మాజికల్ రేర్ ఎర్త్ ఎలిమెంట్స్ స్కాండియం

Sక్యాండియం, మూలకం గుర్తు Sc మరియు పరమాణు సంఖ్య 21తో, నీటిలో తేలికగా కరుగుతుంది, వేడి నీటితో సంకర్షణ చెందుతుంది మరియు గాలిలో సులభంగా ముదురుతుంది. దీని ప్రధాన విలువ +3. ఇది తరచుగా గాడోలినియం, ఎర్బియం మరియు ఇతర మూలకాలతో కలుపుతారు, తక్కువ దిగుబడి మరియు క్రస్ట్‌లో సుమారుగా 0.0005% కంటెంట్ ఉంటుంది. స్కాండియం తరచుగా ప్రత్యేక గాజు మరియు తేలికపాటి అధిక-ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.

ప్రస్తుతం, ప్రపంచంలో నిరూపితమైన స్కాండియం నిల్వలు 2 మిలియన్ టన్నులు మాత్రమే, వీటిలో 90~95% బాక్సైట్, ఫాస్ఫోరైట్ మరియు ఐరన్ టైటానియం ఖనిజాలలో ఉన్నాయి మరియు యురేనియం, థోరియం, టంగ్‌స్టన్ మరియు అరుదైన భూమి ఖనిజాలలో ఒక చిన్న భాగం, ప్రధానంగా రష్యా, చైనా, తజికిస్తాన్, మడగాస్కర్, నార్వే మరియు ఇతర దేశాలలో పంపిణీ చేయబడింది. చైనా స్కాండియం వనరులలో చాలా గొప్పది, స్కాండియంకు సంబంధించిన భారీ ఖనిజ నిల్వలు ఉన్నాయి. అసంపూర్ణ గణాంకాల ప్రకారం, చైనాలో స్కాండియం నిల్వలు దాదాపు 600000 టన్నులు, ఇవి బాక్సైట్ మరియు ఫాస్ఫోరైట్ నిక్షేపాలు, దక్షిణ చైనాలోని పోర్ఫిరీ మరియు క్వార్ట్జ్ సిర టంగ్‌స్టన్ నిక్షేపాలు, దక్షిణ చైనాలో అరుదైన భూమి నిక్షేపాలు, బయాన్ ఓబో అరుదైన భూమి ఇనుము ధాతువు నిక్షేపాలు. ఇన్నర్ మంగోలియా, మరియు పంజిహువా వెనాడియం టైటానియం మాగ్నెటైట్ డిపాజిట్ సిచువాన్‌లో.

స్కాండియం కొరత కారణంగా, స్కాండియం ధర కూడా చాలా ఎక్కువగా ఉంది మరియు గరిష్టంగా, స్కాండియం ధర బంగారం ధర కంటే 10 రెట్లు పెరిగింది. స్కాండియం ధర తగ్గినప్పటికీ, బంగారం ధర కంటే ఇది నాలుగు రెట్లు!

చరిత్రను కనుగొనడం

1869లో, మెండలీవ్ కాల్షియం (40) మరియు టైటానియం (48) మధ్య పరమాణు ద్రవ్యరాశిలో అంతరాన్ని గమనించాడు మరియు ఇక్కడ కనుగొనబడని ఇంటర్మీడియట్ పరమాణు ద్రవ్యరాశి మూలకం కూడా ఉందని అంచనా వేసాడు. అతను దాని ఆక్సైడ్ X ₂ O Å అని ఊహించాడు. 1879లో స్వీడన్‌లోని ఉప్ప్సల విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన లార్స్ ఫ్రెడరిక్ నిల్సన్ స్కాండియంను కనుగొన్నారు. అతను దానిని 8 రకాల మెటల్ ఆక్సైడ్‌లను కలిగి ఉన్న ఒక సంక్లిష్ట ఖనిజమైన నల్ల అరుదైన బంగారు గని నుండి సేకరించాడు. అతను సంగ్రహించాడుఎర్బియం(III) ఆక్సైడ్నలుపు అరుదైన బంగారు ధాతువు నుండి, మరియు పొందినYtterbium(III) ఆక్సైడ్ఈ ఆక్సైడ్ నుండి, మరియు తేలికైన మూలకం యొక్క మరొక ఆక్సైడ్ ఉంది, దీని స్పెక్ట్రం అది తెలియని లోహం అని చూపిస్తుంది. ఇది మెండలీవ్ అంచనా వేసిన లోహం, దీని ఆక్సైడ్Sc₂O₃. స్కాండియం లోహమే ఉత్పత్తి చేయబడిందిస్కాండియం క్లోరైడ్1937లో విద్యుద్విశ్లేషణ ద్రవీభవనము ద్వారా.

