21 Scandium жана анын кеңири колдонулган сыноо ыкмалары
Табышмактарга жана кооздукка толгон элементтердин бул дүйнөсүнө кош келиңиз. Бүгүн биз өзгөчө элементти чогуу изилдейбиз -скандий. Бул элемент күнүмдүк жашообузда көп кездешпесе да, илимде жана өндүрүштө маанилүү ролду ойнойт.
Скандий, бул кереметтүү элемент, көптөгөн кереметтүү касиеттерге ээ. Бул сейрек кездешүүчү элементтердин үй-бүлө мүчөсү. Башка сыяктуусейрек кездешүүчү жер элементтери, скандийдин атомдук түзүлүшү сырга толгон. Дал ушул уникалдуу атомдук түзүлүштөр скандийди физикада, химияда жана материал таанууда алмаштыргыс роль ойнойт.
Скандиумдун ачылышы бурулуштарга жана кыйынчылыктарга толгон. Ал 1841-жылы, швед химиги Л.Ф.Нилсон (1840-1899) тазаланган элементтерден башка элементтерди бөлүүгө үмүттөнгөндөн башталган.эрбиумжеңил металлдарды изилдеп жатканда жер. Нитраттарды 13 жолу жарым-жартылай ажыратуудан кийин акыры 3,5 г тазаиттербийжер. Бирок, ал алган итербийдин атомдук салмагы Малинак мурда берген итербийдин атомдук салмагына дал келбей турганын аныктады. Курч көздүү Нельсон анда кандайдыр бир жеңил элемент болушу мүмкүн экенин түшүндү. Ошентип, ал ошол эле процесс менен алган итербийди иштетүүнү улантты. Акыр-аягы, үлгүнүн ондон бир бөлүгү гана калганда, өлчөнгөн атомдук салмагы 167,46 чейин төмөндөдү. Бул натыйжа иттрийдин атомдук салмагына жакын, ошондуктан Нельсон аны "Скандий" деп атаган.
Нельсон скандийди ачканына карабастан, сейрек кездешүүчү жана бөлүнүү кыйынчылыгынан улам илимий чөйрөнүн көңүлүн бурган эмес. Сейрек кездешүүчү элементтерди изилдөө тенденцияга айланган 19-кылымдын аягында гана скандий кайра ачылып, изилдене баштаган.
Ошентип, келгиле, скандийди изилдөө сапарына чыгалы, анын сырын ачып, кадимкидей көрүнгөн, бирок чындыгында сүйкүмдүү элементти түшүнөбүз.
Скандийдин колдонуу талаалары
Скандийдин символу - Sc, атомдук номери 21. Элемент жумшак, күмүш-ак өткөөл металл. Скандий жер кыртышында жалпы элемент эмес болсо да, ал негизинен төмөнкү аспектилерде көптөгөн маанилүү колдонуу талаалары бар:
1. Аэрокосмостук өнөр жай: Scandium алюминий учак конструкцияларында, кыймылдаткыч тетиктерин жана аэрокосмостук өнөр жай ракета өндүрүшүндө колдонулган жеңил, жогорку күч эритме болуп саналат. Скандийдин кошулушу эритменин бекемдигин жана коррозияга туруктуулугун жакшыртып, эритменин тыгыздыгын азайтып, аэрокосмостук жабдууларды жеңилирээк жана бышык кылат.
2. Велосипеддер жана спорттук шаймандар:Скандий алюминийошондой эле велосипеддерди, гольф клубдарын жана башка спорттук шаймандарды жасоодо колдонулат. Анын мыкты күчү жана жеңилдигинен улам,скандий эритмесиспорттук жабдуулардын иштешин жакшыртат, салмагын азайтат жана материалдын бышыктыгын жогорулатат.
3. Жарык өнөр жайы:Скандий йодиджогорку интенсивдүүлүктөгү ксенондук лампаларда толтургуч катары колдонулат. Мындай лампалар фотографияда, кино тартууда, сахнаны жарыктандырууда, медициналык жабдууларда колдонулат, анткени алардын спектралдык мүнөздөмөлөрү табигый күн нуруна абдан жакын.
