जादुई दुर्लभ पृथ्वी तत्व स्कैंडियम

Sकैंडियम, तत्व प्रतीक SC और 21 की परमाणु संख्या के साथ, आसानी से पानी में घुलनशील है, गर्म पानी के साथ बातचीत कर सकते हैं, और आसानी से हवा में अंधेरा हो जाता है। इसकी मुख्य वैलेंस+3 है। यह अक्सर गैडोलिनियम, एर्बियम और अन्य तत्वों के साथ मिश्रित होता है, जिसमें कम उपज और क्रस्ट में लगभग 0.0005% की सामग्री होती है। स्कैंडियम का उपयोग अक्सर विशेष ग्लास और हल्के उच्च तापमान मिश्र धातुओं को बनाने के लिए किया जाता है।

वर्तमान में, दुनिया में स्कैंडियम के सिद्ध भंडार केवल 2 मिलियन टन, 90 ~ 95% हैं, जिनमें से बक्साइट, फॉस्फोराइट और लोहे के टाइटेनियम अयस्कों में निहित हैं, और यूरेनियम, थोरियम, टंगस्टन और दुर्लभ पृथ्वी अयस्कों में एक छोटा सा हिस्सा है, जो मुख्य रूप से रूस, चीन, ताजिकिस्तान, मैडागास्कर और अन्य देशों में वितरित किया गया है। चीन स्कैंडियम संसाधनों में बहुत समृद्ध है, जिसमें स्कैंडियम से संबंधित विशाल खनिज भंडार हैं। अधूरे आंकड़ों के अनुसार, चीन में स्कैंडियम के भंडार लगभग 600000 टन हैं, जो दक्षिण चीन में बक्साइट और फॉस्फोराइट जमा, पोर्फरी और क्वार्ट्ज नस टंगस्टन जमा में निहित हैं, दक्षिण चीन में दुर्लभ पृथ्वी जमा, इनर मंगोलिया में बायन ओबो दुर्लभ पृथ्वी अयस्क जमा, और पैन्हीहुआ वेन्डियम टाइटेन में।

स्कैंडियम की कमी के कारण, स्कैंडियम की कीमत भी बहुत अधिक है, और इसके चरम पर, स्कैंडियम की कीमत सोने की कीमत से 10 गुना बढ़ गई थी। हालांकि स्कैंडियम की कीमत गिर गई है, यह अभी भी सोने की कीमत से चार गुना है!

इतिहास की खोज

1869 में, मेंडेलीव ने कैल्शियम (40) और टाइटेनियम (48) के बीच परमाणु द्रव्यमान में एक अंतर देखा, और भविष्यवाणी की कि यहां एक अनदेखा मध्यवर्ती परमाणु द्रव्यमान तत्व भी था। उन्होंने भविष्यवाणी की कि इसका ऑक्साइड x Å o Å है। स्कैंडियम की खोज 1879 में स्वीडन में उप्साला विश्वविद्यालय के लार्स फ्रेडरिक निलसन द्वारा की गई थी। उन्होंने इसे काले दुर्लभ सोने की खान से निकाला, एक जटिल अयस्क जिसमें 8 प्रकार के धातु ऑक्साइड होते हैं। उसने निकाला हैएर्बियम (iii) ऑक्साइडकाले दुर्लभ सोने के अयस्क से, और प्राप्त कियाYtterbium (iii) ऑक्साइडइस ऑक्साइड से, और लाइटर तत्व का एक और ऑक्साइड है, जिसका स्पेक्ट्रम दिखाता है कि यह एक अज्ञात धातु है। यह मेंडलीव द्वारा भविष्यवाणी की गई धातु है, जिसका ऑक्साइड हैSco₃ ₃। स्कैंडियम धातु से ही उत्पादन किया गया थास्कैंडियम क्लोराइड1937 में इलेक्ट्रोलाइटिक पिघलने से।