మెండలీవ్

ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్

ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

స్కాండియం మెటల్

స్కాండియం 1541 ℃ ద్రవీభవన స్థానం మరియు 2831 ℃ మరిగే స్థానం కలిగిన మృదువైన, వెండి తెలుపు పరివర్తన లోహం.

స్కాండియం కనుగొనబడిన తర్వాత గణనీయమైన కాలం వరకు, ఉత్పత్తిలో దాని కష్టం కారణంగా దాని ఉపయోగం ప్రదర్శించబడలేదు. అరుదైన ఎర్త్ ఎలిమెంట్ సెపరేషన్ మెథడ్స్ యొక్క పెరుగుతున్న అభివృద్ధితో, స్కాండియం సమ్మేళనాలను శుద్ధి చేయడానికి ఇప్పుడు పరిపక్వ ప్రక్రియ ప్రవాహం ఉంది. యట్రియం మరియు లాంతనైడ్ కంటే స్కాండియం తక్కువ ఆల్కలీన్ అయినందున, హైడ్రాక్సైడ్ బలహీనమైనది, కాబట్టి స్కాండియం (III) హైడ్రాక్సైడ్‌ను అమ్మోనియాతో చికిత్స చేసినప్పుడు స్కాండియంతో కూడిన అరుదైన ఎర్త్ ఎలిమెంట్ మిశ్రమ ఖనిజం అరుదైన ఎర్త్ ఎలిమెంట్ నుండి "స్టెప్ రెసిపిటేషన్" పద్ధతి ద్వారా వేరు చేయబడుతుంది. పరిష్కారం లోకి బదిలీ చేయబడుతుంది. నైట్రేట్ యొక్క పోలార్ డికంపోజిషన్ ద్వారా స్కాండియం నైట్రేట్‌ను వేరు చేయడం మరొక పద్ధతి. స్కాండియం నైట్రేట్ కుళ్ళిపోవడానికి సులభమైనది కాబట్టి, స్కాండియంను వేరు చేయవచ్చు. అదనంగా, యురేనియం, థోరియం, టంగ్‌స్టన్, టిన్ మరియు ఇతర ఖనిజ నిక్షేపాల నుండి స్కాండియం యొక్క సమగ్ర పునరుద్ధరణ కూడా స్కాండియం యొక్క ముఖ్యమైన మూలం.

స్వచ్ఛమైన స్కాండియం సమ్మేళనాన్ని పొందిన తర్వాత, అది ScCl Åగా మార్చబడుతుంది మరియు KCl మరియు LiCl లతో కలిసి కరిగించబడుతుంది. కరిగిన జింక్ విద్యుద్విశ్లేషణకు కాథోడ్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది, దీని వలన జింక్ ఎలక్ట్రోడ్‌పై స్కాండియం అవక్షేపించబడుతుంది. అప్పుడు, జింక్ మెటాలిక్ స్కాండియం పొందేందుకు ఆవిరైపోతుంది. ఇది చాలా చురుకైన రసాయన లక్షణాలతో తేలికైన వెండి తెలుపు లోహం, ఇది హైడ్రోజన్ వాయువును ఉత్పత్తి చేయడానికి వేడి నీటితో చర్య జరుపుతుంది. కాబట్టి చిత్రంలో మీరు చూసే మెటల్ స్కాండియం ఒక సీసాలో సీలు చేయబడింది మరియు ఆర్గాన్ వాయువుతో రక్షించబడుతుంది, లేకపోతే స్కాండియం త్వరగా ముదురు పసుపు లేదా బూడిద ఆక్సైడ్ పొరను ఏర్పరుస్తుంది, దాని మెరిసే లోహ మెరుపును కోల్పోతుంది.