4. Күйүүчү май клеткалары:Скандий алюминийошондой эле катуу оксиддик отун клеткаларында (SOFCs) колдонууну табат. Бул батареяларда,скандий-алюминий эритмесианоддук материал катары колдонулат, ал жогорку өткөрүмдүүлүккө жана туруктуулукка ээ, күйүүчү май клеткаларынын эффективдүүлүгүн жана иштешин жакшыртууга жардам берет.
5. Илимий изилдөө: Скандий илимий изилдөөдө детектордук материал катары колдонулат. Ядролук физика эксперименттеринде жана бөлүкчөлөрдүн тездеткичтеринде радиацияны жана бөлүкчөлөрдү аныктоо үчүн скандий сцинтилляциялык кристаллдары колдонулат.
6. Башка колдонмолор: Scandium, ошондой эле жогорку температура супер өткөргүч катары колдонулат жана эритмесин касиеттерин жакшыртуу үчүн кээ бир атайын эритмелери. Аноддоштуруу процессинде скандийдин мыкты иштешине байланыштуу литий батареялары жана башка электрондук приборлор үчүн электрод материалдарын өндүрүүдө да колдонулат.
Көптөгөн колдонууга карабастан, скандиумдун өндүрүшү жана колдонулушу чектелген жана салыштырмалуу аздыгынан салыштырмалуу кымбат экенин белгилей кетүү маанилүү, ошондуктан аны колдонууда анын наркын жана альтернативаларын кылдаттык менен карап чыгуу керек.
Скандий элементинин физикалык касиеттери
1. Атомдук түзүлүш: Скандийдин ядросу 21 протондон турат жана адатта 20 нейтронду камтыйт. Демек, анын стандарттык атомдук салмагы (салыштырмалуу атомдук масса) болжол менен 44,955908. Атомдук түзүлүш боюнча скандийдин электрон конфигурациясы 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s².
2. Физикалык абалы: Скандий бөлмө температурасында катуу жана күмүш ак түстө болот. Анын физикалык абалы температуранын жана басымдын өзгөрүшүнө жараша өзгөрүшү мүмкүн.
3. Тыгыздыгы: Скандийдин тыгыздыгы болжол менен 2,989 г/см3. Бул салыштырмалуу төмөн тыгыздык аны жеңил металл кылат.
4. Эрүү чекити: Скандийдин эрүү температурасы болжол менен 1541 градус Цельсий (2806 градус Фаренгейт), бул анын салыштырмалуу жогорку эрүү температурасына ээ экенин көрсөтүп турат. 5. Кайноо чекити: Скандийдин кайноо температурасы болжол менен 2836 градус Цельсий (5137 градус Фаренгейт), бул буулануу үчүн жогорку температураны талап кылат дегенди билдирет.
6. Электр өткөргүчтүк: Scandium акылга сыярлык электр өткөрүмдүүлүк менен, электр жакшы өткөргүч болуп саналат. Жез же алюминий сыяктуу жалпы өткөргүч материалдар сыяктуу жакшы болбосо да, ал дагы эле кээ бир атайын колдонмолордо, мисалы, электролиттик клеткаларда жана аэрокосмостук колдонмолордо пайдалуу.
7. Жылуулук өткөргүчтүк: Scandium жогорку температурада жакшы жылуулук өткөргүч кылып, салыштырмалуу жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүккө ээ. Бул кээ бир жогорку температура колдонмолордо пайдалуу.
8. Кристалл структурасы: Скандий алты бурчтуу тыгыз кристалл структурасына ээ, бул анын атомдору кристаллда тыгыз жайгашкан алты бурчтуктарга жыйылганын билдирет.
9. Магнитизм: Скандий бөлмө температурасында диамагниттик, башкача айтканда, магнит талаасы тартылбайт же түртүлбөйт. Анын магниттик жүрүм-туруму анын электрондук түзүлүшүнө байланыштуу.
