21 Scandium a jeho bežne používané testovacie metódy
Vitajte v tomto svete prvkov plných tajomstva a šarmu. Dnes budeme spoločne preskúmať špeciálny prvok -škrub. Aj keď tento prvok nemusí byť bežný v našom každodennom živote, hrá dôležitú úlohu vo vede a priemysle.
Škrub, tento úžasný prvok, má veľa úžasných vlastností. Je členom rodiny prvkov vzácnych zemín. Ako inéprvky vzácnych zemín, atómová štruktúra škandia je plná tajomstva. Práve tieto jedinečné atómové štruktúry spôsobujú, že Scandium zohráva nenahraditeľnú úlohu vo fyzike, chémii a vede o materiáloch.
Objav Scandium je plný zákrut a zákrut a ťažkostí. Začalo sa to v roku 1841, keď švédsky chemik Lfnilson (1840 ~ 1899) dúfal, že oddelí ďalšie prvky od vyčistenéhoerbiumZem pri štúdiu svetelných kovov. Po 13 -krát čiastočného rozkladu dusičnanov konečne získal 3,5 g čistéhoytterbiumZem. Zistil však, že atómová hmotnosť ytterbium, ktorú získal, nezodpovedá atómovej hmotnosti ytterbium daného Malinacom predtým. Nelson s ostrými očami si uvedomil, že v ňom môže byť nejaký ľahký prvok. Takže pokračoval v spracovaní ytterbium, ktorý získal rovnakým procesom. Nakoniec, keď zostala iba jedna desatina vzorky, nameraná atómová hmotnosť klesla na 167,46. Tento výsledok je blízko atómovej hmotnosti ytrium, takže ho Nelson označil za „Škandium“.
Aj keď Nelson objavil škandia, nepritiahla veľkú pozornosť vedeckej komunite kvôli jej vzácnosti a ťažkostiam pri oddelení. Až na konci 19. storočia, keď sa výskum prvkov vzácnych zemín stal trendom, sa skenom znovu objavil a študoval.
Vyjdime sa teda na túto cestu objavovania škandia, aby sme odhalili jeho tajomstvo a porozumeli tomuto zdanlivo obyčajnému, ale skutočne očarujúcemu prvku.
Aplikačné polia škandia
Symbol škandia je SC a jeho atómové číslo je 21. Prvok je mäkký, strieborný prechodný kov. Aj keď Škandium nie je bežným prvkom v zemskej kôre, má mnoho dôležitých aplikačných polí, hlavne v týchto aspektoch:
1. Letecký priemysel: Hliník škandia je ľahká zliatina s vysokou pevnosťou používaná v lietadlách, častiach motora a výrobe rakiet v leteckom priemysle. Pridanie škandia môže zlepšiť odolnosť zliatiny pevnosti a korózie a zároveň znížiť hustotu zliatiny, vďaka čomu je letecké zariadenie ľahšie a odolnejšie.
2. Bicykle a športové vybavenie:Hliníkpoužíva sa tiež na výrobu bicyklov, golfových klubov a ďalšieho športového vybavenia. Vďaka svojej vynikajúcej pevnosti a ľahkosti,zliatinaMôže zlepšiť výkon športového vybavenia, znížiť hmotnosť a zvýšiť trvanlivosť materiálu.
3. Osvetľovací priemysel:Jodidsa používa ako výplň vo vysoko intenzívnych xenónových žiarovkách. Takéto žiarovky sa používajú vo fotografii, tvorbe, osvetlení javiska a zdravotníckom vybavení, pretože ich spektrálne vlastnosti sú veľmi blízko prírodného slnečného žiarenia.
4. Palivové články:HliníkNájde tiež aplikáciu v palivových bunkách tuhého oxidu (SOFC). V týchto batériách,zliatinasa používa ako materiál anód, ktorý má vysokú vodivosť a stabilitu, čo pomáha zlepšovať účinnosť a výkon palivových článkov.
5. Vedecký výskum: Škandium sa vo vedeckom výskume používa ako detektorový materiál. V experimentoch s nukleárnou fyzikou a urýchľovačmi častíc sa na detekciu žiarenia a častíc používajú scintilačné kryštály škandu.
