اسکاندیم

پاسخ: اسکاندیم بدون نیاز به عملیات حرارتی مشکل ساز و پرهزینه، استحکام دگرگون کننده را ارائه می کند. به طور خاص، افزودن اسکاندیم می تواند قدرت تسلیم را در سری 5000 بین 300 مگاپاسکال و 450 مگاپاسکال، بسته به مقدار اضافه، افزایش دهد، در حالی که ارقام کشیدگی (شکل پذیری) 12-15 را حفظ می کند.

A: ترکیب شیمیایی آلیاژ اصلی آلومینیوم-اسکاندیم 2٪ اسکاندیم و تعادل 99.7٪ آلومینیوم است. آلیاژ اصلی برای افزودن اسکاندیم به آلیاژهای حاوی Al-Mg-Zr که به صورت ورق و صفحه استفاده می شود استفاده می شود. این ورق ها و صفحات عمدتاً توسط سازندگان هواپیما استفاده می شود.

پاسخ: اسکاندیم عنصری غیر سمی در نظر گرفته می‌شود و آزمایش‌های کمی روی حیوانات روی ترکیبات اسکاندیم انجام شده است. سطح نیمه دوز کشنده (LD50) برای کلرید اسکاندیم (III) برای موش 4 میلی گرم بر کیلوگرم برای تزریق داخل صفاقی و 755 میلی گرم بر کیلوگرم برای تجویز خوراکی تعیین شده است.

پاسخ: کاربردهای عمده اسکاندیم به عنوان یک افزودنی آلیاژی به آلیاژهای مبتنی بر آلومینیوم برای کالاهای ورزشی و در لامپ های متال هالید با شدت بالا است.

پاسخ: دو راه متداول برای استخراج اسکاندیم وجود دارد.

• راه اول استخراج آن به عنوان محصول جانبی باطله آسیاب اورانیوم است.
• روش دومی که از طریق آن می توان اسکاندیم تهیه کرد زمانی است که کلریدهای اسکاندیم مذاب، لیتیوم و پتاسیم با استفاده از الکترودهای روی مذاب و سیم تنگستن الکترولیز می شوند.

پاسخ: عنصر اسکاندیم دارای خواص گسترده ای است و موارد استفاده از آن مورد بحث قرار گرفته است. برخی از خواص بسیار قابل تشخیص از سایر عناصر است و هدف و کاربردهای مختلف عنصر اسکاندیم را مشخص می کند. تحقیقات بیشتری در این زمینه برای کشف ویژگی ها و کاربردهای اخیر اسکاندیم در حال انجام است.

چند ویژگی مهم اسکاندیم این است که عدد جرمی این عنصر 44.96 u است. اسکاندیم متعلق به گروه 3، دوره 4 و بلوک d جدول تناوبی است. ساختار اتمی اسکاندیم از 21 پروتون و 24 نوترون تشکیل شده است. اسکاندیم همچنین خواص الکترونگاتیوی را به عنوان یک فلز نشان می دهد. الکترونگاتیوی اسکاندیم نسبتاً بالاست، یعنی 1.36.

اسکاندیم معمولاً روی زمین در حالت اکسیداسیون +3 یافت می‌شود. عنصر اسکاندیم زمانی که در حالت اکسیداسیون قرار دارد، شباهت زیادی به سایر فلزات کمیاب روی زمین دارد. به دلیل شعاع یونی بسیار کوچک آن، برخی از رفتار و ویژگی های اسکاندیم نسبت به دیگر عناصر زمین نادر است. به همین دلیل، عنصر اسکاندیم در شکل یونی خود یک اسید نسبتاً قوی است و همچنین تمایل بیشتری به ایجاد رنگ چهره دارد.

پاسخ: اسکاندیم یکی از عناصر شیمیایی است، همچنین فلز کمیابی است که در زمین یافت می شود. در سال 1871، دیمیتری ایوانوویچ مندلیف، شیمیدان روسی، وجود این عنصر را پیش بینی کرد. سپس توسط لارس فردریک نیلسون در سال 1879 کشف شد. با نماد "S" نشان داده شده است. در جدول تناوبی، عدد اتمی اسکاندیم 21 است. از طرف دیگر، وزن اتمی آن 44.965 گرم بر مول است. روی زمین، اسکاندیم یا "Sc" معمولا در اسکانداناوی یافت می شود. در بسیاری از گونه های معدنی موجود بر روی زمین به صورت مقادیر بسیار اندک رخ می دهد. چندین ویژگی و همچنین کاربردهای عنصر اسکاندیم وجود دارد.

