जादुई दुर्लभ पृथ्वी तत्व स्कैंडियम

Sकैंडियम, तत्व प्रतीक Sc और परमाणु क्रमांक 21 के साथ, पानी में आसानी से घुलनशील है, गर्म पानी के साथ क्रिया कर सकता है, और हवा में आसानी से काला हो जाता है। इसकी मुख्य संयोजकता+3 है। इसे अक्सर गैडोलीनियम, एर्बियम और अन्य तत्वों के साथ मिलाया जाता है, जिसकी उपज कम होती है और परत में इसकी मात्रा लगभग 0.0005% होती है। स्कैंडियम का उपयोग अक्सर विशेष ग्लास और हल्के उच्च तापमान वाले मिश्र धातु बनाने के लिए किया जाता है।

वर्तमान में, दुनिया में स्कैंडियम के सिद्ध भंडार केवल 2 मिलियन टन हैं, जिनमें से 90 ~ 95% बॉक्साइट, फॉस्फोराइट और लौह टाइटेनियम अयस्कों में निहित हैं, और यूरेनियम, थोरियम, टंगस्टन और दुर्लभ पृथ्वी अयस्कों में एक छोटा सा हिस्सा मुख्य रूप से शामिल है। रूस, चीन, ताजिकिस्तान, मेडागास्कर, नॉर्वे और अन्य देशों में वितरित। चीन स्कैंडियम संसाधनों में बहुत समृद्ध है, यहां स्कैंडियम से संबंधित विशाल खनिज भंडार हैं। अधूरे आँकड़ों के अनुसार, चीन में स्कैंडियम का भंडार लगभग 600000 टन है, जो बॉक्साइट और फॉस्फोराइट जमा, दक्षिण चीन में पोर्फिरी और क्वार्ट्ज नस टंगस्टन जमा, दक्षिण चीन में दुर्लभ पृथ्वी जमा, बायन ओबो दुर्लभ पृथ्वी लौह अयस्क जमा में निहित है। भीतरी मंगोलिया, और सिचुआन में पंजिहुआ वैनेडियम टाइटेनियम मैग्नेटाइट जमा।

स्कैंडियम की कमी के कारण, स्कैंडियम की कीमत भी बहुत अधिक है, और अपने चरम पर, स्कैंडियम की कीमत सोने की कीमत से 10 गुना तक बढ़ गई थी। हालाँकि स्कैंडियम की कीमत गिर गई है, फिर भी यह सोने की कीमत से चार गुना अधिक है!

इतिहास की खोज

1869 में, मेंडेलीव ने कैल्शियम (40) और टाइटेनियम (48) के बीच परमाणु द्रव्यमान में अंतर देखा, और भविष्यवाणी की कि यहां एक अनदेखा मध्यवर्ती परमाणु द्रव्यमान तत्व भी था। उन्होंने अनुमान लगाया कि इसका ऑक्साइड X ₂ O Å है। स्कैंडियम की खोज 1879 में स्वीडन के उप्साला विश्वविद्यालय के लार्स फ्रेडरिक निल्सन ने की थी। उन्होंने इसे काले दुर्लभ सोने की खदान से निकाला, यह एक जटिल अयस्क है जिसमें 8 प्रकार के धातु ऑक्साइड होते हैं। उसने निकाला हैएर्बियम (III) ऑक्साइडकाले दुर्लभ सोने के अयस्क से, और प्राप्त किया गयायेटेरबियम (III) ऑक्साइडइस ऑक्साइड से एक और हल्के तत्व का ऑक्साइड बनता है, जिसके स्पेक्ट्रम से पता चलता है कि यह एक अज्ञात धातु है। यह मेंडेलीव द्वारा पूर्वानुमानित धातु है जिसका ऑक्साइड हैSc₂O₃. स्कैंडियम धातु का ही उत्पादन किया गया थास्कैंडियम क्लोराइड1937 में इलेक्ट्रोलाइटिक पिघलने से।

मेंडलीव

इलेक्ट्रॉन विन्यास

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

स्कैंडियम धातु

स्कैंडियम एक नरम, चांदी-सफेद संक्रमण धातु है जिसका गलनांक 1541 ℃ और क्वथनांक 2831 ℃ है।