6. Ostatné aplikácie: Škandium sa tiež používa ako vysokoteplotný supravodič av niektorých špeciálnych zliatinách na zlepšenie vlastností zliatiny. Kvôli vynikajúcemu výkonu škandia v anodizovom procese sa používa aj pri výrobe elektródových materiálov pre lítiové batérie a iné elektronické zariadenia.
Je dôležité poznamenať, že napriek mnohým aplikáciám je výroba a používanie spoločnosti Scandium obmedzené a relatívne drahé kvôli svojmu relatívnemu nedostatku, takže jeho náklady a alternatívy je potrebné pri jeho používaní starostlivo zvážiť.
Fyzikálne vlastnosti prvku škandia
1. Atómová štruktúra: jadro škandu pozostáva z 21 protónov a zvyčajne obsahuje 20 neutrónov. Preto je jej štandardná atómová hmotnosť (relatívna atómová hmotnosť) okolo 44,955908. Pokiaľ ide o atómovú štruktúru, elektrónová konfigurácia škandia je 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3D¹ 4S².
2. Fyzikálny stav: Škandium je pevné pri izbovej teplote a má strieborný biely vzhľad. Jeho fyzický stav sa môže zmeniť v závislosti od zmien teploty a tlaku.
3. Hustota: Hustota škandia je asi 2,989 g/cm3. Táto relatívne nízka hustota z neho robí ľahký kov.
4. Bod topenia: Bod topenia škandia je asi 1541 stupňov Celzia (2806 stupňov Fahrenheita), čo naznačuje, že má relatívne vysoký bod topenia. 5. Bod varu: Škandium má bod varu asi 2836 stupňov Celzia (5137 stupňov Fahrenheita), čo znamená, že si vyžaduje vysoké teploty na odparovanie.
6. Elektrická vodivosť: Škandium je dobrým vodičom elektriny s primeranou elektrickou vodivosťou. Aj keď to nie je také dobré ako bežné vodivé materiály, ako je meď alebo hliník, je stále užitočné v niektorých špeciálnych aplikáciách, ako sú elektrolytické bunky a letecké aplikácie.
7. Tepelná vodivosť: Škandium má relatívne vysokú tepelnú vodivosť, čo z nej robí dobrý tepelný vodič pri vysokých teplotách. Je to užitočné v niektorých vysokoteplotných aplikáciách.
8. Kryštalická štruktúra: Škandium má šesťuholníkovú kryštálovú štruktúru s blízkym zabalením, čo znamená, že jej atómy sú zabalené do blízkych šesťuholníkov v kryštáli.
9. Magnetizmus: Škandium je diamagnetický pri teplote miestnosti, čo znamená, že nie je priťahované ani odpudzované magnetickými poľami. Jeho magnetické správanie súvisí s jeho elektronickou štruktúrou.
10. Rádioaktivita: Všetky stabilné izotopy škandia nie sú rádioaktívne, takže ide o rádioaktívny prvok.
Scandium je relatívne ľahký kov s vysokým rozlíšením s niekoľkými špeciálnymi aplikáciami, najmä v leteckom priemysle a vede o materiáloch. Aj keď sa bežne nenachádza v prírode, jeho fyzické vlastnosti ho robia jedinečne užitočným vo viacerých oblastiach.
Chemické vlastnosti Škandia
Scandium je prvok prechodného kovu.
1. Atómová štruktúra: Atómová štruktúra škandia pozostáva z 21 protónov a zvyčajne asi 20 neutrónov. Jeho elektrónová konfigurácia je 1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3d¹ 4S², čo naznačuje, že má jednu neobsadenú orbitálnu.
2. Chemický symbol a atómové číslo: Chemický symbol Scandium je SC a jeho atómové číslo je 21.
3. Elektronegativita: Scandium má relatívne nízku elektronegativitu približne 1,36 (podľa Pavlovej elektronegativity). To znamená, že má tendenciu strácať elektróny, aby tvorili pozitívne ióny.
4. Oxidačný stav: Škandium zvyčajne existuje v oxidačnom stave +3, čo znamená, že stratil tri elektróny na vytvorenie iónu sc³⁺. Toto je jeho najbežnejší oxidačný stav. Aj keď sú tiež možné SC²⁺ a SC⁴⁺, sú menej stabilné a menej bežné.