मेंडलीव

इलेक्ट्रॉन विन्यास

इलेक्ट्रॉन कॉन्फ़िगरेशन: 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D1

स्कैंडियम धातु

स्कैंडियम एक नरम, चांदी की सफेद संक्रमण धातु है जिसमें 1541 ℃ के पिघलने बिंदु और 2831 ℃ का एक उबलते बिंदु हैं।

इसकी खोज के बाद काफी समय के लिए, उत्पादन में कठिनाई के कारण स्कैंडियम के उपयोग का प्रदर्शन नहीं किया गया था। दुर्लभ पृथ्वी तत्व पृथक्करण विधियों के बढ़ते सुधार के साथ, अब स्कैंडियम यौगिकों को शुद्ध करने के लिए एक परिपक्व प्रक्रिया प्रवाह है। क्योंकि स्कैंडियम yttrium और लैंथेनाइड की तुलना में कम क्षारीय होता है, हाइड्रॉक्साइड सबसे कमजोर होता है, इसलिए दुर्लभ पृथ्वी तत्व मिश्रित खनिज युक्त स्कैंडियम को दुर्लभ पृथ्वी तत्व से अलग किया जाएगा, जब "STEP वर्षा" विधि द्वारा स्कैंडियम (III) हाइड्रॉक्साइड को समाधान में स्थानांतरित करने के बाद अमोनिया के साथ इलाज किया जाता है। अन्य विधि नाइट्रेट के ध्रुवीय अपघटन द्वारा स्कैंडियम नाइट्रेट को अलग करना है। क्योंकि स्कैंडियम नाइट्रेट को विघटित करना सबसे आसान है, स्कैंडियम को अलग किया जा सकता है। इसके अलावा, यूरेनियम, थोरियम, टंगस्टन, टिन और अन्य खनिज जमा से स्कैंडियम के साथ की व्यापक वसूली भी स्कैंडियम का एक महत्वपूर्ण स्रोत है।

एक शुद्ध स्कैंडियम यौगिक प्राप्त करने के बाद, इसे SCCL Å में परिवर्तित किया जाता है और CO KCL और LICL के साथ पिघलाया जाता है। पिघला हुआ जस्ता का उपयोग इलेक्ट्रोलिसिस के लिए कैथोड के रूप में किया जाता है, जिससे स्कैंडियम जस्ता इलेक्ट्रोड पर अवक्षेपित होता है। फिर, जस्ता को धातु स्कैंडियम प्राप्त करने के लिए वाष्पित किया जाता है। यह बहुत सक्रिय रासायनिक गुणों के साथ एक हल्के चांदी की सफेद धातु है, जो हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए गर्म पानी के साथ प्रतिक्रिया कर सकती है। तो चित्र में आपके द्वारा देखे जाने वाले धातु स्कैंडियम को एक बोतल में सील कर दिया जाता है और आर्गन गैस के साथ संरक्षित किया जाता है, अन्यथा स्कैंडियम जल्दी से एक गहरे पीले या ग्रे ऑक्साइड की परत का निर्माण करेगा, जिससे इसकी चमकदार धातु की चमक खो जाती है।

