21 Scandium va uning keng tarqalgan sinov usullari
Sir va jozibaga to'la elementlar dunyosiga xush kelibsiz. Bugun biz birgalikda alohida elementni o'rganamiz -skandium. Garchi bu element kundalik hayotimizda keng tarqalgan bo'lmasa-da, fan va ishlab chiqarishda muhim rol o'ynaydi.
Skandiy, bu ajoyib element, juda ko'p ajoyib xususiyatlarga ega. Bu noyob yer elementlari oilasining a'zosi. Boshqalar kabinoyob yer elementlari, Skandiyning atom tuzilishi sirga to'la. Aynan shu noyob atom tuzilmalari skandiyni fizika, kimyo va materialshunoslikda ajralmas rol o'ynaydi.
Skandiyning kashfiyoti burilishlar va burilishlar va qiyinchiliklarga to'la. Bu 1841 yilda, shved kimyogari LFNilson (1840-1899) tozalangan elementlardan boshqa elementlarni ajratishga umid qilganida boshlangan.erbiyengil metallarni o'rganish paytida er. Nitratlarning 13 marta qisman parchalanishidan so'ng, u nihoyat 3,5 g toza nitrat oldi.iterbiyyer. Biroq, u olingan itterbiyning atom og'irligi Malinak tomonidan ilgari berilgan itterbiyning atom og'irligiga mos kelmasligini aniqladi. O'tkir ko'zli Nelson unda qandaydir engil element bo'lishi mumkinligini tushundi. Shunday qilib, u xuddi shu jarayon bilan olingan iterbiyni qayta ishlashni davom ettirdi. Nihoyat, namunaning faqat o'ndan bir qismi qolganda, o'lchangan atom og'irligi 167,46 ga tushdi. Bu natija itriyning atom og'irligiga yaqin, shuning uchun Nelson uni "Skandiy" deb atadi.
Nelson skandiyni kashf etgan bo'lsa-da, u noyobligi va ajralish qiyinligi tufayli ilmiy jamoatchilikning e'tiborini jalb qilmadi. Faqat 19-asrning oxirlarida, nodir yer elementlarini tadqiq qilish tendentsiyaga aylanganda, skandiy qayta topildi va o'rganildi.
Shunday qilib, keling, skandiyni o'rganish, uning sirini ochish va bu oddiy ko'rinadigan, lekin aslida jozibali elementni tushunish uchun ushbu sayohatga chiqaylik.
Skandiyni qo'llash sohalari
Skandiyning ramzi - Sc, atom raqami esa 21. Element yumshoq, kumush-oq rangli o'tish metallidir. Skandiy er qobig'ida keng tarqalgan element bo'lmasa-da, u ko'plab muhim qo'llash sohalariga ega, asosan quyidagi jihatlarda:
1. Aerokosmik sanoati: Skandiy alyuminiy - aviatsiya sanoatida samolyot konstruksiyalari, dvigatel qismlari va raketa ishlab chiqarishda ishlatiladigan engil, yuqori quvvatli qotishma. Skandiy qo'shilishi qotishmaning mustahkamligi va korroziyaga chidamliligini oshirishi mumkin, shu bilan birga qotishma zichligini kamaytiradi, aerokosmik uskunalarni engilroq va bardoshli qiladi.
2. Velosipedlar va sport anjomlari:Skandiy alyuminiyvelosipedlar, golf klublari va boshqa sport anjomlarini yasashda ham foydalaniladi. Uning ajoyib kuchi va yengilligi tufayli,skandiy qotishmasisport jihozlarining ish faoliyatini yaxshilash, og'irlikni kamaytirish va materialning chidamliligini oshirishi mumkin.
3. Yoritish sanoati:Skandiy yodidyuqori quvvatli ksenon lampalarda plomba sifatida ishlatiladi. Bunday lampalar fotografiya, kino, sahna yoritgichlari va tibbiy asbob-uskunalarda qo'llaniladi, chunki ularning spektral xususiyatlari tabiiy quyosh nuriga juda yaqin.
