जादुई दुर्लभ पृथ्वी तत्व स्कैंडियम

Sकैंडियमतत्व प्रतीक Sc और परमाणु संख्या 21 के साथ, पानी में आसानी से घुलनशील है, गर्म पानी के साथ बातचीत 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 क्रस्ट में लगभग 0.0005% की मात्रा 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 आयरन टाइटेनियम अयस्कों में निहित हैं, और एक छोटा सा हिस्सा यूरेनियम, थोरियम, टंगस्टन और दुर्लभ पृथ्वी अयस्कों में है, जो मुख्य रूप से रूस, चीन, ताजिकिस्तान, मेडागास्कर, नॉर्वे और अन्य देशों में वितरित हैं। चीन स्कैंडियम संसाधनों में बहुत समृद्ध है, जिसमें स्कैंडियम से संबंधित विशाल खनिज भंडार हैं। अपूर्ण आँकड़ों के अनुसार, चीन में स्कैंडियम के भंडार लगभग 600000 टन हैं, जो बॉक्साइट और फॉस्फोराइट जमा, दक्षिण चीन में पोर्फिरी और क्वार्ट्ज नस टंगस्टन जमा, दक्षिण चीन में दुर्लभ पृथ्वी जमा, इनर मंगोलिया में बायन ओबो दुर्लभ पृथ्वी लौह अयस्क जमा और सिचुआन में पंजिहुआ वैनेडियम टाइटेनियम मैग्नेटाइट जमा में निहित हैं।

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। हालांकि स्कैंडियम की कीमत गिर गई है, लेकिन 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 अंतर देखा, और भविष्यवाणी की कि यहाँ एक अनदेखा मध्यवर्ती परमाणु द्रव्यमान तत्व भी था। उन्होंने भविष्यवाणी की कि इसका ऑक्साइड X ₂ O Å है। स्कैंडियम की खोज 1879 में स्वीडन में उप्साला विश्वविद्यालय के लार्स फ्रेडरिक निल्सन ने की थी। उन्होंने इसे ब्लैक रेयर गोल्ड माइन से निकाला, एक जटिल अयस्क जिसमें 8 प्रकार के धातु ऑक्साइड होते हैं। उन्होंने इसे निकाला हैएर्बियम(III) ऑक्साइडकाले दुर्लभ सोने के अयस्क से, और प्राप्तयटरबियम(III) ऑक्साइडइस ऑक्साइड से, और हल्के तत्व का एक और ऑक्साइड है, जिसके स्पेक्ट्रम से पता चलता है कि यह एक अज्ञात धातु है। यह मेंडेलीव द्वारा भविष्यवाणी की गई धातु है, जिसका ऑक्साइड हैSc₂O₃स्कैंडियम धातु का उत्पादन स्वयं किससे किया गया था?स्कैंडियम क्लोराइड1937 में विद्युत अपघटनी प्रगलन द्वारा।

मेंडलीव

इलेक्ट्रॉन विन्यास

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

स्कैंडियम धातु

स्कैंडियम एक मुलायम, चांदी जैसा सफेद संक्रमण धातु है जिसका गलनांक 1541 ℃ तथा 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 यट्रियम और लैंथेनाइड की तुलना में कम क्षारीय है, हाइड्रॉक्साइड सबसे कमजोर है, इसलिए स्कैंडियम युक्त दुर्लभ पृथ्वी तत्व मिश्रित खनिज को "चरण अवक्षेपण" विधि द्वारा दुर्लभ पृथ्वी तत्व से अलग किया जाएगा जब स्कैंडियम (III) हाइड्रॉक्साइड को घोल में स्थानांतरित करने के बाद अमोनिया के साथ इलाज किया जाता है। दूसरी विधि नाइट्रेट के ध्रुवीय अपघटन द्वारा स्कैंडियम नाइट्रेट को अलग करना है। क्योंकि स्कैंडियम नाइट्रेट को विघटित करना सबसे आसान है

शुद्ध स्कैंडियम यौगिक प्राप्त करने के बाद, इसे ScCl Å में परिवर्तित किया जाता है और KCl और LiCl के साथ सह 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, धातु स्कैंडियम प्राप्त करने के लिए जिंक को वाष्पित किया जाता है। यह बहुत सक्रिय रासायनिक गुणों वाली एक हल्की चांदी जैसी सफेद धातु है, जो हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए गर्म पानी के साथ प्रतिक्रिया कर सकती है। इसलिए तस्वीर में आप जिस धातु स्कैंडियम को देख रहे हैं, उसे एक बोतल में बंद करके आर्गन गैस से सुरक्षित किया जाता है, अन्यथा स्कैंडियम जल्दी ही एक गहरे पीले या भूरे रंग की ऑक्साइड परत बना लेगा, जिससे इसकी चमकदार धातु चमक खो जाएगी।

