જાદુઈ દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો સ્કેન્ડિયમ

Sકેન્ડિયમ, તત્વ પ્રતીક Sc અને 21 ના ​​અણુ ક્રમાંક સાથે, પાણીમાં સરળતાથી દ્રાવ્ય છે, ગરમ પાણી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે, અને હવામાં સરળતાથી ઘાટા થઈ જાય છે. તેનું મુખ્ય સંયોજક +3 છે. તે ઘણીવાર ગેડોલિનિયમ, એર્બિયમ અને અન્ય તત્વો સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે, જેમાં ઓછી ઉપજ અને પોપડામાં આશરે 0.0005% ની સામગ્રી હોય છે. સ્કેન્ડિયમનો ઉપયોગ ખાસ કાચ અને હળવા વજનના ઉચ્ચ-તાપમાન એલોય બનાવવા માટે થાય છે.

હાલમાં, વિશ્વમાં સ્કેન્ડિયમના સાબિત ભંડાર માત્ર 2 મિલિયન ટન છે, જેમાંથી 90-95% બોક્સાઈટ, ફોસ્ફોરાઈટ અને આયર્ન ટાઇટેનિયમ ઓર અને યુરેનિયમ, થોરિયમ, ટંગસ્ટન અને દુર્લભ પૃથ્વી અયસ્કમાં એક નાનો ભાગ છે. રશિયા, ચીન, તાજિકિસ્તાન, મેડાગાસ્કર, નોર્વે અને અન્ય દેશોમાં વિતરિત. ચીન સ્કેન્ડિયમ સંસાધનોમાં ખૂબ સમૃદ્ધ છે, જેમાં સ્કેન્ડિયમ સંબંધિત વિશાળ ખનિજ ભંડાર છે. અધૂરા આંકડાઓ અનુસાર, ચીનમાં સ્કેન્ડિયમનો ભંડાર લગભગ 600000 ટન છે, જે દક્ષિણ ચીનમાં બોક્સાઈટ અને ફોસ્ફોરાઈટ ડિપોઝિટ, પોર્ફાયરી અને ક્વાર્ટઝ વેઈન ટંગસ્ટન ડિપોઝિટ, દક્ષિણ ચીનમાં રેર અર્થ ડિપોઝિટ, બયાન ઓબો રેર અર્થ આયર્ન ઓર ડિપોઝિટમાં સમાયેલ છે. સિચુઆનમાં આંતરિક મંગોલિયા અને પંઝિહુઆ વેનેડિયમ ટાઇટેનિયમ મેગ્નેટાઇટ ડિપોઝિટ.

સ્કેન્ડિયમની અછતને કારણે, સ્કેન્ડિયમની કિંમત પણ ખૂબ ઊંચી છે, અને તેની ટોચ પર, સ્કેન્ડિયમની કિંમત સોનાની કિંમત કરતાં 10 ગણી વધી ગઈ હતી. સ્કેન્ડિયમના ભાવમાં ઘટાડો થયો હોવા છતાં, તે હજુ પણ સોનાના ભાવ કરતાં ચાર ગણો છે!

શોધ ઇતિહાસ

1869 માં, મેન્ડેલીવે કેલ્શિયમ (40) અને ટાઇટેનિયમ (48) વચ્ચેના અણુ સમૂહમાં તફાવત જોયો, અને આગાહી કરી કે અહીં એક વણશોધાયેલ મધ્યવર્તી અણુ સમૂહ તત્વ પણ છે. તેણે આગાહી કરી કે તેનો ઓક્સાઇડ X ₂ O Å છે. 1879 માં સ્વીડનની ઉપસાલા યુનિવર્સિટીના લાર્સ ફ્રેડરિક નિલ્સન દ્વારા સ્કેન્ડિયમની શોધ કરવામાં આવી હતી. તેણે તેને કાળા દુર્લભ સોનાની ખાણમાંથી કાઢ્યું, એક જટિલ ઓર જેમાં 8 પ્રકારના મેટલ ઓક્સાઇડ હોય છે. તેણે કાઢ્યું છેએર્બિયમ(III) ઓક્સાઇડકાળા દુર્લભ સોનાના અયસ્કમાંથી, અને મેળવીYtterbium(III) ઓક્સાઇડઆ ઓક્સાઇડમાંથી, અને હળવા તત્વનો બીજો ઓક્સાઇડ છે, જેનું વર્ણપટ દર્શાવે છે કે તે અજાણી ધાતુ છે. આ મેન્ડેલીવ દ્વારા આગાહી કરાયેલ ધાતુ છે, જેનું ઓક્સાઇડ છેSc₂O₃. સ્કેન્ડિયમ મેટલ પોતે જમાંથી ઉત્પન્ન થયું હતુંસ્કેન્ડિયમ ક્લોરાઇડ1937 માં ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક ગલન દ્વારા.