10. Радиоактивдүүлүк: Скандийдин бардык туруктуу изотоптору радиоактивдүү эмес, ошондуктан ал радиоактивдүү эмес элемент.
Скандий - бул салыштырмалуу жеңил, эрүү чекити жогору металл, өзгөчө аэрокосмостук өнөр жайда жана материал таанууда бир нече атайын колдонмолору бар. Ал табиятта көп кездешпесе да, анын физикалык касиеттери аны бир нече багытта уникалдуу пайдалуу кылат.
Скандийдин химиялык касиеттери
Скандий өткөөл металл элементи болуп саналат.
1. Атомдук түзүлүш: Скандийдин атомдук түзүлүшү 21 протондон жана адатта 20га жакын нейтрондон турат. Анын электрон конфигурациясы 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s², бул анын бир толтурулбаган d орбиталына ээ экенин көрсөтүп турат.
2. Химиялык белгиси жана атомдук номери: Скандийдин химиялык белгиси Sc, атомдук номери 21.
3. Electronegativity: Scandium 1,36 жөнүндө (Павел electronegativity ылайык) салыштырмалуу төмөн electronegativity бар. Бул оң иондорду түзүү үчүн электрондорду жоготууга жакын экенин билдирет.
4. Кычкылдануу абалы: Скандий адатта +3 кычкылдануу абалында болот, демек ал Sc³⁺ ионун пайда кылуу үчүн үч электронун жоготкон. Бул анын эң кеңири таралган кычкылдануу абалы. Sc²⁺ жана Sc⁴⁺ да мүмкүн болсо да, алар азыраак туруктуу жана азыраак таралган.
5. Кошулмалар: Скандий негизинен кычкылтек, күкүрт, азот жана суутек сыяктуу элементтер менен кошулмаларды түзөт. Кээ бир жалпы скандий кошулмалар киретскандий оксиди (Sc2O3) жана скандий галогениддери (мисалыскандий хлориди, ScCl3).
6. Реактивдүүлүк: Скандий салыштырмалуу реактивдүү металл, бирок ал абада тез кычкылданат, скандий кычкылынын оксид пленкасын түзөт, бул андан ары кычкылдануу реакцияларына жол бербейт. Бул ошондой эле скандийди салыштырмалуу туруктуу кылат жана кээ бир коррозияга туруштук берет.
7. Эригичтиги: Скандий көпчүлүк кислоталарда жай эрийт, бирок щелочтук шарттарда оңой эрийт. Ал сууда эрибейт, анткени анын оксид пленкасы суу молекулалары менен кийинки реакцияларга жол бербейт.
8. Лантанид сымал химиялык касиеттери: Скандийдин химиялык касиеттери лантаниддер сериясына окшош (лантан, гадолиний, неодимж.б.), ошондуктан ал кээде лантанид сымал элемент катары классификацияланат. Бул окшоштук негизинен иондук радиуста, кошулма касиетинде жана кээ бир реактивдүүлүктө чагылдырылат.
9. Изотоптор: Скандийдин бир нече изотоптору бар, алардын айрымдары гана туруктуу. Эң туруктуу изотоп Sc-45, жарым ажыроо мезгили узак жана радиоактивдүү эмес.
Скандий салыштырмалуу сейрек кездешүүчү элемент, бирок анын уникалдуу химиялык жана физикалык касиеттеринен улам, ал бир нече колдонуу чөйрөсүндө, өзгөчө аэрокосмостук өнөр жайда, материал таанууда жана кээ бир жогорку технологиялык колдонмолордо маанилүү роль ойнойт.
Скандийдин биологиялык касиеттери
Скандий табиятта кеңири таралган элемент эмес. Демек, анын организмдерде биологиялык касиеттери жок. Биологиялык касиеттерге адатта биологиялык активдүүлүк, биологиялык сиңирүү, зат алмашуу жана элементтердин тирүү организмдерге тийгизген таасири кирет. Скандий жашоо үчүн маанилүү элемент болбогондуктан, белгилүү бир организмдердин биологиялык муктаждыгы же скандийдин колдонулушу жок.