4. Yoqilg'i xujayralari:Skandiy alyuminiyqattiq oksidli yonilg'i xujayralari (SOFC) da qo'llanilishini ham topadi. Ushbu batareyalarda,skandiy-alyuminiy qotishmasiyonilg'i xujayralarining samaradorligi va ishlashini yaxshilashga yordam beradigan yuqori o'tkazuvchanlik va barqarorlikka ega bo'lgan anod materiali sifatida ishlatiladi.
5. Ilmiy tadqiqotlar: Skandiy ilmiy tadqiqotlarda detektor materiali sifatida ishlatiladi. Yadro fizikasi tajribalarida va zarracha tezlatgichlarida nurlanish va zarrachalarni aniqlash uchun skandiy sintillyatsion kristallardan foydalaniladi.
6. Boshqa ilovalar: Skandiy yuqori haroratli supero'tkazgich sifatida va qotishma xususiyatlarini yaxshilash uchun ba'zi maxsus qotishmalarda ham qo'llaniladi. Skandiyning anodlash jarayonida yuqori ishlashi tufayli u lityum batareyalar va boshqa elektron qurilmalar uchun elektrod materiallarini ishlab chiqarishda ham qo'llaniladi.
Shuni ta'kidlash kerakki, ko'p qo'llanilishiga qaramay, skandiumni ishlab chiqarish va ishlatish cheklangan va nisbatan kamligi tufayli nisbatan qimmat, shuning uchun uni ishlatishda uning narxi va alternativalarini diqqat bilan ko'rib chiqish kerak.
Skandiy elementning fizik xususiyatlari
1. Atom tuzilishi: Skandiy yadrosi 21 protondan iborat va odatda 20 neytronni o'z ichiga oladi. Shuning uchun uning standart atom og'irligi (nisbiy atom massasi) taxminan 44,955908 ni tashkil qiladi. Atom tuzilishi nuqtai nazaridan skandiyning elektron konfiguratsiyasi 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s².
2. Jismoniy holat: Skandiy xona haroratida qattiq va kumushsimon oq ko'rinishga ega. Uning jismoniy holati harorat va bosimning o'zgarishiga qarab o'zgarishi mumkin.
3. Zichlik: Skandiyning zichligi taxminan 2,989 g/sm3. Bu nisbatan past zichlik uni engil metallga aylantiradi.
4. Erish nuqtasi: Skandiyning erish nuqtasi taxminan 1541 daraja Selsiy (Farengeyt bo'yicha 2806 daraja), bu uning nisbatan yuqori erish nuqtasiga ega ekanligini ko'rsatadi. 5. Qaynoq nuqtasi: Skandiyning qaynash nuqtasi taxminan 2836 daraja Selsiy (5137 daraja Farengeyt), ya'ni bug'lanish uchun yuqori harorat talab qilinadi.
6. Elektr o'tkazuvchanligi: Skandiy elektr tokining yaxshi o'tkazuvchanligi, oqilona elektr o'tkazuvchanligi. Mis yoki alyuminiy kabi keng tarqalgan Supero'tkazuvchilar materiallar kabi yaxshi bo'lmasa-da, u hali ham elektrolitik hujayralar va aerokosmik ilovalar kabi ba'zi maxsus ilovalarda foydalidir.
7. Issiqlik o'tkazuvchanligi: Skandiy nisbatan yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega, bu uni yuqori haroratlarda yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligiga aylantiradi. Bu ba'zi yuqori haroratli ilovalarda foydalidir.
8. Kristal tuzilmasi: Skandiy olti burchakli yopiq kristall tuzilishga ega, ya'ni uning atomlari kristalldagi yaqin o'ralgan oltiburchaklarga o'ralgan.
9. Magnetizm: Skandiy xona haroratida diamagnitdir, ya'ni u magnit maydonlar tomonidan tortilmaydi yoki qaytarilmaydi. Uning magnit harakati uning elektron tuzilishi bilan bog'liq.