મેન્ડેલીવ

ઇલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકન

ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

સ્કેન્ડિયમ મેટલ

સ્કેન્ડિયમ એ નરમ, ચાંદીની સફેદ સંક્રમણ ધાતુ છે જેનો ગલનબિંદુ 1541 ℃ અને ઉત્કલન બિંદુ 2831 ℃ છે.

તેની શોધ પછી નોંધપાત્ર સમયગાળા માટે, ઉત્પાદનમાં મુશ્કેલીને કારણે સ્કેન્ડિયમનો ઉપયોગ દર્શાવવામાં આવ્યો ન હતો. દુર્લભ પૃથ્વી તત્વ વિભાજન પદ્ધતિઓના વધતા સુધારા સાથે, હવે સ્કેન્ડિયમ સંયોજનોને શુદ્ધ કરવા માટે એક પરિપક્વ પ્રક્રિયા પ્રવાહ છે. કારણ કે સ્કેન્ડિયમ યટ્રીયમ અને લેન્થેનાઇડ કરતાં ઓછું આલ્કલાઇન છે, હાઇડ્રોક્સાઇડ સૌથી નબળો છે, તેથી સ્કેન્ડિયમ ધરાવતું દુર્લભ પૃથ્વી તત્વ મિશ્રિત ખનિજ જ્યારે સ્કેન્ડિયમ(III) હાઇડ્રોક્સાઇડની એમોનિયા સાથે સારવાર કરવામાં આવે ત્યારે "સ્ટેપ પ્રિસિપિટેશન" પદ્ધતિ દ્વારા દુર્લભ પૃથ્વી તત્વથી અલગ કરવામાં આવશે. ઉકેલમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે. બીજી પદ્ધતિ નાઈટ્રેટના ધ્રુવીય વિઘટન દ્વારા સ્કેન્ડિયમ નાઈટ્રેટને અલગ કરવાની છે. કારણ કે સ્કેન્ડિયમ નાઈટ્રેટ વિઘટન માટે સૌથી સરળ છે, સ્કેન્ડિયમને અલગ કરી શકાય છે. વધુમાં, યુરેનિયમ, થોરિયમ, ટંગસ્ટન, ટીન અને અન્ય ખનિજ થાપણોમાંથી સ્કેન્ડિયમ સાથેની વ્યાપક પુનઃપ્રાપ્તિ પણ સ્કેન્ડિયમનો એક મહત્વપૂર્ણ સ્ત્રોત છે.

શુદ્ધ સ્કેન્ડિયમ સંયોજન મેળવ્યા પછી, તે ScCl Å માં રૂપાંતરિત થાય છે અને KCl અને LiCl સાથે પીગળી જાય છે. પીગળેલા ઝીંકનો ઉપયોગ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે કેથોડ તરીકે થાય છે, જેના કારણે ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ પર સ્કેન્ડિયમ અવક્ષેપિત થાય છે. પછી, મેટાલિક સ્કેન્ડિયમ મેળવવા માટે ઝીંકનું બાષ્પીભવન થાય છે. આ ખૂબ જ સક્રિય રાસાયણિક ગુણધર્મો સાથે હળવા વજનની ચાંદીની સફેદ ધાતુ છે, જે ગરમ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને હાઇડ્રોજન ગેસ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. તેથી તમે ચિત્રમાં જે મેટલ સ્કેન્ડિયમ જુઓ છો તે બોટલમાં બંધ છે અને આર્ગોન ગેસથી સુરક્ષિત છે, અન્યથા સ્કેન્ડિયમ ઝડપથી તેની ચળકતી ધાતુની ચમક ગુમાવીને ઘેરા પીળા અથવા રાખોડી ઓક્સાઇડનું સ્તર બનાવશે.

