21 Скандій та його часто використовувані методи тестування
Ласкаво просимо до цього світу елементів, сповнених таємниць та чарівності. Сьогодні ми разом вивчимо спеціальний елемент -скандію. Хоча цей елемент може бути не поширеним у нашому повсякденному житті, він відіграє важливу роль у науці та промисловості.
Скандію, цей чудовий елемент, має багато дивовижних властивостей. Це член родини рідкісних земних елементів. Як і іншіРідкісні елементи Землі, атомна структура скандії сповнена таємниці. Саме ці унікальні атомні структури змушують скандію відігравати незамінну роль у фізиці, хімії та матеріалознавстві.
Відкриття скандії сповнене поворотів і труднощів. Він розпочався в 1841 році, коли шведський хімік Лфнілсон (1840 ~ 1899) сподівався відокремити інші елементи від очищеногоербійЗемля під час вивчення світлових металів. Після 13 разів часткового розкладання нітратів він нарешті отримав 3,5 г чистогоіттербійЗемля. Однак він виявив, що атомна вага іттербіума, який він отримав, не відповідала атомній масі іттербіуму, заданого Маліном раніше. Гострові очі зрозуміли, що в ньому може бути якийсь легкий елемент. Тож він продовжував обробляти іттербій, який він отримав з тим самим процесом. Нарешті, коли залишилася лише десята частина зразка, виміряна атомна вага знизилася до 167,46. Цей результат близький до атомної ваги ітрію, тому Нельсон назвав його "скандієм".
Хоча Нельсон виявив скандій, він не привертав великої уваги з боку наукової спільноти через його рідкість та труднощі в розлуці. Лише до кінця 19 століття, коли дослідження рідкісних елементів Землі стали тенденцією, скандій був знову відкритий та вивчений.
Отже, давайте розпочали цю подорож, вивчаючи скандію, розкрити його таємницю та зрозуміти цей, здавалося б, звичайний, але насправді чарівний елемент.
Поля застосування скандію
Символ скандію-SC, а його атомне число-21. Елемент-м'який, сріблясто-білий перехідний метал. Хоча скандій не є загальним елементом у земній корі, він має багато важливих полів застосування, головним чином у таких аспектах:
1. Аерокосмічна промисловість: Алюміній скандингу-це легкий, високоміцний сплав, що використовується в конструкціях літаків, деталей двигуна та ракетних виробництв в аерокосмічній промисловості. Додавання скандії може покращити силу та корозійну стійкість сплаву, зменшуючи щільність сплаву, роблячи аерокосмічне обладнання легшим та міцнішим.
2. Велосипеди та спортивне обладнання:Алюмінійтакож використовується для виготовлення велосипедів, гольф -клубів та іншого спортивного обладнання. Завдяки своїй чудовій силі та легкість,сплав скандіюможе покращити продуктивність спортивного обладнання, зменшити вагу та підвищити довговічність матеріалу.
3. Індустрія освітлення:Йодид скандіювикористовується як наповнювач у лампах з високою інтенсивністю. Такі цибулини використовуються в фотографії, кінорежисурі, сценічному освітленні та медичному обладнанні, оскільки їх спектральні характеристики дуже близькі до природних сонячних променів.
4. Паливні елементи:АлюмінійТакож знаходить нанесення в твердих оксидних паливних елементів (SOFC). У цих батареях,Скандій-алюмінієвий сплаввикористовується як анодний матеріал, який має високу провідність та стабільність, що допомагає підвищити ефективність та продуктивність паливних елементів.
5. Наукові дослідження: Скандій використовується як детекторний матеріал у наукових дослідженнях. У експериментах з ядерної фізики та прискорювачами частинок кристали скандію використовуються для виявлення випромінювання та частинок.
6. Інші програми: Скандій також використовується як високотемпературний надпровідник і в деяких спеціальних сплавах для поліпшення властивостей сплаву. Завдяки чудовій продуктивності скандії в процесі анодизації, він також використовується у виробництві електродних матеріалів для літієвих акумуляторів та інших електронних пристроїв.
Важливо зазначити, що, незважаючи на багато своїх застосувань, виробництво та використання Scandium є обмеженими та відносно дорогими через його відносну дефіцит, тому його вартість та альтернативи повинні бути ретельно розглянуті при його використанні.
