जादुई दुर्मिळ पृथ्वी घटक स्कँडियम

Sकँडियम, घटक चिन्ह Sc आणि 21 च्या अणुक्रमांकासह, पाण्यात सहज विरघळणारे आहे, गरम पाण्याशी संवाद साधू शकते आणि हवेत सहजपणे गडद होऊ शकते. त्याची मुख्य व्हॅलेन्स +3 आहे. हे सहसा गॅडोलिनियम, एर्बियम आणि इतर घटकांसह मिसळले जाते, कमी उत्पन्न आणि कवचमध्ये अंदाजे 0.0005% सामग्री असते. विशेष काच आणि हलके उच्च-तापमान मिश्र धातु तयार करण्यासाठी स्कँडियमचा वापर केला जातो.

सध्या, जगात स्कँडियमचा सिद्ध साठा केवळ 2 दशलक्ष टन आहे, त्यापैकी 90-95% बॉक्साईट, फॉस्फोराईट आणि लोह टायटॅनियम धातूंमध्ये आणि युरेनियम, थोरियम, टंगस्टन आणि दुर्मिळ पृथ्वीच्या खनिजांमध्ये एक छोटासा भाग आहे. रशिया, चीन, ताजिकिस्तान, मादागास्कर, नॉर्वे आणि इतर देशांमध्ये वितरित. चीन स्कँडियम संसाधनांमध्ये खूप समृद्ध आहे, स्कँडियमशी संबंधित प्रचंड खनिज साठा आहे. अपूर्ण आकडेवारीनुसार, चीनमध्ये स्कँडियमचा साठा सुमारे 600000 टन आहे, जो दक्षिण चीनमधील बॉक्साईट आणि फॉस्फोराईट ठेवी, पोर्फीरी आणि क्वार्ट्ज शिरा टंगस्टन साठा, दक्षिण चीनमधील दुर्मिळ पृथ्वी साठा, बायन ओबो दुर्मिळ पृथ्वी लोह धातूचा साठा यामध्ये आहे. आतील मंगोलिया आणि पॅनझिहुआ व्हॅनेडियम टायटॅनियम सिचुआन मध्ये मॅग्नेटाइट ठेव.

स्कँडियमच्या कमतरतेमुळे, स्कॅन्डियमची किंमत देखील खूप जास्त आहे आणि त्याच्या शिखरावर, स्कँडियमची किंमत सोन्याच्या किंमतीच्या 10 पट वाढली होती. स्कँडियमच्या किमतीत घसरण झाली असली तरी सोन्याच्या किमतीच्या चौपट!

इतिहास शोधत आहे

1869 मध्ये, मेंडेलीव्हने कॅल्शियम (40) आणि टायटॅनियम (48) मधील अणू वस्तुमानातील अंतर लक्षात घेतले आणि अंदाज केला की येथे एक न सापडलेला मध्यवर्ती आण्विक वस्तुमान देखील आहे. त्याचा ऑक्साईड X ₂ O Å आहे असे त्याने भाकीत केले. स्कँडियमचा शोध स्वीडनमधील उप्पसाला विद्यापीठाच्या लार्स फ्रेडरिक निल्सन यांनी 1879 मध्ये लावला होता. त्याने ते काळ्या दुर्मिळ सोन्याच्या खाणीतून काढले, एक जटिल धातू ज्यामध्ये 8 प्रकारचे धातूचे ऑक्साईड आहेत. त्याने काढला आहेएर्बियम(III) ऑक्साईडकाळा दुर्मिळ सोने धातूपासून, आणि प्राप्तयटरबियम(III) ऑक्साईडया ऑक्साईडपासून, आणि फिकट घटकाचा आणखी एक ऑक्साईड आहे, ज्याचा स्पेक्ट्रम दर्शवितो की तो एक अज्ञात धातू आहे. मेंडेलीव्हने भाकीत केलेला हा धातू आहे, ज्याचा ऑक्साइड आहेSc₂O₃. स्कँडियम धातू स्वतःपासून तयार केले गेलेस्कॅन्डियम क्लोराईड1937 मध्ये इलेक्ट्रोलाइटिक वितळण्याद्वारे.

