Apakah skandium dan kaedah ujian yang biasa digunakan

21 Scandium dan kaedah ujian yang biasa digunakan

Selamat datang ke dunia yang penuh dengan misteri dan pesona ini. Hari ini, kita akan meneroka elemen istimewa bersama -skandium. Walaupun elemen ini mungkin tidak biasa dalam kehidupan seharian kita, ia memainkan peranan penting dalam sains dan industri.

Skandium, unsur yang indah ini, mempunyai banyak sifat yang menakjubkan. Ia adalah ahli keluarga unsur nadir bumi. Seperti yang lainunsur nadir bumi, struktur atom skandium penuh dengan misteri. Struktur atom unik inilah yang menjadikan skandium memainkan peranan yang tidak boleh digantikan dalam fizik, kimia dan sains bahan.

Penemuan skandium penuh dengan liku-liku dan kesusahan. Ia bermula pada tahun 1841, apabila ahli kimia Sweden LFNilson (1840~1899) berharap untuk memisahkan unsur-unsur lain daripada yang disucikan.erbiumbumi semasa mengkaji logam ringan. Selepas 13 kali penguraian separa nitrat, dia akhirnya memperoleh 3.5g tulenytterbiumbumi. Bagaimanapun, beliau mendapati berat atom ytterbium yang diperolehinya tidak sepadan dengan berat atom ytterbium yang diberikan oleh Malinac sebelum ini. Nelson yang bermata tajam menyedari bahawa mungkin terdapat unsur ringan di dalamnya. Jadi dia terus memproses ytterbium yang diperolehinya dengan proses yang sama. Akhirnya, apabila hanya satu persepuluh sampel yang tinggal, berat atom yang diukur turun kepada 167.46. Keputusan ini hampir dengan berat atom yttrium, jadi Nelson menamakannya "Scandium".

Walaupun Nelson telah menemui skandium, ia tidak menarik banyak perhatian daripada komuniti saintifik kerana jarang dan sukar untuk dipisahkan. Ia tidak sehingga akhir abad ke-19, apabila penyelidikan mengenai unsur nadir bumi menjadi trend, skandium ditemui semula dan dikaji.

Oleh itu, marilah kita memulakan perjalanan meneroka skandium ini, untuk membongkar misterinya dan memahami elemen yang kelihatan biasa tetapi sebenarnya menawan ini.

Bidang aplikasi skandium
Simbol skandium ialah Sc, dan nombor atomnya ialah 21. Unsur tersebut ialah logam peralihan lembut berwarna putih keperakan. Walaupun skandium bukan unsur biasa dalam kerak bumi, ia mempunyai banyak bidang aplikasi penting, terutamanya dalam aspek berikut:

1. Industri Aeroangkasa: Scandium aluminium ialah aloi ringan dan berkekuatan tinggi yang digunakan dalam struktur pesawat, bahagian enjin dan pembuatan peluru berpandu dalam industri aeroangkasa. Penambahan skandium boleh meningkatkan kekuatan dan rintangan kakisan aloi sambil mengurangkan ketumpatan aloi, menjadikan peralatan aeroangkasa lebih ringan dan lebih tahan lama.
2. Basikal dan Peralatan Sukan:Skandium aluminiumjuga digunakan untuk membuat basikal, kayu golf dan peralatan sukan lain. Oleh kerana kekuatan dan ringannya yang sangat baik,aloi skandiumboleh meningkatkan prestasi peralatan sukan, mengurangkan berat badan, dan meningkatkan ketahanan bahan.
3. Industri Pencahayaan:Skandium iodidadigunakan sebagai pengisi dalam lampu xenon berintensiti tinggi. Mentol sedemikian digunakan dalam fotografi, pembuatan filem, pencahayaan pentas, dan peralatan perubatan kerana ciri spektrumnya sangat dekat dengan cahaya matahari semula jadi.
4. Sel Bahan Api:Skandium aluminiumjuga menemui aplikasi dalam sel bahan api oksida pepejal (SOFC). Dalam bateri ini,aloi skandium-aluminiumdigunakan sebagai bahan anod, yang mempunyai kekonduksian dan kestabilan yang tinggi, membantu meningkatkan kecekapan dan prestasi sel bahan api.
5. Penyelidikan saintifik: Skandium digunakan sebagai bahan pengesan dalam penyelidikan saintifik. Dalam eksperimen fizik nuklear dan pemecut zarah, kristal kilauan skandium digunakan untuk mengesan sinaran dan zarah.
6. Aplikasi lain: Skandium juga digunakan sebagai superkonduktor suhu tinggi dan dalam beberapa aloi khas untuk memperbaiki sifat aloi. Oleh kerana prestasi unggul skandium dalam proses anodisasi, ia juga digunakan dalam pengeluaran bahan elektrod untuk bateri litium dan peranti elektronik lain.

Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa walaupun banyak aplikasinya, pengeluaran dan penggunaan skandium adalah terhad dan agak mahal kerana kekurangan relatifnya, jadi kos dan alternatifnya perlu dipertimbangkan dengan teliti apabila menggunakannya.

Sifat Fizikal Unsur Skandium

1. Struktur Atom: Nukleus skandium terdiri daripada 21 proton dan biasanya mengandungi 20 neutron. Oleh itu, berat atom piawainya (jisim atom relatif) adalah kira-kira 44.955908. Dari segi struktur atom, konfigurasi elektron skandium ialah 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s².
2. Keadaan Fizikal: Skandium pepejal pada suhu bilik dan mempunyai rupa putih keperakan. Keadaan fizikalnya boleh berubah bergantung kepada perubahan suhu dan tekanan.
3. Ketumpatan: Ketumpatan skandium adalah kira-kira 2.989 g/cm3. Ketumpatan yang agak rendah ini menjadikannya logam ringan.
4. Takat Lebur: Takat lebur skandium adalah kira-kira 1541 darjah Celsius (2806 darjah Fahrenheit), yang menunjukkan bahawa ia mempunyai takat lebur yang agak tinggi. 5. Takat Didih: Skandium mempunyai takat didih kira-kira 2836 darjah Celsius (5137 darjah Fahrenheit), yang bermaksud ia memerlukan suhu tinggi untuk menguap.
6. Kekonduksian Elektrik: Skandium ialah konduktor elektrik yang baik, dengan kekonduksian elektrik yang munasabah. Walaupun tidak sebaik bahan konduktif biasa seperti tembaga atau aluminium, ia masih berguna dalam beberapa aplikasi khas, seperti sel elektrolitik dan aplikasi aeroangkasa.
7. Kekonduksian Terma: Skandium mempunyai kekonduksian terma yang agak tinggi, menjadikannya konduktor terma yang baik pada suhu tinggi. Ini berguna dalam beberapa aplikasi suhu tinggi.
8. Struktur Kristal: Skandium mempunyai struktur kristal padat heksagon, yang bermaksud bahawa atomnya dibungkus ke dalam heksagon rapat dalam kristal.
9. Kemagnetan: Skandium adalah diamagnet pada suhu bilik, bermakna ia tidak tertarik atau ditolak oleh medan magnet. Tingkah laku magnetnya berkaitan dengan struktur elektroniknya.
10. Keradioaktifan: Semua isotop stabil skandium bukan radioaktif, jadi ia adalah unsur bukan radioaktif.

Skandium ialah logam takat lebur tinggi yang agak ringan dengan beberapa aplikasi khas, terutamanya dalam industri aeroangkasa dan sains bahan. Walaupun ia tidak biasa ditemui di alam semula jadi, sifat fizikalnya menjadikannya unik berguna di beberapa kawasan.

Sifat kimia skandium

Skandium ialah unsur logam peralihan.
1. Struktur atom: Struktur atom Scandium terdiri daripada 21 proton dan biasanya kira-kira 20 neutron. Konfigurasi elektronnya ialah 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s², menunjukkan bahawa ia mempunyai satu orbital d yang belum terisi.
2. Simbol kimia dan nombor atom: Simbol kimia Scandium ialah Sc, dan nombor atomnya ialah 21.
3. Keelektronegatifan: Skandium mempunyai keelektronegatifan yang agak rendah iaitu kira-kira 1.36 (mengikut keelektronegatifan Paul). Ini bermakna ia cenderung kehilangan elektron untuk membentuk ion positif.
4. Keadaan pengoksidaan: Skandium biasanya wujud dalam keadaan pengoksidaan +3, yang bermaksud ia telah kehilangan tiga elektron untuk membentuk ion Sc³⁺. Ini adalah keadaan pengoksidaan yang paling biasa. Walaupun Sc²⁺ dan Sc⁴⁺ juga mungkin, mereka kurang stabil dan kurang biasa.
5. Sebatian: Skandium terutamanya membentuk sebatian dengan unsur-unsur seperti oksigen, sulfur, nitrogen dan hidrogen. Beberapa sebatian skandium biasa termasukskandium oksida (Sc2O3) dan skandium halida (sepertiskandium klorida, ScCl3).
6. Kereaktifan: Skandium ialah logam yang agak reaktif, tetapi ia teroksida dengan cepat di udara, membentuk filem oksida skandium oksida, yang menghalang tindak balas pengoksidaan selanjutnya. Ini juga menjadikan skandium agak stabil dan mempunyai beberapa rintangan kakisan.
7. Keterlarutan: Skandium larut perlahan dalam kebanyakan asid, tetapi larut lebih mudah dalam keadaan beralkali. Ia tidak larut dalam air kerana filem oksidanya menghalang tindak balas selanjutnya dengan molekul air.