અરજીઓ

લાઇટિંગ ઉદ્યોગ

સ્કેન્ડિયમનો ઉપયોગ ખૂબ જ તેજસ્વી દિશામાં કેન્દ્રિત છે, અને તેને પ્રકાશનો પુત્ર કહેવામાં અતિશયોક્તિ નથી. સ્કેન્ડિયમના પ્રથમ જાદુઈ શસ્ત્રને સ્કેન્ડિયમ સોડિયમ લેમ્પ કહેવામાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ હજારો ઘરોમાં પ્રકાશ લાવવા માટે કરી શકાય છે. આ મેટલ હલાઇડ ઇલેક્ટ્રિક લાઇટ છે: બલ્બ સોડિયમ આયોડાઇડ અને સ્કેન્ડિયમ ટ્રાઇઓડાઇડથી ભરેલો છે, અને તે જ સમયે સ્કેન્ડિયમ અને સોડિયમ ફોઇલ ઉમેરવામાં આવે છે. ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન, સ્કેન્ડિયમ આયનો અને સોડિયમ આયનો અનુક્રમે તેમની લાક્ષણિક ઉત્સર્જન તરંગલંબાઇનો પ્રકાશ બહાર કાઢે છે. સોડિયમની વર્ણપટ રેખાઓ 589.0 અને 589.6 nm છે, જે બે પ્રખ્યાત પીળી લાઇટ છે, જ્યારે સ્કેન્ડિયમની સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓ 361.3~424.7 nm છે, જે નજીકના અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને વાદળી પ્રકાશના ઉત્સર્જનની શ્રેણી છે. કારણ કે તેઓ એકબીજાના પૂરક છે, એકંદરે પ્રકાશનો રંગ સફેદ પ્રકાશ છે. તે ચોક્કસપણે એટલા માટે છે કારણ કે સ્કેન્ડિયમ સોડિયમ લેમ્પ્સમાં ઉચ્ચ તેજસ્વી કાર્યક્ષમતા, સારો પ્રકાશ રંગ, પાવર સેવિંગ, લાંબી સર્વિસ લાઇફ અને મજબૂત ધુમ્મસ તોડવાની ક્ષમતા છે કે તેનો વ્યાપકપણે ટેલિવિઝન કેમેરા, ચોરસ, રમતગમતના સ્થળો અને રોડ લાઇટિંગ માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે. અને ત્રીજી પેઢીના પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે ઓળખાય છે. ચીનમાં, આ પ્રકારના દીવાને ધીમે ધીમે નવી તકનીક તરીકે પ્રમોટ કરવામાં આવી રહ્યો છે, જ્યારે કેટલાક વિકસિત દેશોમાં, 1980 ના દાયકાની શરૂઆતમાં આ પ્રકારના દીવોનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થતો હતો.

સ્કેન્ડિયમનું બીજું જાદુઈ શસ્ત્ર સૌર ફોટોવોલ્ટેઇક કોષો છે, જે જમીન પર પથરાયેલા પ્રકાશને એકત્રિત કરી શકે છે અને માનવ સમાજને ચલાવવા માટે તેને વીજળીમાં ફેરવી શકે છે. સ્કેન્ડિયમ એ મેટલ ઇન્સ્યુલેટર સેમિકન્ડક્ટર સિલિકોન સોલર સેલ અને સોલાર સેલમાં શ્રેષ્ઠ અવરોધક ધાતુ છે.