अनुप्रयोग

प्रकाश उद्योग

स्कैंडियम के उपयोग बहुत उज्ज्वल दिशाओं में केंद्रित हैं, और इसे प्रकाश का पुत्र कहना अतिशयोक्ति नहीं है। स्कैंडियम के पहले जादू के हथियार को स्कैंडियम सोडियम लैंप कहा जाता है, जिसका उपयोग हजारों घरों में प्रकाश लाने के लिए किया जा सकता है। यह एक धातु हैलाइड इलेक्ट्रिक लाइट है: बल्ब सोडियम आयोडाइड और स्कैंडियम ट्रायियोडाइड से भरा होता है, और एक ही समय में स्कैंडियम और सोडियम पन्नी को जोड़ा जाता है। उच्च-वोल्टेज डिस्चार्ज के दौरान, स्कैंडियम आयन और सोडियम आयन क्रमशः उनकी विशेषता उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं। सोडियम की वर्णक्रमीय रेखाएं 589.0 और 589.6 एनएम, दो प्रसिद्ध पीली रोशनी हैं, जबकि स्कैंडियम की वर्णक्रमीय रेखाएं 361.3 ~ 424.7 एनएम हैं, जो पराबैंगनी और नीले प्रकाश उत्सर्जन की एक श्रृंखला है। क्योंकि वे एक -दूसरे के पूरक हैं, उत्पादित समग्र प्रकाश रंग सफेद प्रकाश है। यह ठीक है क्योंकि स्कैंडियम सोडियम लैंप में उच्च चमकदार दक्षता, अच्छे हल्के रंग, बिजली की बचत, लंबी सेवा जीवन, और मजबूत कोहरे टूटने की क्षमता की विशेषताएं हैं, जो उन्हें टेलीविजन कैमरों, वर्गों, खेल स्थानों और सड़क प्रकाश व्यवस्था के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जा सकता है, और तीसरी पीढ़ी के प्रकाश स्रोतों के रूप में जाना जाता है। चीन में, इस प्रकार के दीपक को धीरे -धीरे एक नई तकनीक के रूप में बढ़ावा दिया जा रहा है, जबकि कुछ विकसित देशों में, इस प्रकार के दीपक का व्यापक रूप से 1980 के दशक की शुरुआत में व्यापक रूप से उपयोग किया गया था।

स्कैंडियम का दूसरा मैजिक हथियार सौर फोटोवोल्टिक सेल है, जो जमीन पर बिखरे हुए प्रकाश को इकट्ठा कर सकता है और इसे मानव समाज को चलाने के लिए बिजली में बदल सकता है। स्कैंडियम मेटल इन्सुलेटर सेमीकंडक्टर सिलिकॉन सौर कोशिकाओं और सौर कोशिकाओं में सबसे अच्छा बैरियर मेटल है।

इसके तीसरे मैजिक हथियार को γ एक किरण स्रोत कहा जाता है, यह मैजिक हथियार अपने दम पर चमकता है, लेकिन इस तरह की रोशनी को नग्न आंखों से प्राप्त नहीं किया जा सकता है, यह एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन प्रवाह है। हम आमतौर पर खनिजों से 45SC निकालते हैं, जो स्कैंडियम का एकमात्र प्राकृतिक समस्थानिक है। प्रत्येक 45SC नाभिक में 21 प्रोटॉन और 24 न्यूट्रॉन होते हैं। 46SC, एक कृत्रिम रेडियोधर्मी आइसोटोप, का उपयोग are विकिरण स्रोतों के रूप में किया जा सकता है या ट्रेसर परमाणुओं का उपयोग घातक ट्यूमर के रेडियोथेरेपी के लिए भी किया जा सकता है। Yttrium गैलियम स्कैंडियम गार्नेट लेजर जैसे अनुप्रयोग भी हैं,स्कैंडियम फ्लोराइडग्लास इन्फ्रारेड ऑप्टिकल फाइबर, और स्कैंडियम लेपित कैथोड रे ट्यूब टेलीविजन पर। ऐसा लगता है कि स्कैंडियम चमक के साथ पैदा हुआ है।