5. Zlúčeniny: Škandium tvorí hlavne zlúčeniny s prvkami, ako je kyslík, síra, dusík a vodík. Niektoré bežné zlúčeniny škandialkov zahŕňajúoxid (Sc2o3) a halogenidové halogenidy (napríkladScandium chlorid, SCCL3).
6. Reaktivita: Škandium je relatívne reaktívny kov, ale rýchlo oxiduje vo vzduchu a vytvára oxidový film oxidu škandýt, ktorý zabraňuje ďalším oxidačným reakciám. Vďaka tomu je Scandium relatívne stabilný a má určitú odolnosť proti korózii.
7. Rozpustnosť: Škandium sa vo väčšine kyselín pomaly rozpúšťa, ale ľahšie sa rozpúšťa za alkalických podmienok. Je nerozpustný vo vode, pretože jej oxidový film zabraňuje ďalšie reakcie s molekulami vody.
8. Lantanidové chemické vlastnosti: Chemické vlastnosti Scandium sú podobné vlastnostiam v sérii lantanidu (lanthanum, galíny, noodymiumatď.), Takže sa niekedy klasifikuje ako prvok podobný lantanidu. Táto podobnosť sa odráža hlavne v iónovom polomere, zložených vlastnostiach a určitej reaktivite.
9. Izotopy: Škandium má viac izotopov, z ktorých iba niektoré sú stabilné. Najstabilnejším izotopom je SC-45, ktorý má dlhý polčas a nie je rádioaktívny.
Scandium je relatívne zriedkavý prvok, ale v dôsledku niektorých jeho jedinečných chemických a fyzikálnych vlastností hrá dôležitú úlohu v niekoľkých oblastiach aplikácie, najmä v leteckom priemysle, materiálových vedách a niektorých high-tech aplikáciách.
Biologické vlastnosti Škandia
Scandium nie je spoločným prvkom v prírode. Preto nemá biologické vlastnosti v organizmoch. Biologické vlastnosti zvyčajne zahŕňajú biologickú aktivitu, biologickú absorpciu, metabolizmus a účinky prvkov na živé organizmy. Keďže Škandium nie je prvkom nevyhnutným pre život, žiadne známe organizmy nemajú biologickú potrebu alebo použitie pre Škandium.
Vplyv škandia na organizmy súvisí najmä s jeho rádioaktivitou. Niektoré izotopy škandia sú rádioaktívne, takže ak sú ľudské telo alebo iné organizmy vystavené rádioaktívnemu škandiu, môže to spôsobiť nebezpečnú expozíciu žiarením. Táto situácia sa zvyčajne vyskytuje v konkrétnych situáciách, ako je výskum jadrovej vedy, rádioterapia alebo jadrové nehody.
Scandium neinteraguje prospešne s organizmami a existuje nebezpečenstvo ožarovania. Preto nie je dôležitým prvkom v organizmoch.
Scandium je relatívne zriedkavý chemický prvok a jeho distribúcia v prírode je relatívne obmedzená. Tu je podrobný úvod do distribúcie škandia v prírode:
1. Obsah v prírode: Škandium existuje v relatívne malých množstvách v zemskej kôre. Priemerný obsah v zemskej kôre je asi 0,0026 mg/kg (alebo 2,6 dielov na milión). Vďaka tomu je Scandium jedným z vzácnejších prvkov v zemskej kôre.
2. Objav v mineráloch: Napriek svojmu obmedzenému obsahu sa skandium nachádza v určitých mineráloch, hlavne vo forme oxidov alebo kremičitanov. Niektoré minerály obsahujúce Škandium zahŕňajú scandianit a dolomit.
3. Extrakcia škandia: Vzhľadom na jeho obmedzenú distribúciu v prírode je relatívne ťažké extrahovať čistý škanddium. Scandium sa zvyčajne získava ako vedľajší produkt procesu tavenia hliníka, pretože sa vyskytuje pri hliníku v bauxite.
4. Geografické rozdelenie: Škandium sa distribuuje globálne, ale nie rovnomerne. Niektoré krajiny ako Čína, Rusko, Nórsko, Švédsko a Brazília majú bohaté ložiská škandia, zatiaľ čo iné regióny ich majú zriedka.