તેનું ત્રીજું જાદુઈ શસ્ત્ર γ A કિરણ સ્ત્રોત કહેવાય છે, આ જાદુઈ શસ્ત્ર પોતાની મેળે જ ચમકી શકે છે, પરંતુ આ પ્રકારનો પ્રકાશ નરી આંખે મેળવી શકાતો નથી, તે ઉચ્ચ-ઊર્જાનો ફોટોન પ્રવાહ છે. અમે સામાન્ય રીતે ખનિજોમાંથી 45Sc કાઢીએ છીએ, જે સ્કેન્ડિયમનો એકમાત્ર કુદરતી આઇસોટોપ છે. દરેક 45Sc ન્યુક્લિયસમાં 21 પ્રોટોન અને 24 ન્યુટ્રોન હોય છે. 46Sc, એક કૃત્રિમ કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપ, γ રેડિયેશન સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે અથવા ટ્રેસર અણુઓનો ઉપયોગ જીવલેણ ગાંઠોની રેડિયોથેરાપી માટે પણ થઈ શકે છે. યટ્રીયમ ગેલિયમ સ્કેન્ડિયમ ગાર્નેટ લેસર જેવી એપ્લિકેશનો પણ છે.સ્કેન્ડિયમ ફ્લોરાઈડગ્લાસ ઇન્ફ્રારેડ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર, અને ટેલિવિઝન પર સ્કેન્ડિયમ કોટેડ કેથોડ રે ટ્યુબ. એવું લાગે છે કે સ્કેન્ડિયમ તેજ સાથે જન્મે છે.

એલોય ઉદ્યોગ

તેના મૂળ સ્વરૂપમાં સ્કેન્ડિયમનો ઉપયોગ એલ્યુમિનિયમ એલોયના ડોપિંગ માટે વ્યાપકપણે થાય છે. જ્યાં સુધી એલ્યુમિનિયમમાં કેટલાક હજારમા ભાગનું સ્કેન્ડિયમ ઉમેરવામાં આવે ત્યાં સુધી, એક નવો Al3Sc તબક્કો રચાશે, જે એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં મેટામોર્ફિઝમની ભૂમિકા ભજવશે અને એલોયની રચના અને ગુણધર્મોમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર કરશે. 0.2%~0.4% Sc ઉમેરવાથી (જે ખરેખર ઘરે તળેલા શાકભાજીને હલાવવા માટે મીઠું ઉમેરવાના પ્રમાણ સમાન છે, માત્ર થોડી જ જરૂર છે) એલોયના પુનઃસ્થાપન તાપમાનમાં 150-200 ℃ વધારો કરી શકે છે, અને નોંધપાત્ર રીતે ઉચ્ચ તાપમાનમાં સુધારો કરી શકે છે. -તાપમાન શક્તિ, માળખાકીય સ્થિરતા, વેલ્ડીંગ કામગીરી અને કાટ પ્રતિકાર. તે ઉચ્ચ તાપમાન પર લાંબા ગાળાના કામ દરમિયાન બનતી ગૂંચવણની ઘટનાને પણ ટાળી શકે છે. ઉચ્ચ શક્તિ અને ઉચ્ચ કઠિનતા એલ્યુમિનિયમ એલોય, નવી ઉચ્ચ-શક્તિ કાટ-પ્રતિરોધક વેલ્ડેબલ એલ્યુમિનિયમ એલોય, નવી ઉચ્ચ-તાપમાન એલ્યુમિનિયમ એલોય, ઉચ્ચ-શક્તિ ન્યુટ્રોન ઇરેડિયેશન પ્રતિરોધક એલ્યુમિનિયમ એલોય, વગેરે, એરોસ્પેસ, ઉડ્ડયન, જહાજોમાં ખૂબ જ આકર્ષક વિકાસની સંભાવનાઓ ધરાવે છે. પરમાણુ રિએક્ટર, હળવા વાહનો અને હાઇ-સ્પીડ ટ્રેનો.

