మాయా అరుదైన భూమి మూలకాలు స్కాండియం

Sకాన్డియం, మూలక చిహ్నం Sc మరియు పరమాణు సంఖ్య 21 తో, నీటిలో సులభంగా కరుగుతుంది, వేడి నీటితో సంకర్షణ చెందుతుంది మరియు గాలిలో సులభంగా ముదురుతుంది. దీని ప్రధాన వేలెన్స్ +3. ఇది తరచుగా గాడోలినియం, ఎర్బియం మరియు ఇతర మూలకాలతో కలుపుతారు, తక్కువ దిగుబడి మరియు క్రస్ట్‌లో సుమారు 0.0005% కంటెంట్ ఉంటుంది. స్కాండియం తరచుగా ప్రత్యేక గాజు మరియు తేలికైన అధిక-ఉష్ణోగ్రత మిశ్రమాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.

ప్రస్తుతం, ప్రపంచంలో స్కాండియం యొక్క నిరూపితమైన నిల్వలు కేవలం 2 మిలియన్ టన్నులు మాత్రమే, వీటిలో 90~95% బాక్సైట్, ఫాస్ఫోరైట్ మరియు ఇనుప టైటానియం ఖనిజాలలో మరియు యురేనియం, థోరియం, టంగ్స్టన్ మరియు అరుదైన భూమి ఖనిజాలలో ఒక చిన్న భాగం ఉన్నాయి, ఇవి ప్రధానంగా రష్యా, చైనా, తజికిస్తాన్, మడగాస్కర్, నార్వే మరియు ఇతర దేశాలలో పంపిణీ చేయబడ్డాయి. స్కాండియం వనరులతో చైనా చాలా సమృద్ధిగా ఉంది, స్కాండియంకు సంబంధించిన భారీ ఖనిజ నిల్వలు ఉన్నాయి. అసంపూర్ణ గణాంకాల ప్రకారం, చైనాలో స్కాండియం నిల్వలు దాదాపు 600000 టన్నులు, ఇవి బాక్సైట్ మరియు ఫాస్ఫోరైట్ నిక్షేపాలు, దక్షిణ చైనాలో పోర్ఫిరీ మరియు క్వార్ట్జ్ సిర టంగ్స్టన్ నిక్షేపాలు, దక్షిణ చైనాలో అరుదైన భూమి నిక్షేపాలు, ఇన్నర్ మంగోలియాలో బయాన్ ఓబో అరుదైన భూమి ఇనుప ఖనిజ నిక్షేపం మరియు సిచువాన్‌లోని పంజిహువా వనాడియం టైటానియం మాగ్నెటైట్ నిక్షేపాలలో ఉన్నాయి.

స్కాండియం కొరత కారణంగా, స్కాండియం ధర కూడా చాలా ఎక్కువగా ఉంది, మరియు దాని గరిష్ట సమయంలో, స్కాండియం ధర బంగారం ధర కంటే 10 రెట్లు పెరిగింది. స్కాండియం ధర తగ్గినప్పటికీ, అది ఇప్పటికీ బంగారం ధర కంటే నాలుగు రెట్లు ఎక్కువ!

చరిత్రను కనుగొనడం

1869లో, మెండలీవ్ కాల్షియం (40) మరియు టైటానియం (48) మధ్య పరమాణు ద్రవ్యరాశిలో అంతరాన్ని గమనించాడు మరియు ఇక్కడ కనుగొనబడని ఇంటర్మీడియట్ అణు ద్రవ్యరాశి మూలకం కూడా ఉందని అంచనా వేశాడు. దాని ఆక్సైడ్ X ₂ O Å అని ఆయన అంచనా వేశాడు. స్కాండియంను 1879లో స్వీడన్‌లోని ఉప్ప్సల విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన లార్స్ ఫ్రెడెరిక్ నిల్సన్ కనుగొన్నారు. అతను దానిని నల్ల అరుదైన బంగారు గని నుండి సేకరించాడు, ఇది 8 రకాల లోహ ఆక్సైడ్‌లను కలిగి ఉన్న సంక్లిష్టమైన ఖనిజం. అతను దానిని సేకరించాడుఎర్బియం(III) ఆక్సైడ్నల్ల అరుదైన బంగారు ధాతువు నుండి, మరియు పొందబడిందియిటెర్బియం(III) ఆక్సైడ్ఈ ఆక్సైడ్ నుండి, మరియు తేలికైన మూలకం యొక్క మరొక ఆక్సైడ్ ఉంది, దీని స్పెక్ట్రం అది తెలియని లోహం అని చూపిస్తుంది. ఇది మెండలీవ్ అంచనా వేసిన లోహం, దీని ఆక్సైడ్స్కా₂O₃. స్కాండియం లోహం దీని నుండి ఉత్పత్తి చేయబడిందిస్కాండియం క్లోరైడ్1937లో విద్యుద్విశ్లేషణ ద్రవీభవనం ద్వారా.

