Skandida, dengan simbol unsur Sc dan nomor atom 21, mudah larut dalam air, dapat bereaksi dengan air panas, dan mudah berubah menjadi gelap di udara. Valensi utamanya adalah +3. Sering dicampur dengan gadolinium, erbium, dan unsur lainnya, dengan hasil yang rendah dan kandungan sekitar 0,0005% dalam kerak. Skandium sering digunakan untuk membuat kaca khusus dan paduan ringan bersuhu tinggi.
Saat ini, cadangan skandium yang terbukti di dunia hanya 2 juta ton, 90~95% di antaranya terkandung dalam bijih bauksit, fosforit dan besi titanium, dan sebagian kecil dalam bijih uranium, thorium, tungsten dan tanah jarang, terutama didistribusikan di Rusia, Cina, Tajikistan, Madagaskar, Norwegia dan negara-negara lain. Cina sangat kaya akan sumber daya skandium, dengan cadangan mineral besar yang terkait dengan skandium. Menurut statistik yang tidak lengkap, cadangan skandium di Cina sekitar 600.000 ton, yang terkandung dalam endapan bauksit dan fosforit, endapan tungsten porfiri dan urat kuarsa di Cina Selatan, endapan tanah jarang di Cina Selatan, endapan bijih besi tanah jarang Bayan Obo di Mongolia Dalam, dan endapan magnetit titanium vanadium Panzhihua di Sichuan.
Karena langkanya skandium, harga skandium juga sangat tinggi, dan pada puncaknya, harga skandium melambung hingga 10 kali lipat harga emas. Meskipun harga skandium telah turun, harganya masih empat kali lipat harga emas!
Menemukan Sejarah
Pada tahun 1869, Mendeleev menemukan celah massa atom antara kalsium (40) dan titanium (48), dan meramalkan bahwa ada juga unsur massa atom antara yang belum ditemukan di sini. Ia meramalkan bahwa oksidanya adalah X₂OÅ. Skandium ditemukan pada tahun 1879 oleh Lars Frederik Nilson dari Universitas Uppsala di Swedia. Ia mengekstraknya dari tambang emas hitam langka, bijih kompleks yang mengandung 8 jenis oksida logam. Ia telah mengekstrakErbium(III) oksidadari bijih emas hitam langka, dan diperolehIterbium(III) oksidadari oksida ini, dan ada oksida lain dari unsur yang lebih ringan, yang spektrumnya menunjukkan bahwa itu adalah logam yang tidak diketahui. Ini adalah logam yang diprediksi oleh Mendeleev, yang oksidanya adalahSc₂O₃Logam skandium sendiri diproduksi dariSkandium kloridadengan peleburan elektrolit pada tahun 1937.
Mendeleev
Konfigurasi elektron
Konfigurasi elektron: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Skandium adalah logam transisi lunak, berwarna putih keperakan dengan titik leleh 1541℃ dan titik didih 2831℃.
Selama periode waktu yang cukup lama setelah penemuannya, penggunaan skandium tidak ditunjukkan karena kesulitannya dalam produksi. Dengan meningkatnya perbaikan metode pemisahan elemen tanah jarang, sekarang ada aliran proses yang matang untuk memurnikan senyawa skandium. Karena skandium kurang basa daripada yttrium dan Lantanida, hidroksida adalah yang paling lemah, sehingga mineral campuran elemen tanah jarang yang mengandung skandium akan dipisahkan dari elemen tanah jarang dengan metode "presipitasi bertahap" ketika Skandium(III) hidroksida diolah dengan amonia setelah dipindahkan ke dalam larutan. Metode lainnya adalah memisahkan Skandium nitrat dengan dekomposisi Polar nitrat. Karena skandium nitrat adalah yang paling mudah terurai, skandium dapat dipisahkan. Selain itu, pemulihan komprehensif skandium yang menyertainya dari uranium, thorium, tungsten, timah dan endapan mineral lainnya juga merupakan sumber skandium yang penting.
Setelah memperoleh senyawa skandium murni, senyawa tersebut diubah menjadi ScCl Å dan dicairkan bersama KCl dan LiCl. Seng cair digunakan sebagai katode untuk elektrolisis, yang menyebabkan skandium mengendap pada elektroda seng. Kemudian, seng diuapkan untuk memperoleh skandium metalik. Ini adalah logam putih keperakan yang ringan dengan sifat kimia yang sangat aktif, yang dapat bereaksi dengan air panas untuk menghasilkan gas hidrogen. Jadi, skandium logam yang Anda lihat pada gambar disegel dalam botol dan dilindungi dengan gas argon, jika tidak, skandium akan cepat membentuk lapisan oksida kuning tua atau abu-abu, sehingga kehilangan kilau metaliknya yang mengilap.