સ્કેન્ડિયમ એ આયર્ન માટે ઉત્તમ મોડિફાયર પણ છે, અને સ્કેન્ડિયમની થોડી માત્રા કાસ્ટ આયર્નની મજબૂતાઈ અને કઠિનતાને નોંધપાત્ર રીતે સુધારી શકે છે. વધુમાં, સ્કેન્ડિયમનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-તાપમાન ટંગસ્ટન અને ક્રોમિયમ એલોય માટે એડિટિવ તરીકે પણ થઈ શકે છે. અલબત્ત, અન્ય લોકો માટે લગ્નના કપડાં બનાવવા ઉપરાંત, સ્કેન્ડિયમમાં ઉચ્ચ ગલનબિંદુ હોય છે અને તેની ઘનતા એલ્યુમિનિયમ જેવી જ હોય ​​છે, અને તે સ્કેન્ડિયમ ટાઇટેનિયમ એલોય અને સ્કેન્ડિયમ મેગ્નેશિયમ એલોય જેવા ઉચ્ચ ગલનબિંદુ હળવા વજનના એલોયમાં પણ વપરાય છે. જો કે, તેની ઊંચી કિંમતને કારણે, તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે માત્ર ઉચ્ચ સ્તરના ઉત્પાદન ઉદ્યોગોમાં થાય છે જેમ કે સ્પેસ શટલ અને રોકેટ.

સિરામિક સામગ્રી

સ્કેન્ડિયમ, એક જ પદાર્થ, સામાન્ય રીતે એલોયમાં વપરાય છે, અને તેના ઓક્સાઇડ સિરામિક સામગ્રીઓમાં સમાન રીતે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. ટેટ્રાગોનલ ઝિર્કોનિયા સિરામિક સામગ્રી, જેનો ઉપયોગ સોલિડ ઓક્સાઇડ ઇંધણ કોષો માટે ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી તરીકે થઈ શકે છે, તે એક વિશિષ્ટ ગુણધર્મ ધરાવે છે જ્યાં આ ઇલેક્ટ્રોલાઇટની વાહકતા વધતા તાપમાન અને પર્યાવરણમાં ઓક્સિજન સાંદ્રતા સાથે વધે છે. જો કે, આ સિરામિક સામગ્રીનું સ્ફટિક માળખું પોતે સ્થિર રીતે અસ્તિત્વમાં નથી અને તેનું કોઈ ઔદ્યોગિક મૂલ્ય નથી; કેટલાક પદાર્થોનું ડોપિંગ કરવું જરૂરી છે જે તેના મૂળ ગુણધર્મોને જાળવવા માટે આ રચનાને ઠીક કરી શકે છે. 6~10% સ્કેન્ડિયમ ઓક્સાઇડ ઉમેરવું એ કોંક્રિટ સ્ટ્રક્ચર જેવું છે, જેથી ઝિર્કોનિયાને ચોરસ જાળી પર સ્થિર કરી શકાય.

ડેન્સિફાયર અને સ્ટેબિલાઈઝર તરીકે ઉચ્ચ-શક્તિ અને ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિરોધક સિલિકોન નાઈટ્રાઈડ જેવી એન્જિનિયરિંગ સિરામિક સામગ્રી પણ છે.

ડેન્સિફાયર તરીકે,સ્કેન્ડિયમ ઓક્સાઇડદંડ કણોની ધાર પર પ્રત્યાવર્તન તબક્કો Sc2Si2O7 બનાવી શકે છે, આમ એન્જિનિયરિંગ સિરામિક્સના ઉચ્ચ-તાપમાન વિકૃતિને ઘટાડે છે. અન્ય ઓક્સાઇડની તુલનામાં, તે સિલિકોન નાઇટ્રાઇડના ઉચ્ચ-તાપમાન યાંત્રિક ગુણધર્મોને વધુ સારી રીતે સુધારી શકે છે.