10. Radioaktivlik: Skandiyning barcha barqaror izotoplari radioaktiv emas, shuning uchun u radioaktiv bo'lmagan element hisoblanadi.
Skandiy nisbatan engil, yuqori erish nuqtasiga ega metall bo'lib, bir nechta maxsus dasturlarga ega, ayniqsa aerokosmik sanoat va materialshunoslikda. Tabiatda keng tarqalgan bo'lmasa-da, uning jismoniy xususiyatlari uni bir nechta sohalarda noyob foydali qiladi.
Skandiyning kimyoviy xossalari
Skandiy o'tish metall elementidir.
1. Atom tuzilishi: Skandiyning atom tuzilishi 21 proton va odatda 20 ga yaqin neytrondan iborat. Uning elektron konfiguratsiyasi 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s² boʻlib, unda bitta toʻldirilmagan d orbital borligini koʻrsatadi.
2. Kimyoviy belgi va atom raqami: Skandiyning kimyoviy belgisi Sc, atom raqami esa 21.
3. Elektromanfiylik: Skandiyning nisbatan past elektr manfiyligi taxminan 1,36 (Pol elektronegativligi bo'yicha). Bu shuni anglatadiki, u ijobiy ionlar hosil qilish uchun elektronlarni yo'qotishga moyil.
4. Oksidlanish darajasi: Skandiy odatda +3 oksidlanish holatida bo'ladi, ya'ni u Sc³⁺ ionini hosil qilish uchun uchta elektronni yo'qotgan. Bu uning eng keng tarqalgan oksidlanish darajasi. Sc²⁺ va Sc⁴⁺ ham mumkin bo'lsa-da, ular kamroq barqaror va kamroq tarqalgan.
5. Aralashmalar: Skandiy asosan kislorod, oltingugurt, azot va vodorod kabi elementlar bilan birikmalar hosil qiladi. Ba'zi keng tarqalgan skandiy birikmalariga kiradiskandiy oksidi (Sc2O3) va skandiy galogenidlari (masalanskandiy xlorid, ScCl3).
6. Reaktivlik: Skandiy nisbatan reaktiv metalldir, lekin u havoda tez oksidlanib, skandiy oksidining oksidli plyonkasini hosil qiladi, bu esa keyingi oksidlanish reaktsiyalarining oldini oladi. Bu shuningdek, skandiyni nisbatan barqaror qiladi va korroziyaga qarshilikka ega.
7. Eruvchanligi: Skandiy ko'pchilik kislotalarda sekin eriydi, lekin ishqoriy sharoitda osonroq eriydi. U suvda erimaydi, chunki uning oksidi plyonkasi suv molekulalari bilan keyingi reaktsiyalarni oldini oladi.
8. Lantanidga o'xshash kimyoviy xossalar: Skandiyning kimyoviy xossalari lantanidlar seriyasiga o'xshash (lantan, gadoliniy, neodimiyva boshqalar), shuning uchun u ba'zan lantanidga o'xshash element sifatida tasniflanadi. Bu o'xshashlik asosan ion radiusida, birikma xossalarida va ba'zi reaktivlikda namoyon bo'ladi.
9. Izotoplar: Skandiyning bir nechta izotoplari bor, ulardan faqat ba'zilari barqaror. Eng barqaror izotop Sc-45 bo'lib, u uzoq yarimparchalanish davriga ega va radioaktiv emas.
Skandiy nisbatan kam uchraydigan elementdir, lekin ba'zi noyob kimyoviy va fizik xususiyatlari tufayli u bir nechta dastur sohalarida, ayniqsa aerokosmik sanoatda, materialshunoslikda va ba'zi yuqori texnologiyali ilovalarda muhim rol o'ynaydi.
Skandiyning biologik xossalari
Skandiy tabiatda keng tarqalgan element emas. Shuning uchun u organizmlarda biologik xususiyatga ega emas. Biologik xossalar odatda biologik faollik, biologik so‘rilish, moddalar almashinuvi va tirik organizmlarga ta’sirini o‘z ichiga oladi. Skandiy hayot uchun muhim element bo'lmaganligi sababli, ma'lum bo'lgan hech qanday organizmda skandiumga biologik ehtiyoj yoki foydalanish yo'q.