Aj keď má Scandium obmedzené rozdelenie v prírode, hrá dôležitú úlohu v niektorých špičkových a priemyselných aplikáciách, takže jej
Extrakcia a tavenie prvku škandia
Scandium je zriedkavý kovový prvok a jeho ťažobné a extrakčné procesy sú dosť zložité. Nasleduje podrobný úvod do procesu ťažby a extrakcie prvku škandia:
1. Extrakcia škandia: Škandium neexistuje vo svojej elementárnej podobe v prírode, ale zvyčajne existuje v stopových množstvách v rudoch. Medzi hlavné škandské rudy patrí vanadium škandium ruda, zirkónová ruda a ruda YTtrium. Obsah škandia v týchto rudách je relatívne nízky.
Proces extrahovania škandia zvyčajne zahŕňa nasledujúce kroky:
a. Ťažba: Vykopávajúce rudy obsahujúce škandium.
b. Drvenie a spracovanie rudy: drvenie a spracovanie rúd na oddelenie užitočných rúd od odpadových hornín.
c. Flotácia: Prostredníctvom flotačného procesu sú rudy obsahujúce škandium oddelené od iných nečistôt.
d. Rozpúšťanie a redukcia: Hydroxid škôl sa zvyčajne rozpustí a potom sa redukčným činidlom (obvykle hliník) zníži na kovový škanddium (zvyčajne hliník).
e. Elektrolytická extrakcia: Znížený škandium sa extrahuje elektrolytickým procesom, aby sa dosiahla vysoká bezpečnosťkov.
3. Rafinácia škandia: Prostredníctvom viacnásobných procesov rozpúšťania a kryštalizácie je možné ďalej zlepšiť čistotu škandia. Bežnou metódou je oddelenie a kryštalizácia škandínových zlúčenín prostredníctvom procesov chlorácie alebo uhličitanu na získanievýškový.
Malo by sa poznamenať, že v dôsledku nedostatku škandia vyžaduje procesy extrakcie a rafinácie vysoko presné chemické inžinierstvo a zvyčajne vytvárajú značné množstvo odpadu a vedľajších produktov. Preto je ťažba a extrakcia prvku škandial zložitým a drahým projektom, ktorý sa zvyčajne kombinuje s procesom ťažby a extrakcie iných prvkov na zlepšenie ekonomickej efektívnosti.
Detekčné metódy škandia
1. Atómová absorpčná spektrometria (AAS): Atómová absorpčná spektrometria je bežne používaná metóda kvantitatívnej analýzy, ktorá používa absorpčné spektrá pri špecifických vlnových dĺžkach na stanovenie koncentrácie škandia vo vzorke. Atomizuje vzorku, ktorá sa má testovať v plameni, a potom meria absorpčnú intenzitu škandia vo vzorke cez spektrometer. Táto metóda je vhodná na detekciu stopových koncentrácií škandia.
2. Induktívne spojená plazmatická optická emisná spektrometria (ICP-OES): Indukčne spojená optická emisná spektrometria v plazme je vysoko citlivá a selektívna analytická metóda, ktorá sa široko používa v analýze viacerých prvkov. Atomizuje vzorku a tvorí plazmu a určuje špecifickú vlnovú dĺžku a intenzitu emisie škandia v spektrometri.
3. Indukčne spojená plazmatická hmotnostná spektrometria (ICP-MS): Indukčne spojená plazmatická hmotnostná spektrometria je vysoko citlivá a analytická metóda s vysokým rozlíšením, ktorá sa môže použiť na stanovenie pomeru pomeru izotopov a analýzu stopových prvkov. Vzorku atomizuje a tvorí plazmu a určuje pomer hmotnosti k nabíjaniu škandia v hmotnostnom spektrometri. 4. Rôntgenová fluorescenčná spektrometria (XRF): Rôntgenová fluorescenčná spektrometria používa fluorescenčné spektrum generované po vzorke, ktoré je excitované röntgenovými lúčmi na analýzu obsahu prvkov. Môže rýchlo a nedeštruktívne určiť obsah škandia vo vzorke.