8. Sifat kimia seperti lantanida: Sifat kimia skandium adalah serupa dengan siri lantanida (lanthanum, gadolinium, neodymium, dsb.), jadi ia kadangkala dikelaskan sebagai unsur seperti lantanida. Persamaan ini terutamanya dicerminkan dalam jejari ionik, sifat kompaun dan beberapa kereaktifan.
9. Isotop: Skandium mempunyai berbilang isotop, hanya sebahagian daripadanya stabil. Isotop yang paling stabil ialah Sc-45, yang mempunyai separuh hayat yang panjang dan bukan radioaktif.

Skandium adalah unsur yang agak jarang berlaku, tetapi disebabkan beberapa sifat kimia dan fizikalnya yang unik, ia memainkan peranan penting dalam beberapa bidang aplikasi, terutamanya dalam industri aeroangkasa, sains bahan dan beberapa aplikasi berteknologi tinggi.

Sifat biologi skandium

Skandium bukan unsur biasa dalam alam semula jadi. Oleh itu, ia tidak mempunyai sifat biologi dalam organisma. Sifat biologi biasanya melibatkan aktiviti biologi, penyerapan biologi, metabolisme dan kesan unsur ke atas organisma hidup. Memandangkan skandium bukan unsur penting untuk kehidupan, tiada organisma yang diketahui mempunyai keperluan biologi atau penggunaan untuk skandium.
Kesan skandium pada organisma terutamanya berkaitan dengan radioaktivitinya. Sesetengah isotop skandium adalah radioaktif, jadi jika badan manusia atau organisma lain terdedah kepada skandium radioaktif, ia boleh menyebabkan pendedahan radiasi yang berbahaya. Keadaan ini biasanya berlaku dalam situasi tertentu seperti penyelidikan sains nuklear, radioterapi atau kemalangan nuklear.
Skandium tidak berinteraksi secara berfaedah dengan organisma dan terdapat bahaya sinaran. Oleh itu, ia bukan elemen penting dalam organisma.

Skandium adalah unsur kimia yang agak jarang berlaku, dan pengedarannya secara semula jadi agak terhad. Berikut adalah pengenalan terperinci kepada pengedaran skandium dalam alam semula jadi:

1. Kandungan dalam alam semula jadi: Skandium wujud dalam jumlah yang agak kecil dalam kerak bumi. Kandungan purata dalam kerak bumi adalah kira-kira 0.0026 mg/kg (atau 2.6 bahagian per juta). Ini menjadikan skandium salah satu unsur yang jarang ditemui dalam kerak bumi.

2. Penemuan dalam mineral: Walaupun kandungannya terhad, skandium boleh didapati dalam mineral tertentu, terutamanya dalam bentuk oksida atau silikat. Beberapa mineral yang mengandungi skandium termasuk skandianit dan dolomit.

3. Pengekstrakan skandium: Oleh kerana pengedarannya yang terhad dalam alam semula jadi, agak sukar untuk mengekstrak skandium tulen. Biasanya, skandium diperoleh sebagai hasil sampingan daripada proses peleburan aluminium, kerana ia berlaku dengan aluminium dalam bauksit.

4. Taburan geografi: Skandium diedarkan secara global, tetapi tidak sama rata. Sesetengah negara seperti China, Rusia, Norway, Sweden dan Brazil mempunyai simpanan skandium yang kaya, manakala kawasan lain jarang memilikinya.