Skandiyning organizmlarga ta'siri asosan uning radioaktivligi bilan bog'liq. Skandiyning ba'zi izotoplari radioaktivdir, shuning uchun inson tanasi yoki boshqa organizmlar radioaktiv skandiyga duchor bo'lsa, bu xavfli radiatsiya ta'siriga olib kelishi mumkin. Bu holat odatda yadroviy fanlar bo'yicha tadqiqotlar, radiatsiya terapiyasi yoki yadroviy avariyalar kabi muayyan vaziyatlarda yuzaga keladi.
Skandiy organizmlar bilan foydali ta'sir o'tkazmaydi va radiatsiya xavfi mavjud. Shuning uchun u organizmlarda muhim element emas.
Skandiy nisbatan kam uchraydigan kimyoviy element bo'lib, uning tabiatda tarqalishi nisbatan cheklangan. Skandiyning tabiatda tarqalishi haqida batafsil ma'lumot:
1. Tabiatdagi tarkib: Skandiy Yer qobig'ida nisbatan kichik miqdorda mavjud. Yer qobig'idagi o'rtacha tarkib taxminan 0,0026 mg / kg (yoki millionda 2,6 qism). Bu skandiyni Yer qobig'idagi noyob elementlardan biriga aylantiradi.
2. Minerallarning kashfiyoti: cheklangan tarkibga qaramay, skandiyni ayrim minerallarda, asosan oksidlar yoki silikatlar shaklida topish mumkin. Skandiyni o'z ichiga olgan ba'zi minerallarga skandianit va dolomit kiradi.
3. Skandiyning ekstraktsiyasi: tabiatda cheklangan tarqalishi tufayli sof skandiyni ajratib olish nisbatan qiyin. Odatda, skandiy alyuminiy eritish jarayonining yon mahsuloti sifatida olinadi, chunki u boksitda alyuminiy bilan sodir bo'ladi.
4. Geografik taqsimot: Skandiy global miqyosda tarqalgan, lekin bir tekis emas. Xitoy, Rossiya, Norvegiya, Shvetsiya va Braziliya kabi ba'zi mamlakatlarda boy skandiy konlari mavjud, boshqa mintaqalarda esa ular kamdan-kam uchraydi.
Skandiy tabiatda cheklangan taqsimotga ega bo'lsa-da, u ba'zi yuqori texnologiyali va sanoat ilovalarida muhim rol o'ynaydi, shuning uchun uning
Skandiy elementni olish va eritish
Skandiy noyob metall element bo'lib, uni qazib olish va qazib olish jarayonlari ancha murakkab. Quyida skandiy elementini qazib olish va qazib olish jarayoni haqida batafsil ma'lumot berilgan:
1. Skandiyning olinishi: Skandiy tabiatda elementar shaklda mavjud emas, lekin odatda rudalarda iz miqdorida mavjud. Asosiy skandiy rudalariga vanadiy skandiy rudasi, sirkon rudasi va itriy rudasi kiradi. Bu rudalardagi skandiy miqdori nisbatan past.
Skandiyni olish jarayoni odatda quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi:
a. Konchilik: skandiyli rudalarni qazish.
b. Maydalash va rudani qayta ishlash: foydali rudalarni chiqindi jinslardan ajratish uchun rudalarni maydalash va qayta ishlash.
c. Flotatsiya: Flotatsiya jarayoni orqali skandiyli rudalar boshqa aralashmalardan ajratiladi.
d. Eritma va pasayish: Skandiy gidroksid odatda eritiladi va keyin qaytaruvchi vosita (odatda alyuminiy) yordamida metall skandiyga qaytariladi.
e. Elektrolitik ekstraktsiya: Kamaytirilgan skandiy yuqori tozalikni olish uchun elektrolitik jarayon orqali chiqariladi.skandiy metall.