Фізичні властивості елемента скандію
1. Атомна структура: ядро скандію складається з 21 протонів і зазвичай містить 20 нейтронів. Тому його стандартна атомна вага (відносна атомна маса) становить близько 44,955908. З точки зору атомної структури, конфігурація електронів скандію становить 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s².
2. Фізичний стан: Скандій твердий при кімнатній температурі і має сріблясто-білий вигляд. Його фізичний стан може змінюватися залежно від змін температури та тиску.
3. Щільність: щільність скандію становить приблизно 2,989 г/см3. Ця відносно низька щільність робить його легким металом.
4. Температура плавлення: Точка плавлення скандію становить приблизно 1541 градус Цельсія (2806 градусів за Фаренгейтом), що вказує на те, що він має відносно високу температуру плавлення. 5. Точка кипіння: Скандій має температуру кипіння близько 2836 градусів Цельсія (5137 градусів за Фаренгейтом), а це означає, що для випаровування для випаровування потрібні високі температури.
6. Електропровідність: Скандій - це хороший провідник електроенергії, з розумною електропровідністю. Хоча це не так добре, як звичайні провідні матеріали, такі як мідь або алюміній, він все ще корисний у деяких спеціальних додатках, таких як електролітичні клітини та аерокосмічні програми.
7. Теплопровідність: Скандій має відносно високу теплопровідність, що робить його хорошим тепловим провідником при високих температурах. Це корисно в деяких високотемпературних програмах.
8. Кристалічна структура: Скандій має шестикутну кристалічну структуру, що закривається, а це означає, що його атоми упаковані в шестикутник у кристалі.
199 Його магнітна поведінка пов'язана з її електронною структурою.
201
Скандій-це відносно легкий, високозбитковий метал з декількома спеціальними застосуваннями, особливо в аерокосмічній галузі та матеріалознавстві. Хоча він зазвичай не зустрічається в природі, його фізичні властивості роблять його однозначно корисним у кількох областях.
Хімічні властивості скандії
Скандій - це елемент перехідного металу.
1. Атомна структура: атомна структура Скандію складається з 21 протонів і, як правило, близько 20 нейтронів. Його конфігурація електронів становить 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s², що вказує на те, що він має одну незавершену орбітальну D.
2. Хімічний символ та атомне число: Хімічний символ Скандію - SC, а його атомне число - 21.
3. Електронегативність: Скандій має відносно низьку електронегативність близько 1,36 (згідно з електронегативністю Павла). Це означає, що він має тенденцію втрачати електрони для формування позитивних іонів.
. Це його найпоширеніший стан окислення. Хоча SC²⁺ та SC⁴⁺ також можливі, вони менш стабільні та рідше.
5. Сполуки: Скандій в основному утворює сполуки з такими елементами, як кисень, сірка, азот та водень. Деякі поширені складки скандію включаютьоксид сканду (SC2O3) і галогеніди сканду (наприкладСкандій хлорид, sccl3).
6. Реактивність: Скандій є відносно реактивним металом, але він швидко окислюється на повітрі, утворюючи оксид плівки оксиду скандію, що запобігає подальшому реакціям окислення. Це також робить скандій відносно стабільним і має певну резистентність до корозії.
7. Розчинність: Скандій повільно розчиняється в більшості кислот, але легше розчиняється в лужних умовах. Він нерозчинний у воді, оскільки її оксидна плівка запобігає подальшій реакції з молекулами води.
8. Лантанідноподібні хімічні властивості: хімічні властивості Скандій схожі на властивості серії лантаніду (лантан, гадоліній, неодимтощо), тому його іноді класифікують як елемент, схожий на лантанід. Ця схожість в основному відображається в іонному радіусі, складених властивостях та деякій реакційній здатності.
9. Ізотопи: Скандій має кілька ізотопів, лише деякі з яких стабільні. Найбільш стійкий ізотоп-SC-45, який має довгий період напіввиведення і не є радіоактивним.
Скандій є відносно рідкісним елементом, але завдяки деяким його унікальним хімічним та фізичним властивостям він відіграє важливу роль у кількох сферах застосування, особливо в аерокосмічній промисловості, матеріалознавстві та деяких високотехнологічних програмах.
Біологічні властивості скандію
Скандій не є загальним елементом у природі. Тому він не має біологічних властивостей в організмах. Біологічні властивості зазвичай включають біологічну активність, біологічне поглинання, метаболізм та вплив елементів на живі організми. Оскільки скандій не є елементом, необхідним для життя, жодні відомі організми не мають біологічної потреби або використання для скандії.