మెండలీవ్

ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్

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

స్కాండియం లోహం

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

దాని ఆవిష్కరణ తర్వాత చాలా కాలం పాటు, స్కాండియం ఉత్పత్తిలో ఇబ్బంది కారణంగా దాని ఉపయోగం ప్రదర్శించబడలేదు. అరుదైన భూమి మూలకాల విభజన పద్ధతులలో పెరుగుతున్న మెరుగుదలతో, స్కాండియం సమ్మేళనాలను శుద్ధి చేయడానికి ఇప్పుడు పరిణతి చెందిన ప్రక్రియ ప్రవాహం ఉంది. స్కాండియం యట్రియం మరియు లాంతనైడ్ కంటే తక్కువ ఆల్కలీన్ కలిగి ఉన్నందున, హైడ్రాక్సైడ్ బలహీనమైనది, కాబట్టి స్కాండియం(III) హైడ్రాక్సైడ్‌ను ద్రావణంలోకి బదిలీ చేసిన తర్వాత అమ్మోనియాతో చికిత్స చేసినప్పుడు స్కాండియం కలిగిన అరుదైన భూమి మూలకం మిశ్రమ ఖనిజాన్ని అరుదైన భూమి మూలకం నుండి "స్టెప్ అవపాతం" పద్ధతి ద్వారా వేరు చేస్తారు. మరొక పద్ధతి నైట్రేట్ యొక్క ధ్రువ కుళ్ళిపోవడం ద్వారా స్కాండియం నైట్రేట్‌ను వేరు చేయడం. 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, దానిని ScCl Å గా మార్చి, co ని KCl మరియు LiCl లతో కరిగించారు. కరిగిన జింక్‌ను విద్యుద్విశ్లేషణకు కాథోడ్‌గా ఉపయోగిస్తారు, దీనివల్ల స్కాండియం జింక్ ఎలక్ట్రోడ్‌పై అవక్షేపించబడుతుంది. తరువాత, జింక్ ఆవిరైపోయి లోహ స్కాండియం లభిస్తుంది. ఇది చాలా చురుకైన రసాయన లక్షణాలతో కూడిన తేలికైన వెండి తెల్లని లోహం, ఇది వేడి నీటితో చర్య జరిపి హైడ్రోజన్ వాయువును ఉత్పత్తి చేస్తుంది. కాబట్టి మీరు చిత్రంలో చూసే మెటల్ స్కాండియంను ఒక సీసాలో మూసివేసి ఆర్గాన్ వాయువుతో రక్షించబడుతుంది, లేకుంటే స్కాండియం త్వరగా ముదురు పసుపు లేదా బూడిద రంగు ఆక్సైడ్ పొరను ఏర్పరుస్తుంది, దాని మెరిసే లోహ మెరుపును కోల్పోతుంది.

