náttúrunni er tiltölulega erfitt að vinna út hreint skandíum. Venjulega fæst skandíum sem aukaafurð álbræðsluferlisins, eins og það gerist með áli í báxíti.

4. Landfræðileg dreifing: Scandium er dreift á heimsvísu, en ekki jafnt. Sum lönd eins og Kína, Rússland, Noregur, Svíþjóð og Brasilía hafa ríkar skandíuminnstæður, en önnur svæði hafa þær sjaldan.

Þrátt fyrir að skandíum hafi takmarkaða dreifingu í náttúrunni gegnir það mikilvægu hlutverki í sumum hátækni- og iðnaðarnotkun, svo

Útdráttur og bræðsla Scandium frumefnis

Scandium er sjaldgæft málmþáttur og námu- og útdráttarferli þess eru nokkuð flókið. Eftirfarandi er ítarleg kynning á námu- og útdráttarferli scandium frumefnis:

1. Útdráttur scandium: Skandíum er ekki til í frumefni sínu í náttúrunni, en er venjulega til í snefilmagni í málmgrýti. Helstu scandium málmgrýti eru vanadíum scandium málmgrýti, zircon málmgrýti og yttrium málmgrýti. Skandíuminnihaldið í þessum málmgrýti er tiltölulega lágt.

Ferlið við að draga út skandíum felur venjulega í sér eftirfarandi skref:

a. Námuvinnsla: grafa upp málmgrýti sem inniheldur skandíum.

b. Mylnun og málmgrýtivinnsla: Mylja og vinna málmgrýti til að aðgreina nytjagrýti frá úrgangsbergi.

c. Flot: Með flotferlinu eru málmgrýti sem innihalda skandíum aðskilin frá öðrum óhreinindum.

d. Upplausn og minnkun: Skandíumhýdroxíð er venjulega leyst upp og síðan minnkað í málmskandíum með afoxunarefni (venjulega áli).

e. Rafgreiningarútdráttur: Minnka skandíum er dregið út með rafgreiningarferli til að fá háan hreinleikaskandíum málmur.

3. Hreinsun skandíums: Með mörgum upplausnar- og kristöllunarferlum er hægt að bæta hreinleika skandíums enn frekar. Algeng aðferð er að aðskilja og kristalla skandíumsambönd með klórunar- eða kolsýringarferlum til að fáháhreint skandíum.

Það skal tekið fram að vegna skorts á skandíum krefjast útdráttar- og hreinsunarferlar mjög nákvæma efnaverkfræði og mynda venjulega umtalsvert magn af úrgangi og aukaafurðum. Þess vegna er námuvinnsla og útdráttur scandium frumefnis flókið og dýrt verkefni, venjulega ásamt námu- og útdráttarferli annarra þátta til að bæta hagkvæmni.

Greiningaraðferðir scandium
1. Atómgleypnigreining (AAS): Atómgleypnigreining er almennt notuð megindleg greiningaraðferð sem notar frásogsróf á ákveðnum bylgjulengdum til að ákvarða styrk skandíums í sýni. Það úðar sýnið sem á að prófa í loga og mælir síðan frásogsstyrk skandíums í sýninu í gegnum litrófsmæli. Þessi aðferð er hentug til að greina snefilstyrk skandíums.
2. Inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES): Inductively coupled plasma optical emission spectrometry er mjög næm og sértæk greiningaraðferð sem er mikið notuð í fjölþáttagreiningu. Það atomizes sýnið og myndar plasma, og ákvarðar sérstaka bylgjulengd og styrkleiki skandíums losunar í litrófsmæli.
3. Inductively coupled plasma mass spectrometrie (ICP-MS): Inductively coupled plasma mass spectrometrie er mjög næm og háupplausn greiningaraðferð sem hægt er að nota til að ákvarða samsætuhlutfall og snefilefnagreiningu. Það atomizes sýnið og myndar plasma, og ákvarðar massa-til-hleðslu hlutfall skandíums í massa litrófsmæli. 4. Röntgenflúrljómunarróf (XRF): Röntgenflúrljómun notar flúrljómunarrófið sem myndast eftir að sýnið er spennt með röntgengeislum til að greina innihald frumefna. Það getur fljótt og ekki eyðileggjandi ákvarðað innihald skandíums í sýninu.
5. Bein lestur litrófsmæling: Einnig þekktur sem ljósrafmagns bein lestur litrófsmæling, það er greiningartækni sem notuð er til að greina innihald frumefna í sýni. Bein lestur litrófsmæling er byggð á meginreglunni um frumeindalosunarróf. Það notar háhita rafmagnsneista eða boga til að gufa beint upp frumefnin í sýninu úr föstu ástandi og gefa frá sér einkennandi litrófslínur í spenntu ástandi. Hver frumefni hefur einstaka losunarlínu og styrkleiki hans er í réttu hlutfalli við innihald frumefnisins í sýninu. Með því að mæla styrk þessara einkennandi litrófslína er hægt að ákvarða innihald hvers frumefnis í sýninu. Þessi aðferð er aðallega notuð til samsetningargreiningar á málmum og málmblöndur, sérstaklega í málmvinnslu, málmvinnslu, efnisfræði og öðrum sviðum.