Вплив скандії на організми в основному пов'язаний з його радіоактивністю. Деякі ізотопи скандії є радіоактивними, тому якщо організм людини або інші організми піддаються радіоактивному скандію, це може спричинити небезпечне випромінювання. Ця ситуація зазвичай виникає в конкретних ситуаціях, таких як дослідження ядерної науки, променева терапія або ядерні нещасні випадки.
Скандій не взаємодіє корисно з організмами, і існує небезпека радіації. Тому це не важливий елемент в організмах.
Скандій є відносно рідкісним хімічним елементом, і його розподіл у природі відносно обмежений. Ось детальний вступ до розподілу скандії в природі:
1. Зміст у природі: Скандій існує у відносно невеликих кількостях у земній корі. Середній вміст у земній корі становить близько 0,0026 мг/кг (або 2,6 частини на мільйон). Це робить скандію одним із рідкісних елементів у земній корі.
2. Відкриття в мінералах: Незважаючи на обмежений вміст, скандій можна знайти в певних мінералах, головним чином у вигляді оксидів або силікатів. Деякі мінерали, що містять скандій, включають скандіаніт та доломіт.
3. Екстракція скандії: Завдяки обмеженому розподілу в природі, витягнути чистий скандій порівняно важко. Зазвичай скандій отримують у вигляді побічного продукту виплавки алюмінію, оскільки він відбувається з алюмінієм у бокситі.
4. Географічний розподіл: Скандій розподіляється в усьому світі, але не рівномірно. У деяких країнах, таких як Китай, Росія, Норвегія, Швеція та Бразилія, мають багаті родовища скандій, а інші регіони рідко мають їх.
Хоча скандій має обмежений розподіл природи, він відіграє важливу роль у деяких високотехнологічних та промислових програмах, тому його
Вилучення та виплавлення елемента скандію
Скандій - це рідкісний металевий елемент, а його видобуток та екстракційні процеси досить складні. Далі наведено детальне вступ до процесу видобутку та видобутку елемента скандію:
1. Екстракція скандії: Скандій не існує в його стихійному вигляді в природі, але зазвичай існує в слідах у рудах. Основні руді скандію включають руду скандію ванадію, руду циркону та руду ітрію. Вміст скандію в цих рудах відносно низький.
Процес вилучення скандію зазвичай включає такі кроки:
а. Видобуток: розкопки руд, що містять скандій.
б. Розробка та руда обробка: подрібнення та переробка руд для відокремлення корисних руд від відходів.
c. Флотація: Через процес флотації руда, що містять скандій, відокремлюються від інших домішок.
д. Розчинення та зменшення: гідроксид скандію зазвичай розчиняють, а потім зменшують до металевого скандію відновлюючим агентом (як правило, алюмінієм).
е. Електролітичне вилучення: Знижений скандій витягується через електролітичний процес для отримання високої чистотиСкандій метал.
3. Удосконалення скандію: за допомогою множинних процесів розчинення та кристалізації чистоту скандію можна додатково покращити. Загальним методом є розділення та кристалізацію сполук скандію за допомогою хлорування або процесів карбонації для отриманняСкандій з високою чистотою.
Слід зазначити, що через дефіцит скандію процеси вилучення та переробки потребують дуже точної хімічної інженерії та, як правило, генерують значну кількість відходів та побічних продуктів. Тому видобуток та видобуток елемента скандію є складним і дорогим проектом, як правило, поєднуються з процесом видобутку та вилучення інших елементів для підвищення економічної ефективності.
Методи виявлення скандію
1. Атомна спектрометрія поглинання (AAS): Атомна спектрометрія поглинання - це загально використовуваний метод кількісного аналізу, який використовує спектри поглинання при конкретних довжинах хвиль для визначення концентрації скандію у зразку. Він атомізує зразок, який слід протестувати у полум'ї, а потім вимірює інтенсивність поглинання скандії у зразку через спектрометр. Цей метод підходить для виявлення слідів концентрації скандії.
2. Індуктивно пов'язана спектрометрія оптичної випромінювання плазми (ICP-OES): індуктивно пов'язана плазмова оптична спектрометрія випромінювання є високочутливим та селективним аналітичним методом, який широко використовується в багатоелементному аналізі. Він атомізує зразок і утворює плазму, і визначає специфічну довжину хвилі та інтенсивність випромінювання скандії в спектрометрі.