అప్లికేషన్లు

లైటింగ్ పరిశ్రమ

స్కాండియం యొక్క ఉపయోగాలు చాలా ప్రకాశవంతమైన దిశలలో కేంద్రీకృతమై ఉన్నాయి మరియు దీనిని సన్ ఆఫ్ లైట్ అని పిలవడం అతిశయోక్తి కాదు. స్కాండియం యొక్క మొదటి మాయా ఆయుధాన్ని స్కాండియం సోడియం దీపం అని పిలుస్తారు, ఇది వేలాది గృహాలకు వెలుగుని తీసుకురావడానికి ఉపయోగపడుతుంది. ఇది మెటల్ హాలైడ్ ఎలక్ట్రిక్ లైట్: బల్బ్ సోడియం అయోడైడ్ మరియు స్కాండియం ట్రైఅయోడైడ్‌తో నిండి ఉంటుంది మరియు స్కాండియం మరియు సోడియం ఫాయిల్ ఒకే సమయంలో జోడించబడతాయి. అధిక-వోల్టేజ్ ఉత్సర్గ సమయంలో, స్కాండియం అయాన్లు మరియు సోడియం అయాన్లు వరుసగా వాటి లక్షణమైన ఉద్గార తరంగదైర్ఘ్యాల కాంతిని విడుదల చేస్తాయి. సోడియం యొక్క వర్ణపట రేఖలు 589.0 మరియు 589.6 nm, రెండు ప్రసిద్ధ పసుపు లైట్లు, అయితే స్కాండియం యొక్క స్పెక్ట్రల్ లైన్లు 361.3~424.7 nm, సమీప అతినీలలోహిత మరియు నీలి కాంతి ఉద్గారాల శ్రేణి. అవి ఒకదానికొకటి సంపూర్ణంగా ఉన్నందున, ఉత్పత్తి చేయబడిన మొత్తం కాంతి రంగు తెలుపు కాంతి. స్కాండియం సోడియం ల్యాంప్‌లు అధిక ప్రకాశించే సామర్థ్యం, ​​మంచి కాంతి రంగు, విద్యుత్ పొదుపు, సుదీర్ఘ సేవా జీవితం మరియు బలమైన ఫాగ్ బ్రేకింగ్ సామర్ధ్యం వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉండటం వలన అవి టెలివిజన్ కెమెరాలు, చతురస్రాలు, క్రీడా వేదికలు మరియు రోడ్ లైటింగ్ కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి. మరియు మూడవ తరం కాంతి వనరులు అని పిలుస్తారు. చైనాలో, ఈ రకమైన దీపం క్రమంగా కొత్త సాంకేతికతగా ప్రచారం చేయబడుతోంది, అయితే కొన్ని అభివృద్ధి చెందిన దేశాలలో, ఈ రకమైన దీపం 1980 ల ప్రారంభంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది.

స్కాండియం యొక్క రెండవ మాయా ఆయుధం సోలార్ ఫోటోవోల్టాయిక్ సెల్స్, ఇది భూమిపై చెల్లాచెదురుగా ఉన్న కాంతిని సేకరించి మానవ సమాజాన్ని నడిపేందుకు విద్యుత్తుగా మార్చగలదు. మెటల్ ఇన్సులేటర్ సెమీకండక్టర్ సిలికాన్ సౌర ఘటాలు మరియు సౌర ఘటాలలో స్కాండియం అత్యుత్తమ అవరోధ మెటల్.