Þessar aðferðir eru mikið notaðar á rannsóknarstofum og í iðnaði við magngreiningu og gæðaeftirlit með skandíum. Val á viðeigandi aðferð fer eftir þáttum eins og gerð sýnis, nauðsynlegum greiningarmörkum og greiningarnákvæmni.

Sérstök beiting scandium atóm frásogsaðferðar

Í frumefnamælingum hefur atómgleypni litrófsgreining mikla nákvæmni og næmni, sem veitir árangursríka leið til að rannsaka efnafræðilega eiginleika, samsetningu efnasambanda og innihald frumefna.

Næst munum við nota atómgleypni litrófsgreiningu til að mæla innihald járn frumefnis.

Sérstök skref eru sem hér segir:

Undirbúðu sýnið til að prófa. Til að útbúa lausn af sýninu sem á að mæla er almennt nauðsynlegt að nota blandaða sýru til meltingar til að auðvelda síðari mælingar.

Veldu viðeigandi atómgleypnimæli. Veldu viðeigandi atómgleypnimæli út frá eiginleikum sýnisins sem á að prófa og svið skandíuminnihalds sem á að mæla. Stilltu færibreytur atómgleypsrófsmælisins. Stilltu færibreytur atómgleypsrófsmælisins, þar á meðal ljósgjafa, úðagjafa, skynjara osfrv., Byggt á prófuðu frumefni og tækjalíkani.

Mældu gleypni scandium frumefnis. Settu sýnishornið sem á að prófa í úðabúnað og gefur frá sér ljósgeislun með ákveðinni bylgjulengd í gegnum ljósgjafa. Skandíum frumefnið sem á að prófa mun gleypa þessa ljósgeislun og gangast undir orkustigsbreytingar. Mældu gleypni scandium frumefnis í gegnum skynjara.

Reiknaðu innihald scandium frumefnis. Reiknaðu innihald scandium frumefnis út frá gleypni og stöðluðu ferli.

Í raunverulegri vinnu er nauðsynlegt að velja viðeigandi mæliaðferðir í samræmi við sérstakar þarfir staðarins. Þessar aðferðir eru mikið notaðar við greiningu og greiningu á járni á rannsóknarstofum og iðnaði.
Í lok yfirgripsmikillar kynningar okkar á skandísi vonum við að lesendur geti haft dýpri skilning og þekkingu á þessum frábæra þætti. Skandíum, sem mikilvægur þáttur í lotukerfinu, gegnir ekki aðeins lykilhlutverki á sviði vísinda, heldur hefur það einnig margs konar notkun í daglegu lífi og á öðrum sviðum.
Með því að rannsaka eiginleika, notkun, uppgötvunarferli og beitingu scandium í nútímavísindum og tækni getum við séð einstaka sjarma og möguleika þessa frumefnis. Frá loftrýmisefnum til rafhlöðutækni, frá jarðolíu til lækningatækja, gegnir skandíum lykilhlutverki.
Auðvitað verðum við líka að gera okkur grein fyrir því að þó skandíum færi okkur þægindi í líf okkar, þá hefur það einnig hugsanlega áhættu. Þess vegna, á meðan við þurfum að njóta ávinningsins af scandium, verðum við einnig að borga eftirtekt til sanngjarnrar notkunar og staðlaðrar notkunar til að forðast hugsanleg vandamál.Scandium er þáttur sem verðugt er ítarlegri rannsókn og skilningi okkar. Í framtíðarþróun vísinda og tækni, gerum við ráð fyrir að scandium muni nýta einstaka kosti sína á fleiri sviðum og koma með meiri þægindi og koma á óvart í lífi okkar.