इसकी खोज के बाद काफी समय तक, 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 येट्रियम और लैंथेनाइड की तुलना में कम क्षारीय है, हाइड्रॉक्साइड सबसे कमजोर है, इसलिए स्कैंडियम युक्त दुर्लभ पृथ्वी तत्व मिश्रित खनिज को "स्टेप वर्षा" विधि द्वारा दुर्लभ पृथ्वी तत्व से अलग किया जाएगा जब स्कैंडियम (III) हाइड्रॉक्साइड को अमोनिया के साथ इलाज किया जाता है। समाधान में स्थानांतरित किया जा रहा है। दूसरी विधि नाइट्रेट के ध्रुवीय अपघटन द्वारा स्कैंडियम नाइट्रेट को अलग करना है। चूँकि स्कैंडियम नाइट्रेट को विघटित करना सबसे आसान है, इसलिए स्कैंडियम को अलग किया जा सकता है। इसके अलावा, यूरेनियम, थोरियम, टंगस्टन, टिन और अन्य खनिज भंडार से स्कैंडियम की व्यापक वसूली भी स्कैंडियम का एक महत्वपूर्ण स्रोत है।

शुद्ध स्कैंडियम यौगिक प्राप्त करने के बाद, इसे ScCl Å में परिवर्तित किया जाता है और KCl और LiCl के साथ पिघलाया जाता है। पिघले हुए जिंक का उपयोग इलेक्ट्रोलिसिस के लिए कैथोड के रूप में किया जाता है, जिससे जिंक इलेक्ट्रोड पर स्कैंडियम अवक्षेपित हो जाता है। फिर, धात्विक स्कैंडियम प्राप्त करने के लिए जस्ता को वाष्पित किया जाता है। यह बहुत सक्रिय रासायनिक गुणों वाली एक हल्की चांदी जैसी सफेद धातु है, जो गर्म पानी के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रोजन गैस उत्पन्न कर सकती है। तो चित्र में आप जो धातु स्कैंडियम देख रहे हैं उसे एक बोतल में बंद कर दिया गया है और आर्गन गैस से संरक्षित किया गया है, अन्यथा स्कैंडियम जल्दी ही एक गहरे पीले या भूरे रंग की ऑक्साइड परत बना लेगा, जिससे इसकी चमकदार धात्विक चमक खो जाएगी।

अनुप्रयोग

प्रकाश उद्योग

स्कैंडियम का उपयोग बहुत उज्ज्वल दिशाओं में केंद्रित है, और इसे प्रकाश का पुत्र कहना अतिश्योक्ति नहीं होगी। स्कैंडियम का पहला जादुई हथियार स्कैंडियम सोडियम लैंप कहलाता है, जिसका उपयोग हजारों घरों में रोशनी लाने के लिए किया जा सकता है। यह एक मेटल हैलाइड इलेक्ट्रिक लाइट है: बल्ब सोडियम आयोडाइड और स्कैंडियम ट्राईआयोडाइड से भरा होता है, और स्कैंडियम और सोडियम फ़ॉइल को एक ही समय में जोड़ा जाता है। हाई-वोल्टेज डिस्चार्ज के दौरान, स्कैंडियम आयन और सोडियम आयन क्रमशः अपनी विशिष्ट उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य का प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। सोडियम की वर्णक्रमीय रेखाएं 589.0 और 589.6 एनएम हैं, दो प्रसिद्ध पीली रोशनी, जबकि स्कैंडियम की वर्णक्रमीय रेखाएं 361.3~424.7 एनएम हैं, जो निकट पराबैंगनी और नीली रोशनी उत्सर्जन की एक श्रृंखला है। चूँकि वे एक-दूसरे के पूरक हैं, इसलिए उत्पन्न होने वाला समग्र प्रकाश रंग सफेद प्रकाश है। ऐसा इसलिए है क्योंकि स्कैंडियम सोडियम लैंप में उच्च चमकदार दक्षता, अच्छा प्रकाश रंग, बिजली की बचत, लंबी सेवा जीवन और मजबूत कोहरे को तोड़ने की क्षमता होती है, जिसका उपयोग टेलीविजन कैमरों, चौराहों, खेल स्थलों और सड़क प्रकाश व्यवस्था के लिए व्यापक रूप से किया जा सकता है। और तीसरी पीढ़ी के प्रकाश स्रोत के रूप में जाने जाते हैं। चीन में, इस प्रकार के लैंप को धीरे-धीरे एक नई तकनीक के रूप में प्रचारित किया जा रहा है, जबकि कुछ विकसित देशों में, इस प्रकार के लैंप का उपयोग 1980 के दशक की शुरुआत में व्यापक रूप से किया जाता था।