3. Skandiyni tozalash: Ko'p eritish va kristallanish jarayonlari orqali skandiyning tozaligini yanada yaxshilash mumkin. Umumiy usul - skandiy birikmalarini xlorlash yoki karbonatlash jarayonlari orqali ajratish va kristallash.yuqori toza skandiy.
Shuni ta'kidlash kerakki, skandiyning etishmasligi tufayli qazib olish va tozalash jarayonlari yuqori aniqlikdagi kimyoviy muhandislikni talab qiladi va odatda katta miqdordagi chiqindilar va qo'shimcha mahsulotlarni hosil qiladi. Shu sababli, skandiy elementini qazib olish va qazib olish murakkab va qimmat loyiha bo'lib, odatda iqtisodiy samaradorlikni oshirish uchun boshqa elementlarni qazib olish va qazib olish jarayoni bilan birlashtiriladi.
Skandiyni aniqlash usullari
1. Atom yutilish spektrometriyasi (AAS): Atom yutilish spektrometriyasi namunadagi skandiy konsentratsiyasini aniqlash uchun ma'lum to'lqin uzunliklarida yutilish spektrlaridan foydalanadigan keng tarqalgan ishlatiladigan miqdoriy tahlil usulidir. Sinov uchun namunani olovda atomizatsiya qiladi va keyin spektrometr orqali namunadagi skandiyning yutilish intensivligini o'lchaydi. Bu usul skandiyning iz kontsentratsiyasini aniqlash uchun javob beradi.
2. Induktiv ravishda bog'langan plazma optik emissiya spektrometriyasi (ICP-OES): Induktiv ravishda bog'langan plazma optik emissiya spektrometriyasi ko'p elementli tahlilda keng qo'llaniladigan juda sezgir va tanlangan analitik usuldir. U namunani atomizatsiya qiladi va plazma hosil qiladi va spektrometrda skandiy emissiyasining o'ziga xos to'lqin uzunligi va intensivligini aniqlaydi.
3. Induktiv ravishda bog'langan plazma massa spektrometriyasi (ICP-MS): Induktiv ravishda bog'langan plazma massa spektrometriyasi izotop nisbatlarini aniqlash va iz elementlarni tahlil qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan juda sezgir va yuqori aniqlikdagi analitik usuldir. U namunani atomizatsiya qiladi va plazma hosil qiladi va mass-spektrometrda skandiyning massa-zaryad nisbatini aniqlaydi. 4. Rentgen floresan spektrometriyasi (XRF): X-nurli floresans spektrometriyasi elementlarning tarkibini tahlil qilish uchun namuna rentgen nurlari bilan qo'zg'atilgandan so'ng hosil bo'lgan floresans spektridan foydalanadi. Namunadagi skandiyning tarkibini tez va buzmasdan aniqlay oladi.
5. To'g'ridan-to'g'ri o'qish spektrometriyasi: Fotoelektrik to'g'ridan-to'g'ri o'qish spektrometriyasi sifatida ham tanilgan, bu namunadagi elementlarning tarkibini tahlil qilish uchun ishlatiladigan analitik texnikadir. To'g'ridan-to'g'ri o'qish spektrometriyasi atom emissiya spektrometriyasi printsipiga asoslanadi. Namunadagi elementlarni qattiq holatdan to‘g‘ridan-to‘g‘ri bug‘lash va hayajonlangan holatda xarakterli spektral chiziqlarni chiqarish uchun yuqori haroratli elektr uchqunlari yoki yoylaridan foydalanadi. Har bir element o'ziga xos emissiya chizig'iga ega va uning intensivligi namunadagi element tarkibiga mutanosibdir. Ushbu xarakterli spektral chiziqlarning intensivligini o'lchash orqali namunadagi har bir elementning tarkibini aniqlash mumkin. Bu usul asosan metallar va qotishmalarning tarkibini tahlil qilish uchun, ayniqsa metallurgiya, metallni qayta ishlash, materialshunoslik va boshqa sohalarda qo'llaniladi.