5. Priame čítanie spektrometria: Známe tiež ako fotoelektrická spektrometria priameho čítania, je to analytická technika, ktorá sa používa na analýzu obsahu prvkov vo vzorke. SPRÁVA ČÍTANIE SPREKREMIETY je založená na princípe atómovej emisnej spektrometrie. Používa vysokoteplotné elektrické iskry alebo oblúky na priame odparovanie prvkov vo vzorke zo tuhého stavu a emitovania charakteristických spektrálnych vedení v excitovanom stave. Každý prvok má jedinečnú emisnú čiaru a jeho intenzita je úmerná obsahu prvku vo vzorke. Meraním intenzity týchto charakteristických spektrálnych čiary je možné stanoviť obsah každého prvku vo vzorke. Táto metóda sa používa hlavne na analýzu kompozície kovov a zliatin, najmä v metalurgii, spracovaní kovov, vede o materiáloch a ďalších oblastiach.
Tieto metódy sa široko používajú v laboratóriu a priemysle na kvantitatívnu analýzu a kontrolu kvality škandia. Výber príslušnej metódy závisí od faktorov, ako je typ vzorky, požadovaný detekčný limit a presnosť detekcie.
Špecifická aplikácia metódy absorpčnej atómovej absorpcie škandia
Pri meraní prvkov má atómová absorpčná spektroskopia vysokú presnosť a citlivosť, čo poskytuje účinný prostriedok na štúdium chemických vlastností, zloženia zlúčeniny a obsahu prvkov.
Ďalej použijeme atómovú absorpčnú spektroskopiu na meranie obsahu prvku železa.
Konkrétne kroky sú nasledujúce:
Pripravte vzorku, ktorá sa má testovať. Na prípravu roztoku vzorky, ktorá sa má merať, je vo všeobecnosti potrebné použiť na štiepenie zmiešanej kyseliny, aby sa uľahčili následné merania.
Vyberte vhodný atómový absorpčný spektrometer. Vyberte vhodný atómový absorpčný spektrometer na základe vlastností vzorky, ktorá sa má testovať, a rozsahu obsahu škandia. Upravte parametre atómového absorpčného spektrometra. Upravte parametre atómového absorpčného spektrometra vrátane zdroja svetla, atomizátora, detektora atď. Na základe testovaného prvku a modelu prístroja.
Zmerajte absorbanciu prvku škandia. Umiestnite vzorku, ktorá sa má testovať do atomizátora, a emitujte žiarenie svetla špecifickej vlnovej dĺžky pomocou zdroja svetla. Scandium Element, ktorý sa má testovať, absorbuje toto žiarenie svetla a podstúpi prechody na úrovni energetiky. Zmerajte absorbanciu prvku škandia prostredníctvom detektora.
Vypočítajte obsah prvku škandia. Vypočítajte obsah škandialskeho prvku na základe absorbancie a štandardnej krivky.
V skutočnej práci je potrebné vybrať vhodné metódy merania podľa konkrétnych potrieb lokality. Tieto metódy sa široko používajú pri analýze a detekcii železa v laboratóriách a odvetviach.
Na konci nášho komplexného úvodu do Škandu dúfame, že čitatelia môžu mať hlbšie porozumenie a znalosť tohto úžasného prvku. Scandium, ako dôležitý prvok v periodickej tabuľke, hrá nielen kľúčovú úlohu v oblasti vedy, ale má aj širokú škálu aplikácií v každodennom živote a iných oblastiach.
Štúdiom vlastností, použitia, procesu objavovania a aplikácie škandia v modernej vede a technike vidíme jedinečné kúzlo a potenciál tohto prvku. Od leteckých materiálov až po technológiu batérií, od petrochemikálií po zdravotnícke vybavenie, zohráva kľúčovú úlohu Scandium.
Musíme si samozrejme uvedomiť, že zatiaľ čo Scandium prináša náš život pohodlie, má tiež potenciálne riziká. Preto, aj keď si musíme využiť výhody škandia, musíme venovať pozornosť primeranému použitiu a štandardizovanej aplikácii, aby sme sa vyhli možným problémom. Scandium je prvkom, ktorý je hodný našej hĺbkovej štúdie a porozumenia. V budúcom rozvoji vedy a techniky očakávame, že spoločnosť Scandium bude hrať svoje jedinečné výhody vo viacerých oblastiach a prinesie nášmu životu väčšie pohodlie a prekvapenia.
Čas príspevku: november-14-2024