ઉત્પ્રેરક રસાયણશાસ્ત્ર

કેમિકલ એન્જિનિયરિંગમાં, સ્કેન્ડિયમનો ઉપયોગ ઘણીવાર ઉત્પ્રેરક તરીકે થાય છે, જ્યારે Sc2O3 નો ઉપયોગ નિર્જલીકરણ અને ઇથેનોલ અથવા આઇસોપ્રોપેનોલના ડિઓક્સિડેશન, એસિટિક એસિડના વિઘટન અને CO અને H2 માંથી ઇથિલિનના ઉત્પાદન માટે થઈ શકે છે. પેટ્રોકેમિકલ ઉદ્યોગમાં હેવી ઓઇલ હાઇડ્રોજનેશન શુદ્ધિકરણ અને શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયાઓ માટે Sc2O3 ધરાવતું Pt Al ઉત્પ્રેરક પણ એક મહત્વપૂર્ણ ઉત્પ્રેરક છે. ક્યુમેન જેવી ઉત્પ્રેરક ક્રેકીંગ પ્રતિક્રિયાઓમાં, Sc-Y ઝીઓલાઇટ ઉત્પ્રેરકની પ્રવૃત્તિ એલ્યુમિનિયમ સિલિકેટ ઉત્પ્રેરક કરતા 1000 ગણી વધારે છે; કેટલાક પરંપરાગત ઉત્પ્રેરકોની તુલનામાં, સ્કેન્ડિયમ ઉત્પ્રેરકના વિકાસની સંભાવનાઓ ખૂબ જ તેજસ્વી હશે.

પરમાણુ ઉર્જા ઉદ્યોગ

ઉચ્ચ-તાપમાન રિએક્ટર પરમાણુ બળતણમાં UO2 માં Sc2O3 ની થોડી માત્રા ઉમેરવાથી UO2 થી U3O8 રૂપાંતરણને કારણે જાળીના રૂપાંતરણ, વોલ્યુમમાં વધારો અને ક્રેકીંગ ટાળી શકાય છે.

ફ્યુઅલ સેલ

એ જ રીતે, નિકલ આલ્કલી બેટરીમાં 2.5% થી 25% સ્કેન્ડિયમ ઉમેરવાથી તેમની સર્વિસ લાઇફ વધશે.

કૃષિ સંવર્ધન

કૃષિમાં, મકાઈ, બીટ, વટાણા, ઘઉં અને સૂર્યમુખી જેવા બીજને સ્કેન્ડિયમ સલ્ફેટ (સામાન્ય રીતે 10-3 ~ 10-8mol/L હોય છે, વિવિધ છોડ અલગ અલગ હોય છે), અને અંકુરણને પ્રોત્સાહન આપવાની વાસ્તવિક અસર સાથે સારવાર કરી શકાય છે. હાંસલ કરવામાં આવ્યું છે. 8 કલાક પછી, મૂળ અને કળીઓના સૂકા વજનમાં રોપાઓની તુલનામાં અનુક્રમે 37% અને 78% નો વધારો થયો, પરંતુ પદ્ધતિ હજુ અભ્યાસ હેઠળ છે.

પરમાણુ માસ ડેટાના ઋણ તરફ નીલ્સનના ધ્યાનથી લઈને આજ સુધી, સ્કેન્ડિયમ માત્ર સો કે વીસ વર્ષ માટે લોકોની દ્રષ્ટિમાં પ્રવેશ્યું છે, પરંતુ તે લગભગ સો વર્ષ સુધી બેન્ચ પર બેઠું છે. છેલ્લી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં ભૌતિક વિજ્ઞાનનો જોરશોરથી વિકાસ થયો ત્યાં સુધી તે તેમનામાં જીવનશક્તિ લાવી શક્યું ન હતું. આજે, સ્કેન્ડિયમ સહિત દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો, સામગ્રી વિજ્ઞાનમાં હોટ સ્ટાર બની ગયા છે, હજારો પ્રણાલીઓમાં સતત બદલાતી ભૂમિકા ભજવે છે, દરરોજ આપણા જીવનમાં વધુ સગવડ લાવે છે, અને આર્થિક મૂલ્યનું સર્જન કરે છે જેને માપવું વધુ મુશ્કેલ છે.