Скандийдин организмдерге тийгизген таасири негизинен анын радиоактивдүүлүгүнө байланыштуу. Скандийдин кээ бир изотоптору радиоактивдүү, ошондуктан адамдын денеси же башка организмдер радиоактивдүү скандийге дуушар болушса, ал коркунучтуу радиациянын таасирине алып келиши мүмкүн. Бул жагдай, адатта, ядролук илим изилдөө, радиотерапия же өзөктүк кырсыктар сыяктуу өзгөчө кырдаалдарда пайда болот.
Скандий организмдер менен пайдалуу өз ара аракеттенбейт жана радиациялык коркунуч бар. Ошондуктан, ал организмдердин маанилүү элементи эмес.
Скандий салыштырмалуу сейрек кездешүүчү химиялык элемент жана табиятта анын таралышы салыштырмалуу чектелген. Бул жерде скандийдин табиятта таралышы жөнүндө кеңири маалымат берилген:
1. Табияттагы мазмун: Скандий жер кыртышында салыштырмалуу аз өлчөмдө болот. Жер кыртышынын орточо мазмуну болжол менен 0,0026 мг/кг (же миллиондо 2,6 бөлүк). Бул скандийди жер кыртышындагы сейрек кездешүүчү элементтердин бири кылат.
2. Минералдардын ачылышы: чектелген мазмунуна карабастан, скандий кээ бир минералдарда, негизинен оксиддер же силикаттар түрүндө кездешет. Скандий камтыган кээ бир минералдарга скандианит жана доломит кирет.
3. Скандийди экстракциялоо: Табиятта таралышы чектелүү болгондуктан, таза скандийди алуу салыштырмалуу кыйын. Адатта, скандий алюминий эритүү процессинин кошумча продуктусу катары алынат, анткени ал алюминий менен бокситте кездешет.
4. Географиялык бөлүштүрүү: Скандий бүткүл дүйнөгө таралган, бирок бирдей эмес. Кытай, Россия, Норвегия, Швеция жана Бразилия сыяктуу кээ бир өлкөлөрдө скандий кендери бай, ал эми башка аймактарда сейрек кездешет.
Скандий табиятта чектелген таралышына карабастан, кээ бир жогорку технологиялык жана өнөр жайлык колдонмолордо маанилүү ролду ойнойт, ошондуктан анын
Скандий элементин алуу жана эритүү
Скандий сейрек кездешүүчү металл элементи болуп саналат жана аны казып алуу жана алуу процесстери бир топ татаал. Төмөндө скандий элементин казып алуу жана казып алуу процессине толук киришүү болуп саналат:
1. Скандийдин алынышы: Скандий табиятта өзүнүн элементардык түрүндө жок, бирок көбүнчө рудаларда издүү өлчөмдө болот. Негизги скандий рудаларына ванадий скандий рудалары, циркон рудалары жана иттрий рудалары кирет. Бул рудалардагы скандийдин курамы салыштырмалуу төмөн.
Скандийди алуу процесси, адатта, төмөнкү кадамдарды камтыйт:
а. Кен казуу: скандий камтыган рудаларды казуу.
б. Майдалоо жана руданы кайра иштетүү: Пайдалуу рудаларды бош тектерден бөлүү үчүн рудаларды майдалоо жана кайра иштетүү.
в. Флотация: Флотация процесси аркылуу скандий камтыган рудалар башка аралашмалардан бөлүнөт.
г. Эритүү жана кыскартуу: Скандий гидроксиди адатта эрийт, андан кийин редукциялоочу агент (көбүнчө алюминий) менен металлдык скандийге чейин кыскартылат.
д. Электролиттик экстракция: кыскартылган скандий жогорку тазалыкты алуу үчүн электролиттик процесс аркылуу алынат.скандий металл.
3. Скандийди тазалоо: бир нече эритүү жана кристаллдашуу процесстери аркылуу скандийдин тазалыгын андан ары жакшыртууга болот. Жалпы ыкма скандий кошулмаларын хлордоо же карбонациялоо процесстери аркылуу бөлүп алуу жана кристаллдаштыруу болуп саналат.жогорку тазалыктагы скандий.
