Scandium, dengan lambang unsur Sc dan nomor atom 21, mudah larut dalam air, dapat berinteraksi dengan air panas, dan mudah menjadi gelap di udara. Valensi utamanya adalah+3. Ia sering dicampur dengan gadolinium, erbium, dan unsur lainnya, dengan hasil rendah dan kandungan sekitar 0,0005% di keraknya. Skandium sering digunakan untuk membuat kaca khusus dan paduan ringan bersuhu tinggi.
Saat ini, cadangan terbukti skandium di dunia hanya 2 juta ton, 90~95% di antaranya terkandung dalam bijih Bauksit, fosforit, dan besi titanium, dan sebagian kecil terdapat pada bijih uranium, thorium, tungsten, dan tanah jarang, terutama. didistribusikan di Rusia, Cina, Tajikistan, Madagaskar, Norwegia dan negara-negara lain. Tiongkok sangat kaya akan sumber daya skandium, dengan cadangan mineral terkait skandium yang sangat besar. Menurut statistik yang tidak lengkap, cadangan skandium di Tiongkok berjumlah sekitar 600.000 ton, yang terkandung dalam endapan Bauksit dan fosfor, endapan porfiri dan vena tungsten kuarsa di Tiongkok Selatan, endapan tanah jarang di Tiongkok Selatan, endapan bijih besi tanah jarang Bayan Obo di Tiongkok Mongolia Dalam, dan deposit magnetit titanium vanadium Panzhihua di Sichuan.
Karena kelangkaan skandium, harga skandium juga sangat tinggi, dan pada puncaknya harga skandium melambung hingga 10 kali lipat dari harga emas. Meski harga skandium turun, namun tetap empat kali lipat harga emas!
Menemukan Sejarah
Pada tahun 1869, Mendeleev memperhatikan adanya kesenjangan massa atom antara kalsium (40) dan titanium (48), dan memperkirakan bahwa terdapat juga unsur massa atom antara yang belum ditemukan di sini. Ia memperkirakan oksidanya adalah X ₂ O Å. Skandium ditemukan pada tahun 1879 oleh Lars Frederik Nilson dari Universitas Uppsala di Swedia. Dia mengekstraknya dari tambang emas hitam langka, bijih kompleks yang mengandung 8 jenis oksida logam. Dia telah mengekstraksiErbium(III) oksidadari bijih emas hitam langka, dan diperolehYtterbium(III) oksidadari oksida ini, dan ada oksida lain dari unsur yang lebih ringan, yang spektrumnya menunjukkan bahwa ia adalah logam yang tidak diketahui. Ini adalah logam yang diprediksi oleh Mendeleev, yang merupakan oksidaSc₂O₃. Logam skandium itu sendiri dihasilkan dariSkandium kloridadengan peleburan elektrolitik 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 ℃.
Untuk jangka waktu yang cukup lama setelah penemuannya, penggunaan skandium tidak ditunjukkan karena kesulitan dalam produksinya. Dengan meningkatnya peningkatan metode pemisahan unsur tanah jarang, kini terdapat aliran proses yang matang untuk memurnikan senyawa skandium. Karena skandium kurang basa dibandingkan yttrium dan Lantanida, hidroksidanya paling lemah, sehingga mineral campuran unsur tanah jarang yang mengandung skandium akan dipisahkan dari unsur tanah jarang dengan metode “pengendapan bertahap” ketika Skandium(III) hidroksida diolah dengan amonia setelahnya. dipindahkan ke dalam larutan. Metode lainnya adalah memisahkan Skandium nitrat dengan dekomposisi polar nitrat. Karena skandium nitrat paling mudah terurai, skandium dapat dipisahkan. Selain itu, perolehan menyeluruh skandium yang menyertainya dari uranium, torium, tungsten, timah, dan deposit mineral lainnya juga merupakan sumber skandium yang penting.
Setelah diperoleh senyawa skandium murni diubah menjadi ScCl Å dan dilebur bersama dengan KCl dan LiCl. Seng cair digunakan sebagai katoda untuk elektrolisis, menyebabkan skandium mengendap pada elektroda seng. Seng kemudian diuapkan untuk memperoleh logam skandium. Ini adalah logam ringan berwarna putih keperakan dengan sifat kimia yang sangat aktif, yang dapat bereaksi dengan air panas menghasilkan gas hidrogen. Jadi logam skandium yang Anda lihat pada gambar disegel dalam botol dan dilindungi dengan gas argon, jika tidak, skandium akan dengan cepat membentuk lapisan oksida kuning tua atau abu-abu, kehilangan kilau logamnya yang mengkilat.
Aplikasi
Industri pencahayaan
Kegunaan skandium terkonsentrasi pada arah yang sangat terang, dan tidak berlebihan jika disebut Putra Cahaya. Senjata ajaib skandium yang pertama 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 natrium foil ditambahkan pada saat yang bersamaan. Selama pelepasan tegangan tinggi, ion skandium dan ion natrium masing-masing memancarkan cahaya dengan panjang gelombang emisi karakteristiknya. Garis spektral natrium adalah 589,0 dan 589,6 nm, dua lampu kuning yang terkenal, sedangkan garis spektral skandium adalah 361,3~424,7 nm, serangkaian emisi cahaya ultraviolet dekat dan biru. Karena saling melengkapi, maka keseluruhan warna cahaya yang dihasilkan adalah cahaya putih. Justru karena lampu natrium skandium memiliki karakteristik efisiensi cahaya yang tinggi, warna cahaya yang bagus, hemat daya, masa pakai yang lama, dan kemampuan memecahkan kabut yang kuat sehingga dapat digunakan secara luas untuk kamera televisi, alun-alun, tempat olahraga, dan penerangan jalan. dan dikenal sebagai sumber cahaya generasi ketiga. Di Tiongkok, lampu jenis ini secara bertahap dipromosikan sebagai teknologi baru, sedangkan di beberapa negara maju, lampu jenis ini banyak digunakan 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 merupakan logam penghalang terbaik pada isolator logam sel surya silikon semikonduktor dan sel surya.