దీని మూడవ మేజిక్ ఆయుధాన్ని γ A కిరణ మూలం అని పిలుస్తారు, ఈ మాయా ఆయుధం దానికదే ప్రకాశవంతంగా ప్రకాశిస్తుంది, కానీ ఈ రకమైన కాంతిని కంటితో అందుకోలేము, ఇది అధిక-శక్తి ఫోటాన్ ప్రవాహం. మేము సాధారణంగా ఖనిజాల నుండి 45Scని సంగ్రహిస్తాము, ఇది స్కాండియం యొక్క ఏకైక సహజ ఐసోటోప్‌లు. ప్రతి 45Sc న్యూక్లియస్‌లో 21 ప్రోటాన్‌లు మరియు 24 న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి. 46Sc, ఒక కృత్రిమ రేడియోధార్మిక ఐసోటోప్, γ రేడియేషన్ మూలాలుగా ఉపయోగించవచ్చు లేదా ప్రాణాంతక కణితుల రేడియోథెరపీకి ట్రేసర్ అణువులను కూడా ఉపయోగించవచ్చు. యట్రియం గాలియం స్కాండియం గార్నెట్ లేజర్ వంటి అప్లికేషన్లు కూడా ఉన్నాయి,స్కాండియం ఫ్లోరైడ్గ్లాస్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఆప్టికల్ ఫైబర్, మరియు టెలివిజన్‌లో స్కాండియం కోటెడ్ కాథోడ్ రే ట్యూబ్. స్కాండియం ప్రకాశంతో పుట్టిందని తెలుస్తోంది.

మిశ్రమం పరిశ్రమ

స్కాండియం దాని మూలక రూపంలో అల్యూమినియం మిశ్రమాలను డోపింగ్ చేయడానికి విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది. అల్యూమినియంకు కొన్ని వేల వంతుల స్కాండియం జోడించినంత కాలం, ఒక కొత్త Al3Sc దశ ఏర్పడుతుంది, ఇది అల్యూమినియం మిశ్రమంలో మెటామార్ఫిజం పాత్రను పోషిస్తుంది మరియు మిశ్రమం యొక్క నిర్మాణం మరియు లక్షణాలను గణనీయంగా మారుస్తుంది. 0.2%~0.4% Scని జోడించడం (ఇది నిజంగా ఇంట్లో వేయించిన కూరగాయలను కదిలించడానికి ఉప్పును జోడించే నిష్పత్తికి సమానంగా ఉంటుంది, కొంచెం మాత్రమే అవసరం) మిశ్రమం యొక్క రీక్రిస్టలైజేషన్ ఉష్ణోగ్రతను 150-200 ℃ పెంచవచ్చు మరియు గణనీయంగా పెరుగుతుంది -ఉష్ణోగ్రత బలం, నిర్మాణ స్థిరత్వం, వెల్డింగ్ పనితీరు మరియు తుప్పు నిరోధకత. ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద దీర్ఘకాలిక పని సమయంలో సులభంగా సంభవించే పెళుసుదనం దృగ్విషయాన్ని కూడా నివారించవచ్చు. అధిక బలం మరియు అధిక దృఢత్వం కలిగిన అల్యూమినియం మిశ్రమం, కొత్త అధిక-శక్తి తుప్పు-నిరోధక వెల్డబుల్ అల్యూమినియం మిశ్రమం, కొత్త అధిక-ఉష్ణోగ్రత అల్యూమినియం మిశ్రమం, అధిక-శక్తి న్యూట్రాన్ రేడియేషన్ రెసిస్టెంట్ అల్యూమినియం మిశ్రమం మొదలైనవి ఏరోస్పేస్, ఏవియేషన్, షిప్‌లలో చాలా ఆకర్షణీయమైన అభివృద్ధి అవకాశాలను కలిగి ఉన్నాయి. అణు రియాక్టర్లు, తేలికపాటి వాహనాలు మరియు హై-స్పీడ్ రైళ్లు.

