GaPs.ir - Geology and Petroleum Science - اسکاندیم

اسکاندیم ( Scandium ) : 

نمايي از عنصر اسکانديم

اسکاندیم فلزی نرم به رنگ سفید- نقره ای است که به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ، کمیاب بودن و سختی استخراج آن ، گاهی به عنوان یکی از فلزات نادر در نظر گرفته می شود . این عنصر در سال 1879 توسط Lars Nilson دانشمند سوئدی کشف گردید . در دمای معمولی به صورت ساختار هگزاگونال متبلور می شود . این عنصر در بسیاری از سنگ های عناصر کمیاب و کانی های تنگستن و اورانیم یافت می شود. 

این عنصر در سال 1878 از کانیهای euxenite و gadolinite توسط نیلسون به دست آمد. از فرآوری 10 کیلوگرم کانی euxenite و ته نشینی عناصر کمیاب نیسلون توانست 2 گرم اکسید اسکاندیم عیار بالا به دست آورد. 
اسکاندیم در خورشید و ستاره ها بیست وسومین عنصر از نظر فراوانی است و در پوسته زمین پنجاهمین عنصر از نظر فراوانی می باشد. این عنصر به صورت گسترده در زمین پراکنده شده است که در بیش از 800 نوع کانی وجود دارد. زمانی بریل به رنگ آبی متمایل باشد علت آن عنصر اسکاندیم می باشد . این عنصر جز اصلی تشکیل دهنده کانی کمیاب thortveitite است که این کانی در کشورهای اسکاندیناوی و ماداگاسکار وجود دارد. همچنین این عنصر به عنوان بازمانده در فرایند استخراج تنگستن به وجود می آید و به فرمهای زینوالد، ولفرامیت و ویکیت و بازیت می باشد. 
بیشترین میزان اسکاندیم به دست آمده از کانی تورتویتیت است و یا از فراوری کارخانه اورانیوم تولید می شود. اسکندیم فلزی اولین بار در سال 1937 توسط سه دانشمند از الکترولیز ذوب یوتکتیکی عناصر پتاسیم و لیتیم و کلرید اسکاندیم در دمای 700 تا 800 درجه سانتی گراد به دست آمد. اسکاندیم با خلوص بالا امروزه از واکنش فلورید اسکاندیم با فلز کلسیم به دست می آید. 
اسکاندیم فلزی به رنگ سفید تا نقره ای است که ممکن است زمانی که در معرض هوا قرار می گیرد رنگ آن به زرد کمرنگ یا بنفش تغییر پیدا کند. این عنصر نسبتاً نرم است و شبیه ایتریم و فلزات کمیاب در پوسته زمین مثل تیتانیم و آلومینیم می باشد. این عنصر فلزی سبک وزن و دارای نقطه ذوب بالا تر آلومینیم است که برای ساخت بدنه هواپیماها نیز استفاده می شود. قیمت اکسید اسکانیدم حدود 75 دلار در گرم است.
حدود 20 گرم از اکسید اسکاندیم سالیانه در کشور آمریکا برای استفاده نور شدت بالا استفاده می شود. ایزوتوپ رادیواکتیو عنصر اسکاندیم 46 برای ردیابی در پالایشگاههای نفت و گاز استفاده می شود. از ترکیب یدید اسکاندیم و بخارجیوه برای تولید روشنایی لامپهای خیلی درخشان مثل نور خورشید استفاده می شود. که از این لامپها برای استفاده های خانگی و لامپ رنگ تلویزیون در شب استفاده می شود. 
اسکانیدم فلزسمی است بنابراین برای استفاده دستی از آن باید دقت لازم را به عمل آورد. 

ساختار بلوري عنصر اسکانديم

اثرات اسکانديم بر سلامتي انسان 
اسکانديم يکي از کمياب ترين مواد شيميايي است که در وسايل خانه مانند رنگ تلويزيون، لامپهاي فلورسانس، لامپهاي کم مصرف و شيشه ها به کار ميرود. کليه عناصر شيميايي کمياب داراي خصوصيات مشابه هستند. 
اسکانديم به ندرت در طبيعت يافت ميشود و اگر هم در طبيعت پيدا شود، مقدار بسيار اندک است. اسکانديم در دو نوع کانسنگ متفاوت يافت ميشود. در حال حاضر استفاده از اسکانديم در حال گسترش است. از اسکانديم به عنوان کاتاليزور و جلادهنده شيشه استفاده ميشود. 
اسکانديم در محيطهاي کاري بسيار خطرناک است. رطوبت و گاز حاصل از اسکانديم با هوا قابل تنفس است. تنفس گاز اسکانديم براي مدت زمان زياد سبب انسداد ريه ها ميشود. اگر اسکانديم در بدن انسان تجمع پيدا کند، به کبد آسيب ميرساند. 

تاثيرات زيست محيطي اسکانديم 
اسکانديم در محيطهاي زيادي قرار دارد، به خصوص اسکانديم در صنايع توليد نفت مورد استفاده قرار ميگيرد. اسکانديم در هنگام استفاده از وسايل خانگي نيز وارد هوا ميشود. مقدار اسکانديم به تدريج در خاک و آبهايي که از خاک عبور ميکنند، تجمع مي يابد و در نهايت باعث افزايش مقدار اسکانديم در بدن انسان، جانوران و ذرات خاک ميشود. 
در جانوران آبزي اسکانديم باعث آسيب به غشاي سلول ميشود. آسيب غشا سلول اثرات منفي بر سيستم عصبي دارد. 

عنصر اسکانديم در طبيعت

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر اسکاندیم : 
عدد اتمی: 21 
جرم اتمی: 44.95591 
نقطه ذوب :C°1541
نقطه جوش : C°2831 
شعاع اتمی: Å 2.09
ظرفیت: 3
رنگ: سفید نقره ای
حالت استاندارد: جامد 
نام گروه: 3
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 654
شکل الکترونی: 1s2 2s2p6 3s2p6d1 4s2
شعاع یونی : Å 0.745
الکترونگاتیوی: 1.36
حالت اکسیداسیون: 3
دانسیته: 2.99
گرمای فروپاشی: Kj/mol 14.1
گرمای تبخیر : Kj/mol 314.2
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.00000055 
گرمای ویژه: J/g Ko 0.6
دوره تناوبی:4

شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 9
چهارمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر 
Sc-44 3.92 ساعت
Sc-45 پایدار
Sc-46 83.81 روز
Sc-46m 18.72 ثانیه
Sc-47 3.34 روز
Sc-48 43.67 ساعت 
Sc-49 57.3 دقیقه 

اشکال دیگر :
تری اکسید اسکاندیم Sc2O3
تری هیدرید اسکاندیم ScH3 و دی هیدرید اسکاندیم ScH2 
تری کلرید اسکاندیم ScCl3

منابع : کانی تورتویتیت و ویکی ، فراورده های استخراج شده از اورانیوم
کاربرد : به عنوان ردیاب شکافها ، عامل سبز شدن دانه ها و قابل استفاده در صنعت فضا 

روش شناسایی: 

ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
ES:Emission Spectrography
NA:Neutron Activation Analysis