Senjata ajaib ketiga disebut γ Sumber sinar, senjata ajaib ini dapat bersinar terang dengan sendirinya, tetapi jenis cahaya ini tidak dapat diterima dengan 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, suatu isotop radioaktif buatan, dapat digunakan sebagai sumber radiasi atau pelacak atom juga dapat digunakan untuk radioterapi tumor ganas. Ada juga aplikasi seperti laser yttrium gallium scandium garnet,Skandium fluoridakaca serat optik inframerah, dan tabung sinar katoda berlapis skandium di televisi. Tampaknya skandium terlahir dengan kecerahan.
Industri paduan
Skandium dalam bentuk unsurnya telah banyak digunakan untuk doping paduan aluminium. Selama 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 sangat mirip dengan proporsi penambahan garam pada tumis sayuran di rumah, hanya dibutuhkan sedikit) dapat meningkatkan suhu rekristalisasi paduan sebesar 150-200 ℃, dan secara signifikan meningkatkan suhu tinggi -kekuatan suhu, stabilitas struktural, kinerja pengelasan, dan ketahanan korosi. Hal ini juga dapat menghindari fenomena penggetasan yang mudah terjadi selama pekerjaan jangka panjang pada suhu tinggi. Paduan aluminium berkekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi, paduan aluminium baru yang dapat dilas tahan korosi berkekuatan tinggi, 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 tuang secara signifikan. Selain itu, skandium juga dapat digunakan sebagai bahan tambahan pada paduan tungsten dan kromium suhu tinggi. Tentu saja, selain untuk pembuatan baju pengantin untuk orang lain, skandium memiliki titik leleh yang tinggi dan massa jenisnya mirip dengan aluminium, serta digunakan pada paduan ringan dengan titik leleh tinggi seperti paduan titanium skandium dan paduan magnesium skandium. Namun karena harganya yang mahal, umumnya hanya digunakan di industri manufaktur kelas atas seperti pesawat ulang-alik dan roket.
Bahan keramik
Skandium, suatu 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 sel bahan bakar oksida padat memiliki sifat unik dimana konduktivitas elektrolit ini meningkat seiring dengan meningkatnya suhu dan konsentrasi oksigen di lingkungan. Namun struktur kristal dari bahan keramik ini sendiri tidak dapat stabil dan tidak memiliki nilai industri; Perlu dilakukan doping terhadap beberapa zat yang dapat memperbaiki struktur tersebut agar sifat aslinya dapat dipertahankan. 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 pemadatan dan penstabil.
Sebagai pengental,Skandium oksidadapat membentuk fase tahan api Sc2Si2O7 di tepi partikel halus, sehingga mengurangi deformasi suhu tinggi pada keramik rekayasa. Dibandingkan dengan oksida lain, oksida ini dapat meningkatkan sifat mekanik silikon nitrida suhu tinggi dengan lebih baik.
Kimia katalitik
Dalam teknik kimia, skandium sering digunakan sebagai katalis, sedangkan Sc2O3 dapat digunakan untuk dehidrasi dan deoksidasi etanol atau isopropanol, penguraian asam asetat, dan produksi etilen dari CO dan H2. Katalis Pt Al yang mengandung Sc2O3 juga merupakan katalis penting untuk proses pemurnian dan pemurnian hidrogenasi minyak berat di industri petrokimia. Dalam reaksi perengkahan katalitik seperti Cumene, aktivitas katalis zeolit Sc-Y 1000 kali lebih tinggi dibandingkan katalis Aluminium silikat; Dibandingkan dengan beberapa katalis tradisional, prospek pengembangan katalis skandium akan sangat cerah.
Industri energi nuklir
Menambahkan sejumlah kecil Sc2O3 ke UO2 dalam bahan bakar nuklir reaktor suhu tinggi dapat menghindari transformasi kisi, peningkatan volume, dan keretakan 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
Di bidang pertanian, benih seperti jagung, bit, kacang polong, gandum, dan bunga matahari dapat diolah dengan Skandium sulfat (konsentrasi umumnya 10-3~10-8mol/L, tanaman berbeda akan berbeda), dan efek sebenarnya dalam mendorong perkecambahan telah tercapai. Setelah 8 jam, berat kering akar dan tunas meningkat masing-masing sebesar 37% dan 78% dibandingkan dengan bibit, namun mekanismenya masih dalam penelitian.
Dari perhatian Nielsen terhadap hutang data massa Atom hingga saat ini, skandium baru memasuki pandangan masyarakat selama seratus atau dua puluh tahun, namun hampir tidak ada lagi selama seratus tahun. Baru pada perkembangan pesat ilmu material pada akhir abad yang lalu, hal itu membawa vitalitas baginya. Saat ini, unsur tanah jarang, termasuk skandium, telah menjadi bintang penting dalam ilmu material, memainkan peran yang terus berubah dalam ribuan sistem, memberikan lebih banyak kemudahan dalam kehidupan kita setiap hari, dan menciptakan nilai ekonomi yang bahkan lebih sulit diukur.
Waktu posting: 29 Juni 2023