मेंडेलीव्ह

इलेक्ट्रॉन कॉन्फिगरेशन

इलेक्ट्रॉन कॉन्फिगरेशन: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

स्कॅन्डियम धातू

स्कॅन्डियम एक मऊ, चांदीचा पांढरा संक्रमण धातू आहे ज्याचा वितळण्याचा बिंदू 1541 ℃ आणि उत्कलन बिंदू 2831 ℃ आहे.

त्याच्या शोधानंतर बराच काळ, स्कॅन्डियमचा वापर त्याच्या उत्पादनातील अडचणीमुळे दिसून आला नाही. दुर्मिळ पृथ्वी घटक पृथक्करण पद्धतींच्या वाढत्या सुधारणेसह, आता स्कॅन्डियम संयुगे शुद्ध करण्यासाठी एक परिपक्व प्रक्रिया प्रवाह आहे. स्कँडियम हे यट्रियम आणि लॅन्थॅनाइड पेक्षा कमी क्षारीय असल्यामुळे, हायड्रॉक्साईड सर्वात कमकुवत आहे, म्हणून स्कँडियम (III) हायड्रॉक्साईडवर अमोनियाने उपचार केल्यावर स्कँडियम असलेले दुर्मिळ पृथ्वी घटक मिश्रित खनिज "स्टेप पर्सिपिटेशन" पद्धतीने दुर्मिळ पृथ्वी घटकापासून वेगळे केले जाईल. सोल्यूशनमध्ये हस्तांतरित केले जात आहे. दुसरी पद्धत म्हणजे नायट्रेटच्या ध्रुवीय विघटनाने स्कँडियम नायट्रेट वेगळे करणे. स्कॅन्डियम नायट्रेट हे विघटन करणे सर्वात सोपा असल्याने, स्कॅन्डियम वेगळे केले जाऊ शकते. याव्यतिरिक्त, युरेनियम, थोरियम, टंगस्टन, कथील आणि इतर खनिजांच्या साठ्यांमधून सोबत असलेल्या स्कॅन्डियमची सर्वसमावेशक पुनर्प्राप्ती देखील स्कँडियमचा एक महत्त्वाचा स्रोत आहे.

शुद्ध स्कॅन्डियम कंपाऊंड प्राप्त केल्यानंतर, त्याचे ScCl Å मध्ये रूपांतर होते आणि KCl आणि LiCl सह वितळले जाते. वितळलेल्या झिंकचा वापर इलेक्ट्रोलिसिससाठी कॅथोड म्हणून केला जातो, ज्यामुळे झिंक इलेक्ट्रोडवर स्कॅन्डियमचा अवक्षेप होतो. नंतर, धातूचा स्कँडियम मिळविण्यासाठी जस्तचे बाष्पीभवन केले जाते. अतिशय सक्रिय रासायनिक गुणधर्म असलेला हा हलका वजनाचा चांदीचा पांढरा धातू आहे, जो गरम पाण्याशी प्रतिक्रिया देऊन हायड्रोजन वायू तयार करू शकतो. त्यामुळे तुम्ही चित्रात पाहत असलेला मेटल स्कँडियम एका बाटलीत बंद केला आहे आणि आर्गॉन वायूने ​​संरक्षित केला आहे, अन्यथा स्कँडियम त्वरीत गडद पिवळा किंवा राखाडी ऑक्साईड थर तयार करेल आणि त्याची चमकदार धातूची चमक गमावेल.