Aplikasi
Industri pencahayaan
Penggunaan skandium terkonsentrasi pada arah yang sangat terang, dan tidak berlebihan jika menyebutnya Putra Cahaya. Senjata ajaib pertama skandium disebut lampu natrium skandium, yang dapat digunakan untuk menerangi ribuan rumah tangga. Ini adalah lampu listrik halida logam: bohlam diisi dengan Natrium iodida dan Skandium triiodida, dan skandium serta lembaran natrium ditambahkan pada saat yang bersamaan. Selama pelepasan tegangan tinggi, ion skandium dan ion natrium masing-masing memancarkan cahaya dengan panjang gelombang emisi karakteristiknya. Garis spektrum natrium adalah 589,0 dan 589,6 nm, dua lampu kuning yang terkenal, sedangkan garis spektrum skandium adalah 361,3~424,7 nm, serangkaian emisi cahaya ultraviolet dan biru dekat. Karena saling melengkapi, warna cahaya keseluruhan yang dihasilkan adalah cahaya putih. Lampu natrium skandium memiliki karakteristik efisiensi cahaya tinggi, warna cahaya bagus, hemat daya, masa pakai lama, dan kemampuan memecah kabut yang kuat sehingga dapat digunakan secara luas untuk kamera televisi, alun-alun, tempat olahraga, dan penerangan jalan, serta dikenal sebagai sumber cahaya generasi ketiga. Di Tiongkok, jenis lampu ini secara bertahap dipromosikan sebagai teknologi baru, sementara di beberapa negara maju, jenis lampu ini telah digunakan secara luas sejak awal tahun 1980-an.
Senjata ajaib kedua dari skandium adalah sel fotovoltaik surya, yang dapat mengumpulkan cahaya yang tersebar di tanah dan mengubahnya menjadi listrik untuk menggerakkan masyarakat manusia. Skandium adalah logam penghalang terbaik dalam sel surya semikonduktor silikon isolator logam dan sel surya.
Senjata ajaib ketiganya disebut γ Sumber sinar, senjata ajaib ini dapat bersinar terang dengan sendirinya, tetapi jenis cahaya ini tidak dapat diterima oleh mata telanjang, ini adalah aliran foton berenergi tinggi. Kami biasanya mengekstrak 45Sc dari mineral, yang merupakan satu-satunya isotop alami skandium. Setiap inti 45Sc mengandung 21 proton dan 24 neutron. 46Sc, isotop radioaktif buatan, dapat digunakan sebagai γ Sumber radiasi atau atom pelacak juga dapat digunakan untuk radioterapi tumor ganas. Ada juga aplikasi seperti laser garnet yttrium gallium scandium,Skandium fluoridakaca inframerah Serat optik, dan tabung sinar katode berlapis skandium di televisi. Tampaknya skandium terlahir dengan kecerahan.
Industri paduan
Skandium dalam bentuk unsurnya telah banyak digunakan untuk mendoping paduan aluminium. Selama beberapa seperseribu skandium ditambahkan ke aluminium, fase Al3Sc baru akan terbentuk, yang akan memainkan peran Metamorfisme dalam paduan aluminium dan membuat struktur dan sifat paduan berubah secara signifikan. Menambahkan 0,2%~0,4% Sc (yang benar-benar mirip dengan proporsi menambahkan garam untuk menumis sayuran di rumah, hanya sedikit saja yang dibutuhkan) dapat meningkatkan suhu rekristalisasi paduan sebesar 150-200 ℃, dan secara signifikan meningkatkan kekuatan suhu tinggi, stabilitas struktural, kinerja pengelasan, dan ketahanan korosi. Ini juga dapat menghindari fenomena embrittlement yang mudah terjadi selama pekerjaan jangka panjang pada suhu tinggi. Paduan aluminium berkekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi, paduan aluminium las baru berkekuatan tinggi dan tahan korosi, paduan aluminium suhu tinggi baru, paduan aluminium tahan iradiasi neutron berkekuatan tinggi, dll., memiliki prospek pengembangan yang sangat menarik di bidang kedirgantaraan, penerbangan, kapal, reaktor nuklir, kendaraan ringan, dan kereta api berkecepatan tinggi.
