Scandio, con símbolo elemental Sc y número atómico 21, es fácilmente soluble en agua, puede interactuar con agua caliente y se oscurece fácilmente en el aire. Su valencia principal es +3. Se mezcla frecuentemente con gadolinio, erbio y otros elementos, con un bajo rendimiento y un contenido aproximado del 0,0005 % en la corteza. El escandio se utiliza a menudo para fabricar vidrios especiales y aleaciones ligeras de alta temperatura.
En la actualidad, las reservas comprobadas de escandio en el mundo son de tan solo 2 millones de toneladas, de las cuales entre el 90 % y el 95 % se encuentran en bauxita, fosforita y menas de hierro y titanio, y una pequeña parte en uranio, torio, tungsteno y tierras raras, distribuidas principalmente en Rusia, China, Tayikistán, Madagascar, Noruega y otros países. China es muy rica en recursos de escandio, con enormes reservas minerales relacionadas con el escandio. Según estadísticas incompletas, las reservas de escandio en China son de aproximadamente 600 000 toneladas, que se encuentran en depósitos de bauxita y fosforita, depósitos de tungsteno de vetas de pórfido y cuarzo en el sur de China, depósitos de tierras raras en el sur de China, el depósito de mineral de hierro de tierras raras de Bayan Obo en Mongolia Interior y el depósito de magnetita de titanio y vanadio de Panzhihua en Sichuan.
Debido a la escasez de escandio, su precio también es muy alto, y en su punto álgido, llegó a ser diez veces superior al del oro. Aunque su precio ha bajado, ¡sigue siendo cuatro veces superior al del oro!
Descubriendo la Historia
En 1869, Mendeléyev observó una diferencia en la masa atómica entre el calcio (40) y el titanio (48), y predijo que también existía un elemento de masa atómica intermedia no descubierto. Predijo que su óxido es X₂O₅. El escandio fue descubierto en 1879 por Lars Frederik Nilson, de la Universidad de Uppsala (Suecia). Lo extrajo de la mina de oro negro, un mineral complejo que contiene ocho tipos de óxidos metálicos. Ha extraídoÓxido de erbio (III)de mineral de oro negro raro, y obtenidoÓxido de iterbio (III)De este óxido, se obtiene otro óxido de un elemento más ligero, cuyo espectro muestra que es un metal desconocido. Este es el metal predicho por Mendeléyev, cuyo óxido esSc₂O₃El propio metal escandio se produjo a partir decloruro de escandiopor fusión electrolítica en 1937.
Mendeléyev
Configuración electrónica
Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
El escandio es un metal de transición blando, de color blanco plateado, con un punto de fusión de 1541 ℃ y un punto de ebullición de 2831 ℃.
Durante un período de tiempo considerable después de su descubrimiento, el uso del escandio no se demostró debido a su dificultad en la producción. Con la creciente mejora de los métodos de separación de elementos de tierras raras, ahora existe un flujo de proceso maduro para purificar compuestos de escandio. Debido a que el escandio es menos alcalino que el itrio y el lantánido, el hidróxido es el más débil, por lo que el mineral mixto de elementos de tierras raras que contiene escandio se separará del elemento de tierras raras mediante el método de "precipitación escalonada" cuando el hidróxido de escandio (III) se trata con amoníaco después de ser transferido a la solución. El otro método es separar el nitrato de escandio por descomposición polar del nitrato. Debido a que el nitrato de escandio es el más fácil de descomponer, el escandio se puede separar. Además, la recuperación integral del escandio acompañante de uranio, torio, tungsteno, estaño y otros depósitos minerales también es una fuente importante de escandio.
Tras obtener un compuesto de escandio puro, este se convierte en ScCl₃ y se funde con KCl y LiCl. El zinc fundido se utiliza como cátodo para la electrólisis, lo que provoca la precipitación del escandio sobre el electrodo de zinc. Posteriormente, el zinc se evapora para obtener escandio metálico. Este es un metal blanco plateado ligero con propiedades químicas muy activas, que puede reaccionar con agua caliente para generar gas hidrógeno. Por lo tanto, el escandio metálico que se ve en la imagen se sella en una botella y se protege con gas argón; de lo contrario, el escandio formará rápidamente una capa de óxido de color amarillo oscuro o gris, perdiendo su brillo metálico.
Aplicaciones
Industria de la iluminación
Los usos del escandio se concentran en direcciones muy brillantes, y no es una exageración llamarlo el Hijo de la Luz. La primera arma mágica del escandio se llama lámpara de escandio sodio, que puede usarse para iluminar miles de hogares. Esta es una luz eléctrica de haluro metálico: la bombilla se llena con yoduro de sodio y triyoduro de escandio, y se agregan láminas de escandio y sodio al mismo tiempo. Durante la descarga de alto voltaje, los iones de escandio y los iones de sodio emiten respectivamente luz de sus longitudes de onda de emisión características. Las líneas espectrales del sodio son 589,0 y 589,6 nm, dos famosas luces amarillas, mientras que las líneas espectrales del escandio son 361,3~424,7 nm, una serie de emisiones de luz ultravioleta cercana y azul. Debido a que se complementan entre sí, el color de luz general producido es luz blanca. Precisamente por sus características de alta eficiencia luminosa, excelente color de luz, ahorro de energía, larga vida útil y gran capacidad antivaho, las lámparas de escandio sodio se utilizan ampliamente en cámaras de televisión, plazas, estadios deportivos y alumbrado público, y se las conoce como fuentes de luz de tercera generación. En China, este tipo de lámpara se está promoviendo gradualmente como una nueva tecnología, mientras que en algunos países desarrollados se generalizó su uso a principios de la década de 1980.