अर्ज

प्रकाश उद्योग

स्कँडियमचे उपयोग अतिशय तेजस्वी दिशांमध्ये केंद्रित आहेत आणि त्याला प्रकाशाचा पुत्र म्हणणे अतिशयोक्ती नाही. स्कॅन्डियमचे पहिले जादूचे शस्त्र स्कँडियम सोडियम दिवा असे म्हणतात, ज्याचा वापर हजारो घरांमध्ये प्रकाश आणण्यासाठी केला जाऊ शकतो. हा मेटल हॅलाइड आहे इलेक्ट्रिक लाइट: बल्ब सोडियम आयोडाइड आणि स्कॅन्डियम ट्रायओडाइडने भरलेला असतो आणि त्याच वेळी स्कॅन्डियम आणि सोडियम फॉइल जोडले जातात. उच्च-व्होल्टेज डिस्चार्ज दरम्यान, स्कँडियम आयन आणि सोडियम आयन अनुक्रमे त्यांच्या वैशिष्ट्यपूर्ण उत्सर्जन तरंगलांबीचा प्रकाश उत्सर्जित करतात. सोडियमच्या वर्णक्रमीय रेषा 589.0 आणि 589.6 nm आहेत, दोन प्रसिद्ध पिवळे दिवे, तर स्कँडियमच्या वर्णक्रमीय रेषा 361.3~424.7 nm आहेत, जवळच्या अतिनील आणि निळ्या प्रकाशाच्या उत्सर्जनांची मालिका. ते एकमेकांना पूरक असल्यामुळे, एकूण प्रकाश रंग हा पांढरा प्रकाश असतो. हे तंतोतंत कारण आहे कारण स्कँडियम सोडियम दिव्यांची उच्च चमकदार कार्यक्षमता, चांगला प्रकाश रंग, वीज बचत, दीर्घ सेवा आयुष्य आणि मजबूत धुके तोडण्याची क्षमता आहे की ते दूरदर्शन कॅमेरे, चौक, क्रीडा स्थळे आणि रस्त्यावरील प्रकाशासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाऊ शकतात. आणि तिसऱ्या पिढीतील प्रकाश स्रोत म्हणून ओळखले जातात. चीनमध्ये, या प्रकारच्या दिव्याचा हळूहळू नवीन तंत्रज्ञान म्हणून प्रचार केला जात आहे, तर काही विकसित देशांमध्ये, 1980 च्या दशकाच्या सुरुवातीस या प्रकारच्या दिव्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात होता.

स्कॅन्डियमचे दुसरे जादूचे शस्त्र म्हणजे सौर फोटोव्होल्टेइक पेशी, जे जमिनीवर पसरलेला प्रकाश गोळा करू शकतात आणि मानवी समाजाला चालना देण्यासाठी विजेमध्ये बदलू शकतात. मेटल इन्सुलेटर सेमीकंडक्टर सिलिकॉन सोलर सेल्स आणि सोलर सेल्समध्ये स्कॅन्डियम हा सर्वोत्तम अडथळा धातू आहे.

त्याचे तिसरे जादूई शस्त्र γ A किरण स्त्रोत असे म्हणतात, हे जादूचे शस्त्र स्वतःच चमकू शकते, परंतु या प्रकारचा प्रकाश उघड्या डोळ्यांनी मिळू शकत नाही, हा एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन प्रवाह आहे. आम्ही सामान्यतः खनिजांमधून 45Sc काढतो, जे स्कँडियमचे एकमेव नैसर्गिक समस्थानिक आहे. प्रत्येक 45Sc न्यूक्लियसमध्ये 21 प्रोटॉन आणि 24 न्यूट्रॉन असतात. 46Sc, एक कृत्रिम किरणोत्सर्गी समस्थानिक, γ रेडिएशन स्त्रोत म्हणून वापरला जाऊ शकतो किंवा घातक ट्यूमरच्या रेडिओथेरपीसाठी ट्रेसर अणू देखील वापरला जाऊ शकतो. य्ट्रियम गॅलियम स्कँडियम गार्नेट लेसर सारखे अनुप्रयोग देखील आहेत.स्कॅन्डियम फ्लोराइडग्लास इन्फ्रारेड ऑप्टिकल फायबर, आणि टेलीव्हिजनवर स्कॅन्डियम लेपित कॅथोड रे ट्यूब. असे दिसते की स्कँडियम चमकाने जन्माला येतो.