Skandium juga merupakan pengubah yang sangat baik untuk besi, dan sejumlah kecil skandium dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan besi cor secara signifikan. Selain itu, skandium juga dapat digunakan sebagai aditif untuk paduan tungsten dan kromium suhu tinggi. Tentu saja, selain membuat pakaian pernikahan untuk orang lain, skandium memiliki titik leleh yang tinggi dan kepadatannya mirip dengan aluminium, dan juga digunakan dalam paduan ringan titik leleh tinggi seperti paduan titanium skandium dan paduan magnesium skandium. Namun, karena harganya yang tinggi, umumnya hanya digunakan dalam industri manufaktur kelas atas seperti pesawat ulang-alik dan roket.
Bahan keramik
Skandium, zat tunggal, umumnya digunakan dalam paduan, dan oksidanya memainkan peran penting dalam bahan keramik dengan cara yang sama. Bahan keramik zirkonia tetragonal, yang dapat digunakan sebagai bahan elektroda untuk sel bahan bakar oksida padat, memiliki sifat unik di mana konduktivitas elektrolit ini meningkat dengan meningkatnya suhu dan konsentrasi oksigen di lingkungan. Namun, struktur kristal bahan keramik ini sendiri tidak dapat ada secara stabil dan tidak memiliki nilai industri; Diperlukan doping beberapa zat yang dapat memperbaiki struktur ini untuk mempertahankan sifat aslinya. Menambahkan 6~10% Skandium oksida seperti struktur beton, sehingga zirkonia dapat distabilkan pada kisi persegi.
Ada juga bahan keramik rekayasa seperti silikon nitrida berkekuatan tinggi dan tahan suhu tinggi sebagai bahan pemadat dan penstabil.
Sebagai bahan pengental,Skandium oksidadapat membentuk fase tahan api Sc2Si2O7 di tepi partikel halus, sehingga mengurangi deformasi suhu tinggi pada keramik rekayasa. Dibandingkan dengan oksida lain, ia dapat lebih meningkatkan sifat mekanik silikon nitrida pada suhu tinggi.
Kimia katalitik
Dalam rekayasa kimia, skandium sering digunakan sebagai katalis, sedangkan Sc2O3 dapat digunakan untuk dehidrasi dan deoksidasi etanol atau isopropanol, dekomposisi asam asetat, dan produksi etilena dari CO dan H2. Katalis Pt Al yang mengandung Sc2O3 juga merupakan katalis penting untuk proses pemurnian dan pemurnian hidrogenasi minyak berat dalam industri petrokimia. Dalam reaksi perengkahan katalitik seperti Kumena, aktivitas katalis zeolit Sc-Y 1000 kali lebih tinggi daripada katalis Aluminium silikat; Dibandingkan dengan beberapa katalis tradisional, prospek pengembangan katalis skandium akan sangat cerah.
Industri energi nuklir
Penambahan sejumlah kecil Sc2O3 ke UO2 dalam bahan bakar nuklir reaktor suhu tinggi dapat menghindari transformasi kisi, peningkatan volume, dan retak yang disebabkan oleh konversi UO2 menjadi U3O8.
Sel bahan bakar
Demikian pula, menambahkan 2,5% hingga 25% skandium ke baterai nikel alkali akan meningkatkan masa pakainya.
Pemuliaan pertanian
Dalam bidang pertanian, benih seperti jagung, bit, kacang polong, gandum, dan bunga matahari dapat diolah dengan Skandium sulfat (konsentrasi umumnya 10-3~10-8mol/L, setiap tanaman akan memiliki konsentrasi yang berbeda), dan efek nyata dalam mendorong perkecambahan telah tercapai. Setelah 8 jam, berat kering akar dan kuncup meningkat masing-masing sebesar 37% dan 78% dibandingkan dengan bibit, tetapi mekanismenya masih dalam tahap penelitian.
Dari perhatian Nielsen terhadap utang data massa atom hingga saat ini, skandium baru masuk ke dalam penglihatan orang selama seratus atau dua puluh tahun, tetapi hampir tidak pernah terlihat selama seratus tahun. Baru pada akhir abad lalu, perkembangan pesat ilmu material membawa vitalitas kepadanya. Saat ini, unsur tanah jarang, termasuk skandium, telah menjadi bintang populer dalam ilmu material, memainkan peran yang terus berubah dalam ribuan sistem, menghadirkan lebih banyak kemudahan dalam kehidupan kita setiap hari, dan menciptakan nilai ekonomi yang bahkan lebih sulit diukur.
Waktu posting: 29-Jun-2023