اسکاندیم نیز به دلیل کمیاب بودن و تولید محدود یکی از عناصر گران قیمت است. قیمت اسکاندیم خالص می تواند تقریباً 7000 دلار به ازای هر کیلوگرم باشد حتی بیشتر از آن. اسکاندیم از فراوانی کیهانی بالایی نیز برخوردار است. همچنین، بیست و سومین (بیست و سومین) عنصر فراوان در خورشید است.

این عنصری است که غیر سمی در نظر گرفته می شود. اگرچه، تحقیقات گسترده زیادی از نظر مسائل بهداشتی و ایمنی در مورد اسکاندیم وجود ندارد. اسکاندیم کلرید ترکیبی است که می تواند دوز کشنده داشته باشد. بنابراین، این ترکیب و سایر ترکیبات اسکاندیم باید با احتیاط مورد استفاده قرار گیرند زیرا می توان آنها را برای سمیت متوسط ​​در نظر گرفت.

الف: اثرات اسکاندیم بر محیط زیست:

اسکاندیم در بسیاری از نقاط مختلف، عمدتاً توسط صنایع تولید بنزین، در محیط ریخته می شود. همچنین در صورت دور ریختن وسایل خانگی می تواند وارد محیط شود. اسکاندیم به تدریج در خاک ها و خاک های آبی تجمع می یابد و این در نهایت منجر به افزایش غلظت در انسان، حیوانات و ذرات خاک می شود.

اسکاندیم با حیوانات آب باعث آسیب به غشای سلولی می شود که تأثیرات منفی متعددی بر تولید مثل و عملکرد سیستم عصبی دارد.

الف: اثرات اسکاندیم بر سلامتی:

اسکاندیم هیچ نقش بیولوژیکی ندارد. فقط مقادیر کمی به زنجیره غذایی می رسد، بنابراین میانگین مصرف روزانه افراد کمتر از 0.1 میکروگرم است.

اسکادیوم سمی نیست، اگرچه پیشنهاداتی مبنی بر سرطان زا بودن برخی از ترکیبات آن وجود دارد.

اسکاندیم بیشتر در محیط کار خطرناک است، زیرا رطوبت ها و گازها با هوا قابل استنشاق هستند. این می تواند باعث آمبولی ریه شود، به ویژه در هنگام قرار گرفتن در معرض طولانی مدت. اسکاندیم زمانی که در بدن انسان انباشته می شود می تواند تهدیدی برای کبد باشد.

پاسخ: اسکاندیم به صورت پراکنده توزیع می شود و در بسیاری از مواد معدنی به مقدار کمی وجود دارد. مواد معدنی کمیاب از اسکاندیناوی و ماداگاسکار مانند تورتویتیت، یوکسنیت و گادولینیت تنها منابع غلیظ شناخته شده این عنصر هستند. تورتویتیت می تواند تا 45 درصد اسکاندیم به شکل اکسید اسکاندیم داشته باشد.

پاسخ: اسکاندیم{0}} یک ایزوتوپ پزشکی امیدوارکننده برای تصویربرداری توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) است. PET به پزشکان اجازه می دهد تا فعالیت سلول های بدن را برای کمک به شناسایی سرطان، بیماری قلبی و سایر شرایط اندازه گیری کنند. اسکاندیم{1}} را می توان از طریق واپاشی رادیواکتیو تیتانیوم-44 تولید کرد. از آنجایی که بسیار کندتر از اسکاندیم-44 تجزیه می‌شود، همان دسته تیتانیوم-44 می‌تواند به اندازه کافی اسکاندیم-44 برای چندین سال اسکن PET تولید کند. چالش جداسازی قابل اعتماد اسکاندیم-44 از تیتانیوم-44 در بیمارستان ها است. اکنون محققان راه حل جدیدی دارند. آنها از یک مولکول آلی به نام هیدروکسامات برای تثبیت تیتانیوم-44 روی رزین استفاده کردند. سپس مایعی را که برای حذف فقط اسکاندیم طراحی شده بود از رزین عبور دادند. این فرآیند می‌تواند تکرار شود زیرا هر روز اسکاندیم{10}} بیشتری تولید می‌شود.