Walaupun skandium mempunyai pengedaran terhad dalam alam semula jadi, ia memainkan peranan penting dalam beberapa aplikasi berteknologi tinggi dan perindustrian, jadi ia

Pengekstrakan dan Peleburan Unsur Skandium

Skandium ialah unsur logam yang jarang ditemui, dan proses perlombongan dan pengekstrakannya agak rumit. Berikut adalah pengenalan terperinci kepada proses perlombongan dan pengekstrakan unsur skandium:

1. Pengekstrakan skandium: Skandium tidak wujud dalam bentuk unsurnya dalam alam semula jadi, tetapi biasanya wujud dalam jumlah surih dalam bijih. Bijih skandium utama termasuk bijih vanadium skandium, bijih zirkon, dan bijih yttrium. Kandungan skandium dalam bijih ini agak rendah.

Proses mengekstrak skandium biasanya melibatkan langkah-langkah berikut:

a. Perlombongan: menggali bijih yang mengandungi skandium.

b. Penghancuran dan pemprosesan bijih: Menghancurkan dan memproses bijih untuk memisahkan bijih berguna daripada batuan sisa.

c. Pengapungan: Melalui proses pengapungan, bijih yang mengandungi skandium diasingkan daripada kekotoran lain.

d. Pembubaran dan Pengurangan: Skandium hidroksida biasanya dibubarkan dan kemudian dikurangkan kepada skandium logam oleh agen penurunan (biasanya aluminium).

e. Pengekstrakan elektrolitik: Skandium terkurang diekstrak melalui proses elektrolitik untuk mendapatkan ketulenan tinggilogam skandium.

3. Penapisan skandium: Melalui pelbagai proses pembubaran dan penghabluran, ketulenan skandium boleh dipertingkatkan lagi. Kaedah biasa ialah mengasingkan dan menghablurkan sebatian skandium melalui proses pengklorinan atau pengkarbonan untuk diperolehiskandium ketulenan tinggi.

Perlu diingatkan bahawa disebabkan oleh kekurangan skandium, proses pengekstrakan dan penapisan memerlukan kejuruteraan kimia yang sangat tepat, dan biasanya menjana sejumlah besar sisa dan produk sampingan. Oleh itu, perlombongan dan pengekstrakan unsur skandium adalah projek yang kompleks dan mahal, biasanya digabungkan dengan proses perlombongan dan pengekstrakan unsur-unsur lain untuk meningkatkan kecekapan ekonomi.

Kaedah pengesanan skandium
1. Spektrometri serapan atom (AAS): Spektrometri serapan atom ialah kaedah analisis kuantitatif yang biasa digunakan yang menggunakan spektrum serapan pada panjang gelombang tertentu untuk menentukan kepekatan skandium dalam sampel. Ia mengabuskan sampel untuk diuji dalam nyalaan, dan kemudian mengukur keamatan penyerapan skandium dalam sampel melalui spektrometer. Kaedah ini sesuai untuk pengesanan kepekatan surih skandium.
2. Spektrometri pelepasan optik plasma gandingan secara induktif (ICP-OES): Spektrometri pelepasan optik plasma gandingan secara induktif ialah kaedah analisis yang sangat sensitif dan terpilih yang digunakan secara meluas dalam analisis pelbagai unsur. Ia mengatomkan sampel dan membentuk plasma, dan menentukan panjang gelombang dan keamatan pelepasan skandium tertentu dalam spektrometer.
3. Spektrometri jisim plasma gandingan secara induktif (ICP-MS): Spektrometri jisim plasma gandingan secara induktif ialah kaedah analisis yang sangat sensitif dan resolusi tinggi yang boleh digunakan untuk penentuan nisbah isotop dan analisis unsur surih. Ia mengabuskan sampel dan membentuk plasma, dan menentukan nisbah jisim kepada cas skandium dalam spektrometer jisim. 4. Spektrometri pendarfluor sinar-X (XRF): Spektrometri pendarfluor sinar-X menggunakan spektrum pendarfluor yang dihasilkan selepas sampel teruja oleh sinar-X untuk menganalisis kandungan unsur. Ia boleh menentukan kandungan skandium dalam sampel dengan cepat dan tidak merosakkan.
5. Spektrometri bacaan langsung: Juga dikenali sebagai spektrometri bacaan langsung fotoelektrik, ia adalah teknik analisis yang digunakan untuk menganalisis kandungan unsur dalam sampel. Spektrometri bacaan langsung adalah berdasarkan prinsip spektrometri pelepasan atom. Ia menggunakan percikan api atau arka elektrik suhu tinggi untuk mengewapkan secara langsung unsur-unsur dalam sampel daripada keadaan pepejal dan memancarkan garis spektrum ciri dalam keadaan teruja. Setiap elemen mempunyai garis pelepasan yang unik, dan keamatannya adalah berkadar dengan kandungan unsur dalam sampel. Dengan mengukur keamatan garis spektrum ciri ini, kandungan setiap elemen dalam sampel boleh ditentukan. Kaedah ini digunakan terutamanya untuk analisis komposisi logam dan aloi, terutamanya dalam metalurgi, pemprosesan logam, sains bahan dan bidang lain.