अनुप्रयोग

प्रकाश उद्योग

स्कैंडियम के उपयोग बहुत उज्ज्वल दिशाओं में केंद्रित हैं, और इसे प्रकाश का पुत्र कहना कोई अतिशयोक्ति नहीं है। 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 उसी समय स्कैंडियम और सोडियम फॉयल को जोड़ा जाता है। उच्च वोल्टेज डिस्चार्ज के दौरान, स्कैंडियम आयन और सोडियम आयन क्रमशः अपनी विशिष्ट उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य का प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। सोडियम की वर्णक्रमीय रेखाएँ 589.0 और 589.6 एनएम हैं, जो दो प्रसिद्ध पीली रोशनियाँ हैं, जबकि स्कैंडियम की वर्णक्रमीय रेखाएँ 361.3 ~ 424.7 एनएम हैं यह ठीक इसलिए है क्योंकि स्कैंडियम सोडियम लैंप में उच्च चमकदार दक्षता, अच्छे प्रकाश रंग, बिजली की बचत, लंबी सेवा जीवन और मजबूत कोहरे को तोड़ने की क्षमता की विशेषताएं हैं, इसलिए उन्हें टेलीविजन कैमरों, चौकों, खेल स्थलों और सड़क प्रकाश व्यवस्था के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है, और उन्हें तीसरी पीढ़ी के प्रकाश स्रोतों के रूप में जाना जाता है। चीन में, इस प्रकार के लैंप को धीरे-धीरे एक नई तकनीक के रूप में बढ़ावा दिया जा रहा है, जबकि कुछ विकसित देशों में, इस प्रकार के लैंप का व्यापक रूप से 1980 के दशक की शुरुआत में उपयोग किया गया था।

स्कैंडियम का दूसरा जादुई हथियार सौर फोटोवोल्टिक सेल है, जो ज़मीन पर बिखरे प्रकाश को इकट्ठा कर उसे बिजली में बदल कर मानव समाज को चला सकता है। स्कैंडियम मेटल इंसुलेटर सेमीकंडक्टर सिलिकॉन सोलर सेल और सोलर सेल में सबसे अच्छी अवरोधक धातु है।

इसका तीसरा जादुई हथियार γ एक किरण स्रोत कहलाता है, यह जादुई हथियार अपने आप चमक सकता है, लेकिन इस तरह की रोशनी को नंगी आंखों से नहीं देखा जा सकता, यह एक उच्च ऊर्जा वाला फोटॉन प्रवाह है। हम आम तौर 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 समस्थानिक है, जिसका उपयोग γ विकिरण स्रोतों या ट्रेसर परमाणुओं के रूप में किया जा सकता है, जिसका उपयोग घातक ट्यूमर की रेडियोथेरेपी के लिए भी किया जा सकता है। यट्रियम गैलियम स्कैंडियम गार्नेट लेजर जैसे अनुप्रयोग भी हैं,स्कैंडियम फ्लोराइडग्लास इन्फ्रारेड ऑप्टिकल फाइबर, और टेलीविजन पर स्कैंडियम लेपित कैथोड रे ट्यूब। ऐसा लगता है कि स्कैंडियम चमक के साथ पैदा होता है।

मिश्र धातु उद्योग

अपने मौलिक रूप में स्कैंडियम का इस्तेमाल एल्युमिनियम मिश्रधातुओं को डोप करने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है। जब तक एल्युमिनियम में स्कैंडियम का कुछ हज़ारवाँ हिस्सा मिलाया जाता है, तब तक एक नया Al3Sc चरण बनेगा, जो एल्युमिनियम मिश्रधातु में एक मेटामॉर्फिज्म भूमिका निभाएगा और मिश्रधातु की संरचना और गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल देगा। 0.2% ~ 0.4% Sc (जो वास्तव में घर पर तली हुई सब्जियों में नमक डालने के अनुपात के समान है, केवल थोड़ा सा ही आवश्यक है) जोड़ने से मिश्रधातु के पुनर्संरचना तापमान को 150-200 ℃ तक बढ़ाया जा सकता है, और उच्च तापमान शक्ति, संरचनात्मक स्थिरता, वेल्डिंग प्रदर्शन और संक्षारण प्रतिरोध में काफी सुधार किया जा सकता है। यह उच्च तापमान पर लंबे समय तक काम करने के दौरान होने वाली भंगुरता की घटना से भी बच सकता है। उच्च शक्ति और उच्च क्रूरता एल्यूमीनियम मिश्र धातु, नई उच्च शक्ति संक्षारण प्रतिरोधी वेल्डेबल एल्यूमीनियम मिश्र धातु, नई उच्च तापमान एल्यूमीनियम मिश्र धातु, उच्च शक्ति न्यूट्रॉन विकिरण प्रतिरोधी एल्यूमीनियम मिश्र धातु, आदि में एयरोस्पेस, विमानन, जहाजों, परमाणु रिएक्टरों, हल्के वाहनों और उच्च गति वाली ट्रेनों में बहुत ही आकर्षक विकास संभावनाएं हैं।