స్కాండియం కూడా ఇనుముకు అద్భుతమైన మాడిఫైయర్, మరియు తక్కువ మొత్తంలో స్కాండియం కాస్ట్ ఇనుము యొక్క బలం మరియు కాఠిన్యాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది. అదనంగా, స్కాండియం అధిక-ఉష్ణోగ్రత టంగ్‌స్టన్ మరియు క్రోమియం మిశ్రమాలకు సంకలితంగా కూడా ఉపయోగించవచ్చు. వాస్తవానికి, ఇతరులకు వివాహ దుస్తులను తయారు చేయడంతో పాటు, స్కాండియం అధిక ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉంటుంది మరియు దాని సాంద్రత అల్యూమినియం మాదిరిగానే ఉంటుంది మరియు స్కాండియం టైటానియం మిశ్రమం మరియు స్కాండియం మెగ్నీషియం మిశ్రమం వంటి అధిక ద్రవీభవన స్థానం తేలికపాటి మిశ్రమాలలో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. అయినప్పటికీ, దాని అధిక ధర కారణంగా, ఇది సాధారణంగా అంతరిక్ష నౌకలు మరియు రాకెట్లు వంటి ఉన్నత-స్థాయి తయారీ పరిశ్రమలలో మాత్రమే ఉపయోగించబడుతుంది.

సిరామిక్ పదార్థం

స్కాండియం, ఒకే పదార్ధం, సాధారణంగా మిశ్రమాలలో ఉపయోగించబడుతుంది మరియు దాని ఆక్సైడ్లు సిరామిక్ పదార్థాలలో ఇదే విధంగా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. ఘన ఆక్సైడ్ ఇంధన కణాల కోసం ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా ఉపయోగించబడే టెట్రాగోనల్ జిర్కోనియా సిరామిక్ పదార్థం, పర్యావరణంలో పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రత మరియు ఆక్సిజన్ సాంద్రతతో ఈ ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత పెరుగుతుంది. అయితే, ఈ సిరామిక్ పదార్థం యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణం స్థిరంగా ఉండదు మరియు పారిశ్రామిక విలువను కలిగి ఉండదు; దాని అసలు లక్షణాలను నిర్వహించడానికి ఈ నిర్మాణాన్ని పరిష్కరించగల కొన్ని పదార్ధాలను డోపింగ్ చేయడం అవసరం. 6~10% స్కాండియం ఆక్సైడ్ జోడించడం ఒక కాంక్రీట్ నిర్మాణం వలె ఉంటుంది, తద్వారా జిర్కోనియా ఒక చతురస్రాకార జాలకపై స్థిరీకరించబడుతుంది.

డెన్సిఫైయర్‌లు మరియు స్టెబిలైజర్‌లుగా అధిక-బలం మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత నిరోధక సిలికాన్ నైట్రైడ్ వంటి ఇంజనీరింగ్ సిరామిక్ పదార్థాలు కూడా ఉన్నాయి.

డెన్సిఫైయర్‌గా,స్కాండియం ఆక్సైడ్సూక్ష్మ కణాల అంచున వక్రీభవన దశ Sc2Si2O7ను ఏర్పరుస్తుంది, తద్వారా ఇంజనీరింగ్ సెరామిక్స్ యొక్క అధిక-ఉష్ణోగ్రత వైకల్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. ఇతర ఆక్సైడ్‌లతో పోలిస్తే, ఇది సిలికాన్ నైట్రైడ్ యొక్క అధిక-ఉష్ణోగ్రత యాంత్రిక లక్షణాలను మెరుగుపరుస్తుంది.