3. Індуктивно пов'язана плазмова мас-спектрометрія (ICP-MS): Індуктивно пов'язана мас-спектрометрія плазми є високочутливим та аналітичним методом високої роздільної здатності, який може бути використаний для визначення ізотопів та аналізу елементів слідів. Він атомізує зразок і утворює плазму, і визначає співвідношення маси до заряду скандії в мас-спектрометрі. . Він може швидко та неручно визначати вміст скандії у вибірці.
5. Спектрометрія прямого зчитування: також відома як фотоелектрична спектрометрія прямого зчитування, це аналітична методика, що використовується для аналізу вмісту елементів у вибірці. Прямий спектрометрія зчитування заснована на принципі спектрометрії атомної випромінювання. Він використовує високотемпературні електричні іскри або дуги, щоб безпосередньо випаровувати елементи у зразку з твердої та випромінювальної спектральної лінії у збудженому стані. Кожен елемент має унікальну лінію викидів, а його інтенсивність пропорційна вмісту елемента у вибірці. Вимірюючи інтенсивність цих характерних спектральних ліній, можна визначити вміст кожного елемента у зразку. Цей метод в основному використовується для аналізу композиційних металів та сплавів, особливо в металургії, переробці металів, матеріалознавству та інших галузях.
Ці методи широко застосовуються в лабораторії та промисловості для кількісного аналізу та контролю якості скандії. Вибір відповідного методу залежить від таких факторів, як тип вибірки, необхідна межа виявлення та точність виявлення.
Конкретне застосування методу атомного поглинання скандію
У вимірюванні елементів атомна спектроскопія поглинання має високу точність та чутливість, забезпечуючи ефективні засоби для вивчення хімічних властивостей, складу сполуки та вмісту елементів.
Далі ми будемо використовувати атомну спектроскопію поглинання для вимірювання вмісту залізного елемента.
Конкретні кроки такі:
Підготуйте зразок для перевірки. Для підготовки розчину зразка для вимірювання, як правило, необхідно використовувати змішану кислоту для травлення для полегшення подальших вимірювань.
Виберіть відповідний атомний спектрометр поглинання. Виберіть відповідний атомний спектрометр поглинання на основі властивостей зразка, який слід протестувати, та діапазон вмісту скандію, який слід виміряти. Відрегулюйте параметри атомного спектрометра поглинання. Відрегулюйте параметри атомного спектрометра поглинання, включаючи джерело світла, атомайзер, детектор тощо, на основі тестованого елемента та моделі приладу.
Виміряйте поглинання елемента скандію. Помістіть зразок для перевірки в атомайзер і випромінюйте світло випромінювання певної довжини хвилі через джерело світла. Елемент SCANDIUM, який підлягає випробуванню, поглинає це світлове випромінювання та зазнає переходу на рівні енергії. Виміряйте поглинання елемента скандію через детектор.
Обчисліть вміст елемента скандію. Обчисліть вміст елемента скандію на основі поглинання та стандартної кривої.
У фактичній роботі необхідно вибрати відповідні методи вимірювання відповідно до конкретних потреб сайту. Ці методи широко застосовуються при аналізі та виявленні заліза в лабораторіях та галузях.
Наприкінці нашого всебічного вступу до скандію ми сподіваємось, що читачі можуть мати глибше розуміння та знання цього чудового елемента. Скандій, як важливий елемент у періодичній таблиці, не тільки відіграє ключову роль у галузі науки, але й має широкий спектр застосувань у повсякденному житті та інших галузях.
Вивчаючи властивості, використання, процес відкриття та застосування скандію в сучасній науці та технологіях, ми можемо побачити унікальний шарм та потенціал цього елемента. Від аерокосмічних матеріалів до акумуляторних технологій, від нафтохімічних речовин до медичного обладнання, скандій відіграє ключову роль.
Звичайно, нам також потрібно усвідомити, що, хоча Scandium приносить зручність нашому житті, він також має деякі потенційні ризики. Тому, хоча нам потрібно користуватися перевагами скандію, ми також повинні звернути увагу на розумне використання та стандартизоване застосування, щоб уникнути можливих проблем. Скандій-це елемент, гідний нашого поглибленого вивчення та розуміння. У майбутньому розвитку науки та технологій ми очікуємо, що скандій зіграє свої унікальні переваги в більшій галузі та принесе більше зручності та сюрпризів нашому житті.
Час посади: 14-2024 листопада