स्कैंडियम का दूसरा जादुई हथियार सौर फोटोवोल्टिक कोशिकाएं हैं, जो जमीन पर बिखरी रोशनी को इकट्ठा कर सकती हैं और उसे मानव समाज को चलाने के लिए बिजली में बदल सकती हैं। स्कैंडियम धातु इन्सुलेटर सेमीकंडक्टर सिलिकॉन सौर कोशिकाओं और सौर कोशिकाओं में सबसे अच्छा अवरोधक धातु है।

इसके तीसरे जादुई हथियार को γ एक किरण स्रोत कहा जाता है, यह जादुई हथियार अपने आप चमक सकता है, लेकिन इस तरह का प्रकाश नग्न आंखों द्वारा 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 आइसोटोप है। प्रत्येक 45Sc नाभिक में 21 प्रोटॉन और 24 न्यूट्रॉन होते हैं। 46Sc, एक कृत्रिम रेडियोधर्मी आइसोटोप, का उपयोग γ विकिरण स्रोतों के रूप में किया जा सकता है या ट्रेसर परमाणुओं का उपयोग घातक ट्यूमर की रेडियोथेरेपी के लिए भी किया जा सकता है। येट्रियम गैलियम स्कैंडियम गार्नेट लेजर जैसे अनुप्रयोग भी हैं,स्कैंडियम फ्लोराइडटेलीविजन पर ग्लास इन्फ्रारेड ऑप्टिकल फाइबर, और स्कैंडियम लेपित कैथोड रे ट्यूब। ऐसा लगता है कि स्कैंडियम का जन्म चमक के साथ हुआ है।

मिश्र धातु उद्योग

अपने मौलिक रूप में स्कैंडियम का उपयोग एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को डोपिंग करने के लिए व्यापक रूप से किया गया है। जब तक एल्यूमीनियम में स्कैंडियम का कुछ हजारवां हिस्सा जोड़ा जाता है, एक नया Al3Sc चरण बनेगा, जो एल्यूमीनियम मिश्र धातु में मेटामोर्फिज़्म भूमिका निभाएगा और मिश्र धातु की संरचना और गुणों में महत्वपूर्ण परिवर्तन करेगा। 0.2% ~ 0.4% एससी जोड़ने (जो वास्तव में घर पर तली हुई सब्जियों को हिलाने के लिए नमक जोड़ने के अनुपात के समान है, केवल थोड़ी सी आवश्यकता होती है) मिश्र धातु के पुनर्संरचना तापमान को 150-200 ℃ तक बढ़ा सकता है, और उच्च में काफी सुधार कर सकता है -तापमान की ताकत, संरचनात्मक स्थिरता, वेल्डिंग प्रदर्शन और संक्षारण प्रतिरोध। यह भंगुरता की घटना से भी बच सकता है जो उच्च तापमान पर लंबे समय तक काम करने के दौरान घटित होना आसान है। उच्च शक्ति और उच्च क्रूरता एल्यूमीनियम मिश्र धातु, नए उच्च शक्ति संक्षारण प्रतिरोधी वेल्डेबल एल्यूमीनियम मिश्र धातु, नए उच्च तापमान एल्यूमीनियम मिश्र धातु, उच्च शक्ति न्यूट्रॉन विकिरण प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातु, आदि में एयरोस्पेस, विमानन, जहाजों में बहुत आकर्षक विकास संभावनाएं हैं। परमाणु रिएक्टर, हल्के वाहन और उच्च गति वाली रेलगाड़ियाँ।

स्कैंडियम भी लोहे के लिए एक उत्कृष्ट संशोधक है, और स्कैंडियम की थोड़ी मात्रा कच्चे लोहे 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 होता है और इसका घनत्व एल्यूमीनियम के समान होता है, और इसका उपयोग स्कैंडियम टाइटेनियम मिश्र धातु और स्कैंडियम मैग्नीशियम मिश्र धातु जैसे उच्च पिघलने बिंदु हल्के मिश्र धातुओं में भी किया जाता है। हालाँकि, इसकी उच्च कीमत के कारण, इसका उपयोग आमतौर पर केवल अंतरिक्ष शटल और रॉकेट जैसे उच्च-स्तरीय विनिर्माण उद्योगों में किया जाता है।