मिश्र धातु उद्योग

इसके मौलिक रूप में स्कैंडियम का उपयोग डोपिंग एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए व्यापक रूप से किया गया है। जब तक स्कैंडियम के कुछ हजारवें हिस्से को एल्यूमीनियम में जोड़ा जाता है, तब तक एक नया AL3SC चरण बन जाएगा, जो एल्यूमीनियम मिश्र धातु में एक कायापलट की भूमिका निभाएगा और मिश्र धातु की संरचना और गुणों को काफी बदल देगा। 0.2% ~ 0.4% SC को जोड़ना (जो वास्तव में घर पर तली हुई सब्जियों को हल करने के लिए नमक जोड़ने के अनुपात के समान है, केवल थोड़ा सा आवश्यक है) मिश्र धातु के पुनरावर्तन तापमान को 150-200 ℃ तक बढ़ा सकता है, और उच्च तापमान शक्ति, संरचनात्मक स्थिरता, वेल्डिंग प्रदर्शन, और संक्षारण प्रतिरोध में काफी सुधार कर सकता है। यह उच्च तापमान पर लंबे समय तक काम के दौरान होने वाली एम्ब्रिटमेंट घटना से भी बच सकता है। उच्च शक्ति और उच्च क्रूरता एल्यूमीनियम मिश्र धातु, नई उच्च शक्ति वाले संक्षारण-प्रतिरोधी वेल्डेबल एल्यूमीनियम मिश्र धातु, नए उच्च तापमान एल्यूमीनियम मिश्र धातु, उच्च शक्ति वाले न्यूट्रॉन विकिरण प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातु, आदि, एयरोस्पेस, विमानन, जहाजों, परमाणु रीपर्स, प्रकाश वाहनों और उच्च-प्रसार में बहुत आकर्षक विकास संभावनाएं हैं।

स्कैंडियम भी लोहे के लिए एक उत्कृष्ट संशोधक है, और स्कैंडियम की एक छोटी मात्रा कच्चा लोहा की ताकत और कठोरता में काफी सुधार कर सकती है। इसके अलावा, स्कैंडियम का उपयोग उच्च तापमान वाले टंगस्टन और क्रोमियम मिश्र धातुओं के लिए एक योजक के रूप में भी किया जा सकता है। बेशक, दूसरों के लिए शादी के कपड़े बनाने के अलावा, स्कैंडियम में एक उच्च पिघलने बिंदु है और इसका घनत्व एल्यूमीनियम के समान है, और इसका उपयोग उच्च पिघलने बिंदु हल्के मिश्र धातुओं जैसे स्कैंडियम टाइटेनियम मिश्र धातु और स्कैंडियम मैग्नीशियम मिश्र धातु में भी किया जाता है। हालांकि, इसकी उच्च कीमत के कारण, यह आम तौर पर केवल उच्च-अंत विनिर्माण उद्योगों जैसे कि स्पेस शटल और रॉकेट में उपयोग किया जाता है।

सिरेमिक सामग्री

स्कैंडियम, एक एकल पदार्थ, आमतौर पर मिश्र धातुओं में उपयोग किया जाता है, और इसके ऑक्साइड एक समान तरीके से सिरेमिक सामग्री में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। टेट्रागोनल जिरकोनिया सिरेमिक सामग्री, जिसे ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं के लिए एक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है, में एक अनूठी संपत्ति होती है जहां इस इलेक्ट्रोलाइट की चालकता बढ़ती तापमान और पर्यावरण में ऑक्सीजन एकाग्रता के साथ बढ़ जाती है। हालाँकि, इस सिरेमिक सामग्री की क्रिस्टल संरचना स्वयं मौजूद नहीं हो सकती है और इसका कोई औद्योगिक मूल्य नहीं है; कुछ पदार्थों को डोपिंग करना आवश्यक है जो इसके मूल गुणों को बनाए रखने के लिए इस संरचना को ठीक कर सकते हैं। 6 ~ 10% स्कैंडियम ऑक्साइड जोड़ना एक ठोस संरचना की तरह है, ताकि जिरकोनिया को एक वर्ग जाली पर स्थिर किया जा सके।

इंजीनियरिंग सिरेमिक सामग्री भी हैं जैसे कि उच्च शक्ति और उच्च तापमान प्रतिरोधी सिलिकॉन नाइट्राइड डेंसिफायर और स्टेबलाइजर्स के रूप में।