Ushbu usullar laboratoriya va sanoatda skandiyning miqdoriy tahlili va sifatini nazorat qilish uchun keng qo'llaniladi. Tegishli usulni tanlash namuna turi, kerakli aniqlash chegarasi va aniqlashning aniqligi kabi omillarga bog'liq.
Skandiy atomik yutilish usulining o'ziga xos qo'llanilishi
Elementlarni o'lchashda atomik yutilish spektroskopiyasi yuqori aniqlik va sezgirlikka ega bo'lib, elementlarning kimyoviy xossalari, birikmalar tarkibi va tarkibini o'rganish uchun samarali vositadir.
Keyinchalik, temir elementi tarkibini o'lchash uchun atomik yutilish spektroskopiyasidan foydalanamiz.
Muayyan qadamlar quyidagilardan iborat:
Sinov uchun namunani tayyorlang. O'lchanadigan namunaning eritmasini tayyorlash uchun, odatda, keyingi o'lchovlarni osonlashtirish uchun hazm qilish uchun aralash kislotadan foydalanish kerak.
Tegishli atomik yutilish spektrometrini tanlang. Sinov qilinadigan namunaning xususiyatlari va o'lchanadigan skandiy miqdori diapazoni asosida tegishli atomik yutilish spektrometrini tanlang. Atom yutilish spektrometrining parametrlarini sozlang. Atom yutilish spektrometrining parametrlarini, shu jumladan yorug'lik manbai, atomizator, detektor va boshqalarni sinovdan o'tgan element va asbob modeli asosida sozlang.
Skandiy elementning absorbsiyasini o'lchang. Sinov uchun namunani atomizatorga joylashtiring va yorug'lik manbai orqali ma'lum bir to'lqin uzunligidagi yorug'lik nurlanishini chiqaring. Sinov qilinadigan skandiyum elementi bu yorug'lik nurlanishini o'zlashtiradi va energiya darajasining o'tishini boshdan kechiradi. Skandiy elementning yutilish darajasini detektor orqali o'lchang.
Skandiy elementi tarkibini hisoblang. Absorbsiya va standart egri chiziq asosida skandiy elementining tarkibini hisoblang.
Haqiqiy ishda saytning o'ziga xos ehtiyojlariga muvofiq tegishli o'lchash usullarini tanlash kerak. Bu usullar laboratoriya va sanoatda temirni tahlil qilish va aniqlashda keng qo'llaniladi.
Skandiy haqidagi keng qamrovli kirish so'zimizning oxirida, biz o'quvchilar ushbu ajoyib elementni chuqurroq tushunish va bilishlariga umid qilamiz. Skandiy davriy tizimning muhim elementi sifatida nafaqat fan sohasida asosiy rol o'ynaydi, balki kundalik hayotda va boshqa sohalarda keng qo'llanilishiga ega.
Skandiyning xossalari, qo‘llanilishi, kashfiyot jarayoni va zamonaviy fan va texnikada qo‘llanilishini o‘rganib, biz ushbu elementning o‘ziga xos jozibasi va imkoniyatlarini ko‘rishimiz mumkin. Aerokosmik materiallardan akkumulyator texnologiyasiga, neft-kimyodan tibbiy asbob-uskunalargacha skandium asosiy rol o'ynaydi.
Albatta, skandiyum hayotimizga qulaylik keltirsa-da, ba'zi potentsial xavflarga ham ega ekanligini tushunishimiz kerak. Shuning uchun, biz skandiumning afzalliklaridan bahramand bo'lishimiz kerak bo'lsa-da, mumkin bo'lgan muammolarni oldini olish uchun oqilona foydalanish va standartlashtirilgan dasturga ham e'tibor qaratishimiz kerak. Skandiy bizning chuqur o'rganishimiz va tushunishimizga loyiq elementdir. Ilm-fan va texnologiyaning kelajakdagi rivojlanishida biz skandium o'zining noyob afzalliklarini ko'proq sohalarda o'ynashini va hayotimizga ko'proq qulaylik va kutilmagan hodisalar olib kelishini kutamiz.
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 14-noyabr