అప్లికేషన్లు

లైటింగ్ పరిశ్రమ

స్కాండియం యొక్క ఉపయోగాలు చాలా ప్రకాశవంతమైన దిశలలో కేంద్రీకృతమై ఉన్నాయి మరియు దీనిని కాంతి కుమారుడు అని పిలవడం అతిశయోక్తి కాదు. స్కాండియం యొక్క మొదటి మాయా ఆయుధాన్ని స్కాండియం సోడియం దీపం అని పిలుస్తారు, దీనిని వేలాది గృహాలకు వెలుగునిచ్చేందుకు ఉపయోగించవచ్చు. ఇది మెటల్ హాలైడ్ విద్యుత్ కాంతి: బల్బ్ సోడియం అయోడైడ్ మరియు స్కాండియం ట్రైయోడైడ్‌తో నిండి ఉంటుంది మరియు స్కాండియం మరియు సోడియం ఫాయిల్ ఒకే సమయంలో జోడించబడతాయి. అధిక-వోల్టేజ్ ఉత్సర్గ సమయంలో, స్కాండియం అయాన్లు మరియు సోడియం అయాన్లు వరుసగా వాటి లక్షణ ఉద్గార తరంగదైర్ఘ్యాల కాంతిని విడుదల చేస్తాయి. సోడియం యొక్క వర్ణపట రేఖలు 589.0 మరియు 589.6 nm, రెండు ప్రసిద్ధ పసుపు లైట్లు, అయితే స్కాండియం యొక్క వర్ణపట రేఖలు 361.3~424.7 nm, సమీప అతినీలలోహిత మరియు నీలి కాంతి ఉద్గారాల శ్రేణి. అవి ఒకదానికొకటి పూరకంగా ఉన్నందున, ఉత్పత్తి చేయబడిన మొత్తం కాంతి రంగు తెల్లని కాంతి. స్కాండియం సోడియం దీపాలు అధిక ప్రకాశించే సామర్థ్యం, ​​మంచి కాంతి రంగు, విద్యుత్ ఆదా, సుదీర్ఘ సేవా జీవితం మరియు బలమైన పొగమంచును విచ్ఛిన్నం చేసే సామర్థ్యం వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉండటం వల్లనే వాటిని టెలివిజన్ కెమెరాలు, చతురస్రాలు, క్రీడా వేదికలు మరియు రోడ్ లైటింగ్ కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగించవచ్చు మరియు వీటిని మూడవ తరం కాంతి వనరులు అని పిలుస్తారు.చైనాలో, ఈ రకమైన దీపం క్రమంగా కొత్త సాంకేతికతగా ప్రచారం చేయబడుతోంది, అయితే కొన్ని అభివృద్ధి చెందిన దేశాలలో, ఈ రకమైన దీపం 1980ల ప్రారంభంలోనే విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది.

స్కాండియం యొక్క రెండవ మాయా ఆయుధం సౌర ఫోటోవోల్టాయిక్ ఘటాలు, ఇవి నేలపై చెల్లాచెదురుగా ఉన్న కాంతిని సేకరించి విద్యుత్తుగా మార్చి మానవ సమాజాన్ని నడిపించగలవు. మెటల్ ఇన్సులేటర్ సెమీకండక్టర్ సిలికాన్ సౌర ఘటాలు మరియు సౌర ఘటాలలో స్కాండియం ఉత్తమ అవరోధ లోహం.

దీని మూడవ మాయా ఆయుధాన్ని γ A కిరణ మూలం అని పిలుస్తారు, ఈ మాయా ఆయుధం దానంతట అదే ప్రకాశవంతంగా ప్రకాశిస్తుంది, కానీ ఈ రకమైన కాంతిని కంటితో అందుకోలేము, ఇది అధిక శక్తి గల ఫోటాన్ ప్రవాహం. మేము సాధారణంగా ఖనిజాల నుండి 45Scని సంగ్రహిస్తాము, ఇది స్కాండియం యొక్క ఏకైక సహజ ఐసోటోప్‌లు. ప్రతి 45Sc కేంద్రకంలో 21 ప్రోటాన్లు మరియు 24 న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి. 46Sc, ఒక కృత్రిమ రేడియోధార్మిక ఐసోటోప్, γగా ఉపయోగించవచ్చు రేడియేషన్ మూలాలు లేదా ట్రేసర్ అణువులను ప్రాణాంతక కణితుల రేడియోథెరపీకి కూడా ఉపయోగించవచ్చు. yttrium gallium scandium garnet laser వంటి అప్లికేషన్లు కూడా ఉన్నాయి,స్కాండియం ఫ్లోరైడ్టెలివిజన్‌లో గ్లాస్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఆప్టికల్ ఫైబర్, మరియు స్కాండియం పూతతో కూడిన కాథోడ్ రే ట్యూబ్. స్కాండియం ప్రకాశంతో జన్మించినట్లు అనిపిస్తుంది.