Белгилей кетчү нерсе, скандийдин жетишсиздигинен улам, казып алуу жана тазалоо процесстери өтө так химиялык инженерияны талап кылат жана адатта калдыктардын жана кошумча продуктулардын олуттуу көлөмүн жаратат. Ошондуктан, скандий элементин казып алуу жана казып алуу татаал жана кымбат долбоор болуп саналат, адатта, экономикалык натыйжалуулукту жогорулатуу үчүн башка элементтерди казып алуу жана казып алуу процесси менен айкалышат.
Скандийди аныктоо ыкмалары
1. Атомдук абсорбциялык спектрометрия (ААС): Атомдук абсорбциялык спектрометрия — үлгүдөгү скандийдин концентрациясын аныктоо үчүн белгилүү бир толкун узундуктарындагы абсорбция спектрлерин колдонгон кеңири колдонулган сандык анализ ыкмасы. Ал жалында сыналуучу үлгүнү атомизациялайт, анан спектрометр аркылуу үлгүдөгү скандийдин сиңирүү интенсивдүүлүгүн өлчөйт. Бул ыкма скандийдин изи концентрациясын аныктоо үчүн ылайыктуу.
2. Индуктивдүү туташкан плазмалык оптикалык эмиссия спектрометриясы (ICP-OES): Индуктивдүү кошулган плазмалык оптикалык эмиссия спектрометриясы – көп элементтүү анализде кеңири колдонулган өтө сезгич жана тандалма аналитикалык ыкма. Ал үлгүнү атомизациялап, плазманы түзөт жана спектрометрде скандий эмиссиясынын өзгөчө толкун узундугун жана интенсивдүүлүгүн аныктайт.
3. Индуктивдүү туташкан плазма масс-спектрометриясы (ICP-MS): Индуктивдүү кошулган плазма масса спектрометриясы - изотоптордун катышын аныктоо жана микроэлементтерди талдоо үчүн колдонулушу мүмкүн болгон өтө сезгич жана жогорку резолюциялуу аналитикалык метод. Ал үлгүнү атомизациялап, плазманы түзөт жана масс-спектрометрде скандийдин масса-зарядга катышын аныктайт. 4. Рентгендик флуоресценттик спектрометрия (XRF): Рентгендик флуоресценттик спектрометрия элементтердин мазмунун талдоо үчүн үлгү рентген нурлары менен дүүлүккөндөн кийин пайда болгон флуоресценция спектрин колдонот. Ал үлгүдөгү скандийдин мазмунун тез жана кыйратпай аныктай алат.
5. Түздөн-түз окуу спектрометрия: Ошондой эле photoelectric түз окуу спектрометрия катары белгилүү, ал бир sample.Direct окуу спектрометрия элементтердин мазмунун талдоо үчүн колдонулган аналитикалык ыкма атомдук эмиссия спектрометрия принцибине негизделген. Ал катуу абалдан үлгүдөгү элементтерди түз буулантуу жана толкунданган абалда мүнөздүү спектрдик сызыктарды чыгаруу үчүн жогорку температурадагы электр учкундарын же жааларын колдонот. Ар бир элементтин уникалдуу эмиссия сызыгы бар жана анын интенсивдүүлүгү үлгүдөгү элементтин мазмунуна пропорционалдуу. Бул мүнөздүү спектрдик сызыктардын интенсивдүүлүгүн өлчөө менен үлгүдөгү ар бир элементтин мазмунун аныктоого болот. Бул ыкма негизинен металлдардын жана эритмелердин курамын талдоо үчүн, өзгөчө металлургия, металл иштетүү, материал таануу жана башка тармактарда колдонулат.
Бул методдор скандийдин сандык анализи жана сапатын контролдоо үчүн лабораторияда жана өнөр жайда кеңири колдонулат. Тиешелүү ыкманы тандоо үлгүнүн түрү, талап кылынган аныктоо чеги жана аныктоонун тактыгы сыяктуу факторлордон көз каранды.