मिश्रधातू उद्योग

स्कॅन्डियम त्याच्या मूलभूत स्वरूपात ॲल्युमिनियम मिश्र धातुंच्या डोपिंगसाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहे. जोपर्यंत ॲल्युमिनियममध्ये स्कँडियमचा काही हजारावा भाग जोडला जाईल, तोपर्यंत एक नवीन Al3Sc फेज तयार होईल, जो ॲल्युमिनियम मिश्र धातुमध्ये मेटामॉर्फिज्म भूमिका बजावेल आणि मिश्र धातुची रचना आणि गुणधर्म लक्षणीय बदलेल. 0.2%~0.4% Sc (जे घरी तळलेल्या भाज्या ढवळण्यासाठी मीठ घालण्याच्या प्रमाणासारखे आहे, फक्त थोडेसे आवश्यक आहे) जोडल्याने मिश्रधातूचे रीक्रिस्टलायझेशन तापमान 150-200 ℃ वाढू शकते आणि उच्च तापमानात लक्षणीय सुधारणा होऊ शकते. -तापमान सामर्थ्य, संरचनात्मक स्थिरता, वेल्डिंग कार्यप्रदर्शन आणि गंज प्रतिकार. हे उच्च तापमानात दीर्घकालीन कामाच्या दरम्यान उद्भवणारी गुंतागुंतीची घटना देखील टाळू शकते. उच्च सामर्थ्य आणि उच्च कडकपणा ॲल्युमिनियम मिश्र धातु, नवीन उच्च-शक्ती गंज-प्रतिरोधक वेल्डेबल ॲल्युमिनियम मिश्र धातु, नवीन उच्च-तापमान ॲल्युमिनियम मिश्र धातु, उच्च-शक्ती न्यूट्रॉन विकिरण प्रतिरोधक ॲल्युमिनियम मिश्र धातु, इ., एरोस्पेस, विमानचालन, जहाजे या क्षेत्रांमध्ये अतिशय आकर्षक विकासाच्या शक्यता आहेत. आण्विक अणुभट्ट्या, हलकी वाहने आणि हाय-स्पीड गाड्या.

स्कॅन्डियम लोहासाठी एक उत्कृष्ट सुधारक देखील आहे आणि थोड्या प्रमाणात स्कँडियम कास्ट आयर्नची ताकद आणि कडकपणा लक्षणीयरीत्या सुधारू शकतो. याव्यतिरिक्त, स्कॅन्डियमचा वापर उच्च-तापमान टंगस्टन आणि क्रोमियम मिश्र धातुंसाठी एक जोड म्हणून देखील केला जाऊ शकतो. अर्थात, इतरांसाठी लग्नाचे कपडे बनवण्याव्यतिरिक्त, स्कॅन्डियममध्ये उच्च वितळण्याचा बिंदू आहे आणि त्याची घनता ॲल्युमिनियम सारखीच आहे, आणि स्कँडियम टायटॅनियम मिश्र धातु आणि स्कॅन्डियम मॅग्नेशियम मिश्र धातु यांसारख्या उच्च वितळण्याच्या बिंदूच्या हलक्या वजनाच्या मिश्रधातूंमध्ये देखील वापरला जातो. तथापि, त्याच्या उच्च किंमतीमुळे, हे सामान्यत: केवळ स्पेस शटल आणि रॉकेट सारख्या उच्च-स्तरीय उत्पादन उद्योगांमध्ये वापरले जाते.

सिरेमिक साहित्य

स्कॅन्डियम, एकच पदार्थ, सामान्यतः मिश्रधातूंमध्ये वापरला जातो आणि त्याचे ऑक्साइड त्याच प्रकारे सिरॅमिक सामग्रीमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. टेट्रागोनल झिरकोनिया सिरेमिक मटेरियल, ज्याचा वापर सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशींसाठी इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून केला जाऊ शकतो, त्यात एक अद्वितीय गुणधर्म आहे जेथे या इलेक्ट्रोलाइटची चालकता वाढते तापमान आणि वातावरणातील ऑक्सिजन एकाग्रतेसह वाढते. तथापि, या सिरेमिक सामग्रीची क्रिस्टल रचना स्वतःच स्थिरपणे अस्तित्वात असू शकत नाही आणि त्याचे कोणतेही औद्योगिक मूल्य नाही; मूळ गुणधर्म टिकवून ठेवण्यासाठी काही पदार्थांचे डोपिंग करणे आवश्यक आहे जे या संरचनेचे निराकरण करू शकतात. 6~10% स्कॅन्डियम ऑक्साईड जोडणे हे काँक्रीटच्या संरचनेसारखे आहे, ज्यामुळे झिरकोनिया चौकोनी जाळीवर स्थिर होऊ शकतो.

तेथे अभियांत्रिकी सिरॅमिक सामग्री देखील आहेत जसे की उच्च-शक्ती आणि उच्च-तापमान प्रतिरोधक सिलिकॉन नायट्राइड घनता आणि स्टेबिलायझर्स म्हणून.