మిశ్రమ లోహ పరిశ్రమ

అల్యూమినియం మిశ్రమాలను డోపింగ్ చేయడానికి దాని మూలక రూపంలో స్కాండియం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది. అల్యూమినియంకు కొన్ని వేల వంతు 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% Sc (ఇది ఇంట్లో వేయించిన కూరగాయలను కదిలించడానికి ఉప్పు జోడించే నిష్పత్తికి నిజంగా సమానంగా ఉంటుంది, కొంచెం మాత్రమే అవసరం) జోడించడం వలన మిశ్రమం యొక్క పునఃస్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రతను 150-200 ℃ పెంచుతుంది మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత బలం, నిర్మాణ స్థిరత్వం, వెల్డింగ్ పనితీరు మరియు తుప్పు నిరోధకతను గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద దీర్ఘకాలిక పని సమయంలో సులభంగా సంభవించే పెళుసుదనం దృగ్విషయాన్ని కూడా ఇది నివారించవచ్చు. అధిక బలం మరియు అధిక దృఢత్వం కలిగిన అల్యూమినియం మిశ్రమం, కొత్త అధిక-బలం తుప్పు-నిరోధక వెల్డబుల్ అల్యూమినియం మిశ్రమం, కొత్త అధిక-ఉష్ణోగ్రత అల్యూమినియం మిశ్రమం, అధిక-బలం న్యూట్రాన్ వికిరణ నిరోధక అల్యూమినియం మిశ్రమం మొదలైనవి అంతరిక్షం, విమానయానం, నౌకలు, అణు రియాక్టర్లలో చాలా ఆకర్షణీయమైన అభివృద్ధి అవకాశాలను కలిగి ఉన్నాయి. తేలికపాటి వాహనాలు మరియు హై-స్పీడ్ రైళ్లు.

స్కాండియం ఇనుముకు అద్భుతమైన మాడిఫైయర్ కూడా, మరియు తక్కువ మొత్తంలో స్కాండియం కాస్ట్ ఇనుము యొక్క బలం మరియు కాఠిన్యాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది. అదనంగా, స్కాండియంను 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 తేలికైన మిశ్రమాలలో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. అయితే, దాని అధిక ధర కారణంగా, ఇది సాధారణంగా అంతరిక్ష నౌకలు మరియు రాకెట్ల వంటి ఉన్నత-స్థాయి తయారీ పరిశ్రమలలో మాత్రమే ఉపయోగించబడుతుంది.

సిరామిక్ పదార్థం

స్కాండియం అనే ఒకే పదార్థాన్ని సాధారణంగా మిశ్రమలోహాలలో ఉపయోగిస్తారు మరియు దాని ఆక్సైడ్‌లు సిరామిక్ పదార్థాలలో కూడా ఇదే విధంగా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. ఘన ఆక్సైడ్ ఇంధన కణాలకు ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థంగా ఉపయోగించగల టెట్రాగోనల్ జిర్కోనియా సిరామిక్ పదార్థం, వాతావరణంలో పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రత మరియు ఆక్సిజన్ సాంద్రతతో ఈ ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత పెరిగే ప్రత్యేక లక్షణాన్ని కలిగి ఉంది. అయితే, ఈ సిరామిక్ పదార్థం యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణం స్థిరంగా ఉండదు మరియు పారిశ్రామిక విలువను కలిగి ఉండదు; దాని అసలు లక్షణాలను నిర్వహించడానికి ఈ నిర్మాణాన్ని పరిష్కరించగల కొన్ని పదార్థాలను డోపింగ్ చేయడం అవసరం. 6~10% స్కాండియం ఆక్సైడ్‌ను జోడించడం ఒక కాంక్రీట్ నిర్మాణం లాంటిది, తద్వారా జిర్కోనియాను చదరపు లాటిస్‌పై స్థిరీకరించవచ్చు.

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

సాంద్రత కారకంగా,స్కాండియం ఆక్సైడ్సూక్ష్మ కణాల అంచున వక్రీభవన దశ Sc2Si2O7 ను ఏర్పరుస్తుంది, తద్వారా ఇంజనీరింగ్ సిరామిక్స్ యొక్క అధిక-ఉష్ణోగ్రత వైకల్యాన్ని తగ్గిస్తుంది.ఇతర ఆక్సైడ్లతో పోలిస్తే, ఇది సిలికాన్ నైట్రైడ్ యొక్క అధిక-ఉష్ణోగ్రత యాంత్రిక లక్షణాలను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.