सिरेमिक सामग्री

स्कैंडियम, एक एकल पदार्थ, आमतौर पर मिश्रधातुओं में उपयोग किया जाता है, और इसके ऑक्साइड इसी तरह से सिरेमिक सामग्री में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। टेट्रागोनल ज़िरकोनिया सिरेमिक सामग्री, जिसका उपयोग ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं के लिए इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में किया जा सकता है, में एक अद्वितीय गुण होता है जहां पर्यावरण में बढ़ते तापमान और ऑक्सीजन एकाग्रता के साथ इस इलेक्ट्रोलाइट की चालकता बढ़ जाती है। हालाँकि, इस सिरेमिक सामग्री की क्रिस्टल संरचना स्वयं स्थिर रूप से मौजूद नहीं हो सकती है और इसका कोई औद्योगिक मूल्य नहीं है; इसके मूल गुणों को बनाए रखने के लिए कुछ पदार्थों को डोपिंग करना आवश्यक है जो इस संरचना को ठीक कर सकें। 6~10% स्कैंडियम ऑक्साइड मिलाने से यह कंक्रीट संरचना की तरह बनता है, जिससे ज़िरकोनिया को एक वर्गाकार जाली पर स्थिर किया जा सके।

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

एक घनत्वकारक के रूप में,स्कैंडियम ऑक्साइडबारीक कणों के किनारे पर एक दुर्दम्य चरण Sc2Si2O7 बना सकता है, जिससे इंजीनियरिंग सिरेमिक के उच्च तापमान विरूपण को कम किया जा सकता है। अन्य ऑक्साइड की तुलना में, यह सिलिकॉन नाइट्राइड के उच्च तापमान यांत्रिक गुणों में बेहतर सुधार कर सकता है।

उत्प्रेरक रसायन शास्त्र

रासायनिक इंजीनियरिंग में, स्कैंडियम का उपयोग अक्सर उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, जबकि Sc2O3 का उपयोग इथेनॉल या आइसोप्रोपेनॉल के निर्जलीकरण और डीऑक्सीडेशन, एसिटिक एसिड के अपघटन और CO और H2 से एथिलीन के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। Sc2O3 युक्त Pt Al उत्प्रेरक पेट्रोकेमिकल उद्योग में भारी तेल हाइड्रोजनीकरण शुद्धि और शोधन प्रक्रियाओं के लिए भी एक महत्वपूर्ण उत्प्रेरक है। क्यूमिन जैसी उत्प्रेरक क्रैकिंग प्रतिक्रियाओं में, Sc-Y जिओलाइट उत्प्रेरक की गतिविधि एल्युमीनियम सिलिकेट उत्प्रेरक की तुलना में 1000 गुना अधिक है; कुछ पारंपरिक उत्प्रेरकों की तुलना में, स्कैंडियम उत्प्रेरक की विकास संभावनाएं बहुत उज्ज्वल होंगी।

परमाणु ऊर्जा उद्योग

उच्च तापमान वाले रिएक्टर परमाणु ईंधन में UO2 में Sc2O3 की थोड़ी मात्रा जोड़ने से जाली परिवर्तन, मात्रा में वृद्धि और UO2 से U3O8 रूपांतरण के कारण होने वाली दरार से बचा जा सकता है।

ईंधन सेल

इसी प्रकार, निकल क्षार बैटरियों में 2.5% से 25% स्कैंडियम जोड़ने से उनकी सेवा जीवन बढ़ जाएगा।

कृषि प्रजनन

कृषि में, मक्का, चुकंदर, मटर, गेहूं और सूरजमुखी जैसे बीजों को स्कैंडियम सल्फेट (सांद्रता आम तौर पर 10-3 ~ 10-8mol/L है, विभिन्न पौधों में अलग-अलग होगी) के साथ इलाज किया जा सकता है, और अंकुरण को बढ़ावा देने का वास्तविक प्रभाव इसे प्राप्त किया। 8 घंटों के बाद, जड़ों और कलियों का सूखा वजन अंकुरों की तुलना में क्रमशः 37% और 78% बढ़ गया, लेकिन तंत्र अभी भी अध्ययन के अधीन है।

परमाणु द्रव्यमान डेटा के ऋण पर नील्सन के ध्यान से लेकर आज तक, स्कैंडियम केवल सौ या बीस वर्षों के लिए लोगों की दृष्टि में आया है, लेकिन यह लगभग सौ वर्षों से बेंच पर बैठा है। पिछली शताब्दी के अंत में भौतिक विज्ञान के जोरदार विकास तक ऐसा नहीं हुआ था कि इसने उनमें जीवन शक्ति ला दी। आज, स्कैंडियम सहित दुर्लभ पृथ्वी तत्व, सामग्री विज्ञान में हॉट स्टार बन गए हैं, हजारों प्रणालियों में लगातार बदलती भूमिकाएं निभा रहे हैं, हर दिन हमारे जीवन में अधिक सुविधा ला रहे हैं, और आर्थिक मूल्य बना रहे हैं जिसे मापना और भी मुश्किल है।