ఉత్ప్రేరక రసాయన శాస్త్రం

రసాయన ఇంజినీరింగ్‌లో, స్కాండియం తరచుగా ఉత్ప్రేరకం వలె ఉపయోగించబడుతుంది, అయితే Sc2O3 ఇథనాల్ లేదా ఐసోప్రొపనాల్ యొక్క నిర్జలీకరణం మరియు డీఆక్సిడేషన్, ఎసిటిక్ ఆమ్లం యొక్క కుళ్ళిపోవడం మరియు CO మరియు H2 నుండి ఇథిలీన్ ఉత్పత్తి కోసం ఉపయోగించవచ్చు. Sc2O3 కలిగి ఉన్న Pt Al ఉత్ప్రేరకం పెట్రోకెమికల్ పరిశ్రమలో భారీ చమురు హైడ్రోజనేషన్ శుద్దీకరణ మరియు శుద్ధి ప్రక్రియలకు కూడా ముఖ్యమైన ఉత్ప్రేరకం. Cumene వంటి ఉత్ప్రేరక పగుళ్ల ప్రతిచర్యలలో, Sc-Y జియోలైట్ ఉత్ప్రేరకం యొక్క కార్యాచరణ అల్యూమినియం సిలికేట్ ఉత్ప్రేరకం కంటే 1000 రెట్లు ఎక్కువ; కొన్ని సాంప్రదాయ ఉత్ప్రేరకాలతో పోలిస్తే, స్కాండియం ఉత్ప్రేరకాల అభివృద్ధి అవకాశాలు చాలా ప్రకాశవంతంగా ఉంటాయి.

అణు ఇంధన పరిశ్రమ

అధిక-ఉష్ణోగ్రత రియాక్టర్ అణు ఇంధనంలో UO2కి చిన్న మొత్తంలో Sc2O3ని జోడించడం వలన లాటిస్ పరివర్తన, వాల్యూమ్ పెరుగుదల మరియు UO2 నుండి U3O8 మార్పిడి వల్ల ఏర్పడే పగుళ్లను నివారించవచ్చు.

ఇంధన సెల్

అదేవిధంగా, నికెల్ ఆల్కలీ బ్యాటరీలకు 2.5% నుండి 25% స్కాండియం జోడించడం వలన వాటి సేవ జీవితం పెరుగుతుంది.

వ్యవసాయ పెంపకం

వ్యవసాయంలో, మొక్కజొన్న, దుంప, బఠానీ, గోధుమలు మరియు పొద్దుతిరుగుడు వంటి విత్తనాలను స్కాండియం సల్ఫేట్‌తో శుద్ధి చేయవచ్చు (సాధారణంగా 10-3~10-8mol/L గాఢత, వివిధ మొక్కలు వేర్వేరుగా ఉంటాయి), మరియు అంకురోత్పత్తిని ప్రోత్సహించే వాస్తవ ప్రభావం సాధించబడింది. 8 గంటల తర్వాత, మొలకలతో పోలిస్తే మూలాలు మరియు మొగ్గల పొడి బరువు వరుసగా 37% మరియు 78% పెరిగింది, అయితే యంత్రాంగం ఇప్పటికీ అధ్యయనంలో ఉంది.

నీల్సన్ దృష్టి నుండి నేటి వరకు అటామిక్ మాస్ డేటా రుణం వరకు, స్కాండియం కేవలం వంద లేదా ఇరవై సంవత్సరాలు మాత్రమే ప్రజల దృష్టిలో ప్రవేశించింది, కానీ అది దాదాపు వంద సంవత్సరాలు బెంచ్‌పై కూర్చుంది. గత శతాబ్దపు చివరిలో మెటీరియల్ సైన్స్ యొక్క శక్తివంతమైన అభివృద్ధి వరకు అది అతనికి తేజము తెచ్చిపెట్టలేదు. నేడు, స్కాండియంతో సహా అరుదైన ఎర్త్ ఎలిమెంట్స్ మెటీరియల్ సైన్స్‌లో హాట్ స్టార్‌లుగా మారాయి, వేలాది సిస్టమ్‌లలో ఎప్పటికప్పుడు మారుతున్న పాత్రలను పోషిస్తాయి, ప్రతిరోజూ మన జీవితాలకు మరింత సౌలభ్యాన్ని అందిస్తాయి మరియు కొలవడానికి మరింత కష్టతరమైన ఆర్థిక విలువను సృష్టిస్తున్నాయి.