ఉత్ప్రేరక రసాయన శాస్త్రం

రసాయన ఇంజనీరింగ్‌లో, స్కాండియం తరచుగా ఉత్ప్రేరకంగా ఉపయోగించబడుతుంది, అయితే Sc2O3 ను ఇథనాల్ లేదా ఐసోప్రొపనాల్ యొక్క నిర్జలీకరణం మరియు డీఆక్సిడేషన్, ఎసిటిక్ ఆమ్లం కుళ్ళిపోవడం మరియు CO మరియు H2 నుండి ఇథిలీన్ ఉత్పత్తికి ఉపయోగించవచ్చు. Sc2O3 కలిగిన Pt Al ఉత్ప్రేరకం పెట్రోకెమికల్ పరిశ్రమలో భారీ చమురు హైడ్రోజనేషన్ శుద్దీకరణ మరియు శుద్ధి ప్రక్రియలకు కూడా ఒక ముఖ్యమైన ఉత్ప్రేరకం. క్యూమెన్ వంటి ఉత్ప్రేరక క్రాకింగ్ ప్రతిచర్యలలో, Sc-Y జియోలైట్ ఉత్ప్రేరకం యొక్క కార్యాచరణ అల్యూమినియం సిలికేట్ ఉత్ప్రేరకం కంటే 1000 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది; కొన్ని సాంప్రదాయ ఉత్ప్రేరకాలతో పోలిస్తే, స్కాండియం ఉత్ప్రేరకాల అభివృద్ధి అవకాశాలు చాలా ప్రకాశవంతంగా ఉంటాయి.

అణు శక్తి పరిశ్రమ

అధిక-ఉష్ణోగ్రత రియాక్టర్ అణు ఇంధనంలో UO2 కు తక్కువ మొత్తంలో Sc2O3 ని జోడించడం వలన UO2 నుండి U3O8 మార్పిడి వలన కలిగే లాటిస్ పరివర్తన, వాల్యూమ్ పెరుగుదల మరియు పగుళ్లను నివారించవచ్చు.

ఇంధన కణం

అదేవిధంగా, నికెల్ ఆల్కలీ బ్యాటరీలకు 2.5% నుండి 25% స్కాండియం జోడించడం వల్ల వాటి సేవా జీవితం పెరుగుతుంది.

వ్యవసాయ పెంపకం

వ్యవసాయంలో, మొక్కజొన్న, దుంప, బఠానీ, గోధుమ మరియు పొద్దుతిరుగుడు వంటి విత్తనాలను స్కాండియం సల్ఫేట్‌తో చికిత్స చేయవచ్చు (సాంద్రత సాధారణంగా 10-3~10-8mol/L ఉంటుంది, వివిధ మొక్కలు భిన్నంగా ఉంటాయి), మరియు అంకురోత్పత్తిని ప్రోత్సహించే వాస్తవ ప్రభావం సాధించబడింది. 8 గంటల తర్వాత, మొలకలతో పోలిస్తే వేర్లు మరియు మొగ్గల పొడి బరువు వరుసగా 37% మరియు 78% పెరిగింది, కానీ యంత్రాంగం ఇంకా అధ్యయనంలో ఉంది.

నీల్సన్ అణు ద్రవ్యరాశి డేటా యొక్క రుణంపై దృష్టి సారించినప్పటి నుండి నేటి వరకు, స్కాండియం ప్రజల దృష్టిలోకి వంద లేదా ఇరవై సంవత్సరాలు మాత్రమే ప్రవేశించింది, కానీ అది దాదాపు వంద సంవత్సరాలుగా బెంచ్ మీద కూర్చుంది. గత శతాబ్దం చివరలో భౌతిక శాస్త్రం యొక్క శక్తివంతమైన అభివృద్ధి వరకు అది అతనికి శక్తినిచ్చింది. నేడు, స్కాండియంతో సహా అరుదైన భూమి మూలకాలు పదార్థ శాస్త్రంలో హాట్ స్టార్‌లుగా మారాయి, వేలాది వ్యవస్థలలో నిరంతరం మారుతున్న పాత్రలను పోషిస్తున్నాయి, ప్రతిరోజూ మన జీవితాలకు మరింత సౌలభ్యాన్ని తీసుకువస్తున్నాయి మరియు కొలవడానికి మరింత కష్టతరమైన ఆర్థిక విలువను సృష్టిస్తున్నాయి.