پاسخ: اسکاندیم را می توان در تعدادی از مواد غذایی مانند کره، فندق معمولی، نارگیل و بادام هندی یافت که اسکاندیم را به یک نشانگر زیستی بالقوه برای مصرف این محصولات غذایی تبدیل می کند.

پاسخ: از طریق یک فرآیند میکروآلیاژی، اسکاندیم می تواند به افزایش استحکام و جوش پذیری بدنه آلومینیومی کمک کند و در عین حال صرفه جویی قابل توجهی در سوخت برای اپراتورهای خطوط هوایی ایجاد کند. آلیاژهای آلومینیوم-اسکاندیم پتانسیل کاهش هزینه های مستقیم تولید و به حداکثر رساندن ظرفیت تولید و تعمیر را دارند.

A: اسکاندیم در آلیاژهای آلومینیوم-اسکاندیم برای اجزای صنعت هوافضا و برای تجهیزات ورزشی مانند قاب دوچرخه، میله ماهیگیری، شفت آهن گلف و چوب بیسبال استفاده می شود. یدید اسکاندیم در لامپ های بخار جیوه استفاده می شود که برای تکثیر نور خورشید در استودیوهای صنعت فیلم و تلویزیون استفاده می شود.

A: در اینجا برخی از پیشرفت های بالقوه آینده در آلیاژ اسکاندیم آورده شده است:

● چاپ سه بعدی

پودرهای آلیاژی Sc-Al را می توان برای چاپ سه بعدی سازه های فلزی پیچیده استفاده کرد.

● دفاع

آلیاژهای اسکاندیم-آلومینیوم می توانند جایگزین زره فولادی با استحکام بالا در سکوهای نظامی و آلیاژهای تیتانیوم درجه هوافضا در جت های جنگنده شوند.

● سبک وزن

آلیاژهای اسکاندیم می توانند وزن وسایل نقلیه را کاهش دهند که می تواند باعث بهبود مصرف سوخت شود.

● پیل های سوختی اکسید جامد

اسکاندیم می تواند در پیل های سوختی اکسید جامد برای کاربردهای کاربردی و مقیاس تجاری استفاده شود.

پاسخ: بله، اسکاندیم را می توان با فلزات دیگر آلیاژ کرد تا آلیاژهای اسکاندیم را تشکیل دهد. متداول ترین آلیاژ، آلیاژ آلومینیوم-اسکاندیم است که اغلب به عنوان "آلیاژ اسکاندیم-آلومینیوم" یا به سادگی "آلیاژ اسکاندیم" نامیده می شود. این آلیاژ معمولاً حاوی درصد کمی از اسکاندیم است که اغلب در محدوده 0.1٪ تا 0.5٪ است. افزودن اسکاندیم به آلومینیوم می تواند خواص خاصی از آلیاژ را افزایش دهد.

پاسخ: اسکاندیم می تواند به طور قابل توجهی بر ساختار و خواص آلیاژهای آلومینیوم تأثیر بگذارد. اسکاندیم می تواند:

● بهبود قدرت

اسکاندیم می تواند آلومینیوم را به سه طریق تقویت کند:

● جوش پذیری را بهبود بخشید

اسکاندیم می تواند ترک خوردگی داغ در جوش را کاهش دهد و استحکام در جوش را افزایش دهد.

● بهبود مقاومت در برابر خوردگی

اسکاندیم می تواند شکل پذیری مواد را بهبود بخشد یا تثبیت کند.

● رفتار خستگی را بهبود بخشید

اسکاندیم می تواند آلیاژهای فوق پلاستیکی ایجاد کند که می توانند با نرخ کرنش تا 10-2 s-1 تشکیل شوند.

پاسخ: بله، آلیاژهای اسکاندیم کاملاً قابل بازیافت هستند. آنها را می توان با آلیاژهای دیگر بدون آلودگی جریان های بازیافت ترکیب کرد. با این حال، ممکن است جداسازی آنها بر اساس ارزش مقرون به صرفه تر باشد.