Kaedah ini digunakan secara meluas dalam makmal dan industri untuk analisis kuantitatif dan kawalan kualiti skandium. Pemilihan kaedah yang sesuai bergantung kepada faktor seperti jenis sampel, had pengesanan yang diperlukan dan ketepatan pengesanan.

Aplikasi khusus kaedah penyerapan atom skandium

Dalam pengukuran unsur, spektroskopi serapan atom mempunyai ketepatan dan kepekaan yang tinggi, menyediakan cara yang berkesan untuk mengkaji sifat kimia, komposisi sebatian, dan kandungan unsur.

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

Langkah-langkah khusus adalah seperti berikut:

Sediakan sampel untuk diuji. Untuk menyediakan larutan sampel yang akan diukur, secara amnya perlu menggunakan asid campuran untuk penghadaman bagi memudahkan pengukuran seterusnya.

Pilih spektrometer serapan atom yang sesuai. Pilih spektrometer serapan atom yang sesuai berdasarkan sifat sampel yang akan diuji dan julat kandungan skandium yang akan diukur. Laraskan parameter spektrometer serapan atom. Laraskan parameter spektrometer serapan atom, termasuk sumber cahaya, pengabut, pengesan, dsb., berdasarkan elemen dan model instrumen yang diuji.

Ukur penyerapan unsur skandium. Letakkan sampel yang akan diuji ke dalam pengabut dan pancarkan sinaran cahaya dengan panjang gelombang tertentu melalui sumber cahaya. Unsur skandium yang akan diuji akan menyerap sinaran cahaya ini dan menjalani peralihan tahap tenaga. Ukur penyerapan unsur skandium melalui pengesan.

Kira kandungan unsur skandium. Kira kandungan unsur skandium berdasarkan penyerapan dan lengkung piawai.

Dalam kerja sebenar, adalah perlu untuk memilih kaedah pengukuran yang sesuai mengikut keperluan khusus tapak. Kaedah ini digunakan secara meluas dalam analisis dan pengesanan besi di makmal dan industri.
Pada penghujung pengenalan komprehensif kami kepada skandium, kami berharap para pembaca dapat memahami dan mengetahui dengan lebih mendalam tentang elemen yang indah ini. Skandium, sebagai elemen penting dalam jadual berkala, bukan sahaja memainkan peranan utama dalam bidang sains, tetapi juga mempunyai pelbagai aplikasi dalam kehidupan harian dan bidang lain.
Dengan mengkaji sifat, kegunaan, proses penemuan dan aplikasi skandium dalam sains dan teknologi moden, kita dapat melihat daya tarikan dan potensi unik unsur ini. Daripada bahan aeroangkasa kepada teknologi bateri, daripada petrokimia kepada peralatan perubatan, skandium memainkan peranan penting.
Sudah tentu, kita juga perlu sedar bahawa walaupun skandium membawa kemudahan kepada kehidupan kita, ia juga mempunyai beberapa risiko yang berpotensi. Oleh itu, sementara kita perlu menikmati faedah skandium, kita juga mesti memberi perhatian kepada penggunaan yang munasabah dan aplikasi yang diseragamkan untuk mengelakkan masalah yang mungkin berlaku. Skandium ialah elemen yang layak untuk kajian dan pemahaman kita yang mendalam. Dalam pembangunan sains dan teknologi masa hadapan, kami menjangkakan skandium memainkan kelebihan uniknya dalam lebih banyak bidang dan membawa lebih banyak kemudahan dan kejutan kepada kehidupan kita.