स्कैंडियम लोहे के लिए एक उत्कृष्ट संशोधक भी 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 गलनांक होता है और इसका घनत्व एल्यूमीनियम के समान होता है, और इसका उपयोग उच्च गलनांक वाले हल्के मिश्र धातुओं जैसे स्कैंडियम टाइटेनियम मिश्र धातु और स्कैंडियम मैग्नीशियम मिश्र धातु में भी किया जाता है। हालांकि, इसकी उच्च कीमत के कारण, इसका उपयोग आमतौर पर केवल उच्च-अंत विनिर्माण उद्योगों जैसे कि अंतरिक्ष शटल और रॉकेट में किया जाता है।

सिरेमिक सामग्री

स्कैंडियम, एक एकल पदार्थ, आम तौर पर मिश्र धातुओं में उपयोग किया जाता है, और इसके ऑक्साइड इसी तरह से सिरेमिक सामग्री में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। टेट्रागोनल ज़िरकोनिया सिरेमिक सामग्री, जिसे ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं के लिए एक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, में एक अनूठी संपत्ति है जहां इस इलेक्ट्रोलाइट की चालकता पर्यावरण में बढ़ते तापमान और ऑक्सीजन एकाग्रता के साथ 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 सकते हैं। 6 ~ 10% स्कैंडियम ऑक्साइड जोड़ना एक ठोस संरचना की तरह है, ताकि ज़िरकोनिया को एक चौकोर जाली पर स्थिर किया जा सके।

इसके अलावा, सघनता और स्थिरता प्रदान करने वाले के रूप में उच्च-शक्ति और उच्च-तापमान प्रतिरोधी सिलिकॉन नाइट्राइड जैसे इंजीनियरिंग सिरेमिक पदार्थ भी उपलब्ध हैं।

एक घनत्वक के रूप में,स्कैंडियम ऑक्साइडमहीन 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 को बेहतर ढंग से सुधार सकता है।

उत्प्रेरक रसायन विज्ञान

रासायनिक इंजीनियरिंग में, स्कैंडियम को अक्सर उत्प्रेरक के रूप में उपयोग 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 भी पेट्रोकेमिकल उद्योग में भारी तेल हाइड्रोजनीकरण शुद्धिकरण और शोधन प्रक्रियाओं के लिए एक महत्वपूर्ण उत्प्रेरक है। क्यूमीन जैसे उत्प्रेरक क्रैकिंग प्रतिक्रियाओं में, Sc-Y जिओलाइट उत्प्रेरक की गतिविधि एल्यूमीनियम 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 रिएक्टर परमाणु ईंधन में UO2 में Sc2O3 की थोड़ी मात्रा मिलाने से UO2 से U3O8 रूपांतरण के कारण होने वाले जाली परिवर्तन, आयतन वृद्धि और दरार से बचा जा सकता है।

ईंधन सेल

इसी प्रकार, निकेल-क्षार बैटरियों में 2.5% से 25% स्कैंडियम मिलाने से उनकी सेवा अवधि बढ़ जाएगी।

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 होगा) के साथ इलाज किया जा सकता है, और अंकुरण को बढ़ावा देने का वास्तविक प्रभाव हासिल किया गया है। 8 घंटे के बाद, जड़ों और कलियों का सूखा वजन क्रमशः अंकुरों की तुलना में 37% और 78% बढ़ गया, लेकिन तंत्र अभी भी अध्ययन के अधीन है।

नीलसन के परमाणु द्रव्यमान डेटा के ऋण पर ध्यान देने से लेकर आज तक, स्कैंडियम ने लोगों की दृष्टि में केवल सौ या बीस साल के लिए प्रवेश किया है, लेकिन यह लगभग सौ साल तक बेंच पर बैठा रहा। पिछली शताब्दी के उत्तरार्ध में भौतिक विज्ञान के जोरदार विकास तक यह उनके लिए जीवन शक्ति नहीं थी। आज, स्कैंडियम सहित दुर्लभ पृथ्वी तत्व, सामग्री विज्ञान में हॉट स्टार बन गए हैं, हजारों प्रणालियों में कभी-कभी बदलती भूमिका निभाते हैं, हर दिन हमारे जीवन में अधिक सुविधा लाते हैं, और आर्थिक मूल्य बनाते हैं जिसे मापना और भी मुश्किल है।