Скандий атомдук абсорбция ыкмасынын өзгөчө колдонулушу
Элементтерди өлчөөдө атомдук абсорбциялык спектроскопия элементтердин химиялык касиеттерин, составын жана мазмунун изилдөө үчүн эффективдүү каражатты камсыз кылуучу жогорку тактыкка жана сезгичтикке ээ.
Андан кийин, биз темир элементтин мазмунун өлчөө үчүн атомдук абсорбциялык спектроскопияны колдонобуз.
конкреттүү кадамдар болуп төмөнкүлөр саналат:
Сыноо үчүн үлгүнү даярдаңыз. Өлчөө үчүн үлгүнүн эритмесин даярдоо үчүн, адатта, кийинки өлчөөлөрдү жеңилдетүү максатында сиңирүү үчүн аралаш кислотаны колдонуу керек.
Ылайыктуу атомдук абсорбциялык спектрометрди тандаңыз. Текшере турган үлгүнүн касиеттерине жана өлчөнө турган скандий мазмунунун диапазонуна жараша ылайыктуу атомдук абсорбциялык спектрометрди тандаңыз. Атомдук абсорбциялык спектрометрдин параметрлерин тууралоо. Атомдук абсорбциялык спектрометрдин параметрлерин, анын ичинде жарык булагы, атомизатор, детектор ж.
Скандий элементинин абсорбентин өлчөө. Сыноо үчүн үлгүнү атомизаторго салыңыз жана жарык булагы аркылуу белгилүү бир толкун узундуктагы жарык нурун чыгарыңыз. Текшере турган скандий элементи бул жарык нурлануусун өзүнө сиңирип, энергия деңгээлинин өтүүсүнө өтөт. Детектор аркылуу скандий элементинин абсорбентин өлчөө.
Скандий элементинин мазмунун эсептеңиз. Скандий элементинин мазмунун абсорбенциянын жана стандарттык ийри сызыктын негизинде эсептеңиз.
Иш жүзүндө, бул сайттын өзгөчө муктаждыктарына ылайык өлчөө ыкмаларын тандоо зарыл. Бул ыкмалар лабораторияларда жана өндүрүштө темирди анализдөө жана аныктоодо кеңири колдонулат.
Скандиумга кеңири кириш сөзүбүздүн аягында окурмандар бул кереметтүү элементти тереңирээк түшүнүүгө жана билимге ээ болот деп үмүттөнөбүз. Скандий мезгилдик системанын маанилүү элементи катары илим тармагында гана негизги ролду ойнобостон, күнүмдүк жашоодо жана башка тармактарда да кеңири колдонууга ээ.
Скандийдин касиеттерин, колдонулушун, ачылыш процессин жана заманбап илимде жана техникада колдонулушун изилдөө менен биз бул элементтин уникалдуу жагымдуулугун жана потенциалын көрө алабыз. Аэрокосмостук материалдардан батареянын технологиясына, нефтехимиядан медициналык жабдууларга чейин скандий негизги ролду ойнойт.
Албетте, скандиум жашообузга ыңгайлуулук алып келгени менен, анын кээ бир потенциалдуу тобокелдиктери бар экенин да түшүнүшүбүз керек. Ошондуктан, биз скандийдин артыкчылыктарынан ырахат алышыбыз керек, бирок мүмкүн болгон көйгөйлөрдөн качуу үчүн акылга сыярлык колдонууга жана стандартташтырылган колдонууга көңүл бурушубуз керек. Scandium биздин терең изилдөөгө жана түшүнүүгө татыктуу элемент. Илим менен технологиянын келечектеги өнүгүүсүндө, биз скандиум өзүнүн уникалдуу артыкчылыктарын көбүрөөк тармактарда ойноп, жашообузга көбүрөөк ыңгайлуулуктарды жана сюрприздерди алып келет деп күтөбүз.
Посттун убактысы: Ноябр-14-2024