घनता म्हणून,स्कॅन्डियम ऑक्साईडसूक्ष्म कणांच्या काठावर एक रीफ्रॅक्टरी फेज Sc2Si2O7 तयार करू शकतो, ज्यामुळे अभियांत्रिकी सिरॅमिक्सचे उच्च-तापमान विकृतीकरण कमी होते. इतर ऑक्साईडच्या तुलनेत, ते सिलिकॉन नायट्राइडच्या उच्च-तापमान यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये अधिक चांगल्या प्रकारे सुधारणा करू शकते.

उत्प्रेरक रसायनशास्त्र

रासायनिक अभियांत्रिकीमध्ये, स्कॅन्डियमचा वापर अनेकदा उत्प्रेरक म्हणून केला जातो, तर Sc2O3 इथेनॉल किंवा आयसोप्रोपॅनॉलचे निर्जलीकरण आणि डीऑक्सिडेशन, एसिटिक ऍसिडचे विघटन आणि CO आणि H2 पासून इथिलीनच्या उत्पादनासाठी वापरले जाऊ शकते. Sc2O3 असलेले Pt Al उत्प्रेरक हे पेट्रोकेमिकल उद्योगातील जड तेल हायड्रोजनेशन शुद्धीकरण आणि शुद्धीकरण प्रक्रियेसाठी देखील एक महत्त्वपूर्ण उत्प्रेरक आहे. Cumene सारख्या उत्प्रेरक क्रॅकिंग प्रतिक्रियांमध्ये, Sc-Y zeolite उत्प्रेरक ची क्रिया ॲल्युमिनियम सिलिकेट उत्प्रेरक पेक्षा 1000 पट जास्त असते; काही पारंपारिक उत्प्रेरकांच्या तुलनेत, स्कँडियम उत्प्रेरकांच्या विकासाच्या शक्यता खूप उज्ज्वल असतील.

अणुऊर्जा उद्योग

उच्च-तापमान अणुभट्टीच्या अणुइंधनामध्ये UO2 ला Sc2O3 ची थोडीशी मात्रा जोडल्याने जाळीचे परिवर्तन, आवाज वाढणे आणि UO2 ते U3O8 रूपांतरणामुळे होणारे क्रॅकिंग टाळता येते.

इंधन सेल

त्याचप्रमाणे, निकेल अल्कली बॅटरीमध्ये 2.5% ते 25% स्कँडियम जोडल्याने त्यांचे सेवा आयुष्य वाढेल.

कृषी प्रजनन

शेतीमध्ये, कॉर्न, बीट, वाटाणा, गहू आणि सूर्यफूल यांसारख्या बियाण्यांवर स्कॅन्डियम सल्फेट (सांद्रता साधारणपणे 10-3 ~ 10-8mol/L असते, वेगवेगळ्या वनस्पतींमध्ये भिन्नता असते) आणि उगवण वाढवण्याचा वास्तविक परिणाम होतो. साध्य केले आहे. 8 तासांनंतर, मुळे आणि कळ्यांचे कोरडे वजन रोपांच्या तुलनेत अनुक्रमे 37% आणि 78% ने वाढले, परंतु यंत्रणा अद्याप अभ्यासात आहे.

अणु वस्तुमान डेटाच्या कर्जाकडे नील्सनच्या लक्षापासून ते आजपर्यंत, स्कँडियमने लोकांच्या दृष्टीमध्ये फक्त शंभर किंवा वीस वर्षे प्रवेश केला आहे, परंतु तो जवळजवळ शंभर वर्षे खंडपीठावर बसला आहे. गेल्या शतकाच्या उत्तरार्धात भौतिक विज्ञानाचा जोमदार विकास होईपर्यंत त्याच्यात चैतन्य आले. आज, स्कँडियमसह दुर्मिळ पृथ्वीचे घटक, साहित्य विज्ञानातील हॉट स्टार बनले आहेत, हजारो प्रणालींमध्ये सतत बदलणारी भूमिका बजावत आहेत, दररोज आपल्या जीवनात अधिक सोयी आणत आहेत आणि आर्थिक मूल्य निर्माण करत आहेत जे मोजणे आणखी कठीण आहे.