एक घनत्व के रूप में,स्कैंडियम ऑक्साइडठीक कणों के किनारे पर एक दुर्दम्य चरण SC2SI2O7 बना सकते हैं, इस प्रकार इंजीनियरिंग सिरेमिक के उच्च तापमान विरूपण को कम कर सकते हैं। अन्य ऑक्साइड की तुलना में, यह सिलिकॉन नाइट्राइड के उच्च तापमान वाले यांत्रिक गुणों में बेहतर सुधार कर सकता है।

उत्प्रेरक रसायन विज्ञान

केमिकल इंजीनियरिंग में, स्कैंडियम का उपयोग अक्सर एक उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, जबकि SC2O3 का उपयोग इथेनॉल या आइसोप्रोपेनॉल के निर्जलीकरण और डीऑक्सिडेशन के लिए किया जा सकता है, एसिटिक एसिड के अपघटन और सीओ और एच 2 से एथिलीन का उत्पादन। SC2O3 युक्त Pt अल उत्प्रेरक भी भारी तेल हाइड्रोजनीकरण शुद्धि और पेट्रोकेमिकल उद्योग में परिष्कृत प्रक्रियाओं के लिए एक महत्वपूर्ण उत्प्रेरक है। Cumene जैसे उत्प्रेरक क्रैकिंग प्रतिक्रियाओं में, Sc-y zeolite उत्प्रेरक की गतिविधि एल्यूमीनियम सिलिकेट उत्प्रेरक की तुलना में 1000 गुना अधिक है; कुछ पारंपरिक उत्प्रेरक की तुलना में, स्कैंडियम उत्प्रेरक के विकास की संभावनाएं बहुत उज्ज्वल होंगी।

परमाणु ऊर्जा उद्योग

उच्च तापमान रिएक्टर परमाणु ईंधन में UO2 में SC2O3 की एक छोटी मात्रा को जोड़ने से UO2 से U3O8 रूपांतरण के कारण जाली परिवर्तन, मात्रा में वृद्धि और क्रैकिंग से बच सकते हैं।

ईंधन सेल

इसी तरह, निकल अल्कली बैटरी में 2.5% से 25% स्कैंडियम जोड़ने से उनकी सेवा जीवन बढ़ जाएगी।

कृषि प्रजनन

कृषि में, मकई, चुकंदर, मटर, गेहूं और सूरजमुखी जैसे बीजों को स्कैंडियम सल्फेट के साथ इलाज किया जा सकता है (एकाग्रता आम तौर पर 10-3 ~ 10-8mol/L है, विभिन्न पौधों में अलग-अलग होंगे), और अंकुरण को बढ़ावा देने का वास्तविक प्रभाव हासिल किया गया है। 8 घंटे के बाद, रोपों की तुलना में जड़ों और कलियों के सूखे वजन में क्रमशः 37% और 78% की वृद्धि हुई, लेकिन तंत्र अभी भी अध्ययन के अधीन है।

नीलसन के ध्यान से लेकर परमाणु द्रव्यमान डेटा के ऋण पर आज तक, स्कैंडियम ने केवल सौ या बीस वर्षों के लिए लोगों की दृष्टि में प्रवेश किया है, लेकिन यह लगभग सौ वर्षों तक बेंच पर बैठा है। यह पिछली शताब्दी के अंत में भौतिक विज्ञान के जोरदार विकास तक नहीं था कि यह उनके लिए जीवन शक्ति लाया। आज, स्कैंडियम सहित दुर्लभ पृथ्वी तत्व, सामग्री विज्ञान में गर्म सितारे बन गए हैं, हजारों प्रणालियों में कभी-कभी बदलती भूमिकाएं निभाते हैं, हर दिन हमारे जीवन के लिए अधिक सुविधा प्रदान करते हैं, और आर्थिक मूल्य पैदा करते हैं जो मापने के लिए और भी कठिन है।