La segunda arma mágica del escandio son las células solares fotovoltaicas, capaces de captar la luz dispersada en el suelo y convertirla en electricidad para impulsar la sociedad humana. El escandio es el mejor metal de barrera en células solares de silicio, semiconductores y células solares.
Su tercera arma mágica se llama fuente de rayos γ A. Esta arma mágica puede brillar intensamente por sí sola, pero este tipo de luz no puede ser percibida a simple vista, ya que se trata de un flujo de fotones de alta energía. Normalmente extraemos 45Sc de minerales, que es el único isótopo natural del escandio. Cada núcleo de 45Sc contiene 21 protones y 24 neutrones. El 46Sc, un isótopo radiactivo artificial, puede utilizarse como fuente de radiación γ o como átomo trazador, y también puede emplearse en radioterapia de tumores malignos. También existen aplicaciones como el láser de granate de itrio, galio y escandio.fluoruro de escandioFibra óptica infrarroja de vidrio y tubo de rayos catódicos recubierto de escandio en televisión. Parece que el escandio es inherentemente brillante.
Industria de aleación
El escandio en su forma elemental se ha utilizado ampliamente para dopar aleaciones de aluminio. Al añadir unas pocas milésimas de escandio al aluminio, se forma una nueva fase de Al₃Sc, que desempeña un papel metamórfico en la aleación de aluminio y modifica significativamente su estructura y propiedades. Añadir entre un 0,2 % y un 0,4 % de Sc (similar a la proporción de sal que se añade a las verduras salteadas en casa, solo se necesita una pequeña cantidad) puede aumentar la temperatura de recristalización de la aleación entre 150 y 200 °C y mejorar significativamente la resistencia a altas temperaturas, la estabilidad estructural, el rendimiento de la soldadura y la resistencia a la corrosión. Además, puede evitar la fragilización, un fenómeno frecuente durante el trabajo prolongado a altas temperaturas. Las aleaciones de aluminio de alta resistencia y alta tenacidad, las nuevas aleaciones de aluminio soldables resistentes a la corrosión de alta resistencia, las nuevas aleaciones de aluminio de alta temperatura, las aleaciones de aluminio resistentes a la irradiación de neutrones de alta resistencia, etc., tienen perspectivas de desarrollo muy atractivas en la industria aeroespacial, la aviación, los barcos, los reactores nucleares, los vehículos ligeros y los trenes de alta velocidad.
El escandio también es un excelente modificador del hierro, y una pequeña cantidad puede mejorar significativamente la resistencia y dureza del hierro fundido. Además, se puede utilizar como aditivo para aleaciones de tungsteno y cromo de alta temperatura. Por supuesto, además de su uso en la confección de trajes de boda, el escandio tiene un punto de fusión alto y una densidad similar a la del aluminio, y también se utiliza en aleaciones ligeras de alto punto de fusión, como las de titanio y magnesio. Sin embargo, debido a su elevado precio, generalmente solo se utiliza en industrias manufactureras de alta gama, como la de transbordadores espaciales y cohetes.
Material cerámico
El escandio, una sustancia única, se utiliza generalmente en aleaciones, y sus óxidos desempeñan un papel importante en los materiales cerámicos de forma similar. El material cerámico de zirconio tetragonal, que puede emplearse como material de electrodo para celdas de combustible de óxido sólido, posee una propiedad única: la conductividad de este electrolito aumenta con el aumento de la temperatura y la concentración de oxígeno en el ambiente. Sin embargo, la estructura cristalina de este material cerámico no puede ser estable y carece de valor industrial; es necesario doparlo con sustancias que fijen esta estructura para mantener sus propiedades originales. La adición de óxido de escandio entre un 6 % y un 10 % actúa como una estructura de hormigón, permitiendo que el zirconio se estabilice en una red cuadrada.
También existen materiales cerámicos de ingeniería como el nitruro de silicio de alta resistencia y resistente a altas temperaturas como densificadores y estabilizadores.
Como densificador,óxido de escandioPuede formar una fase refractaria Sc₂Si₂O₃ en el borde de las partículas finas, reduciendo así la deformación a alta temperatura de las cerámicas de ingeniería. En comparación con otros óxidos, puede mejorar las propiedades mecánicas a alta temperatura del nitruro de silicio.
Química catalítica
En ingeniería química, el escandio se utiliza a menudo como catalizador, mientras que el Sc₂O₃ puede emplearse para la deshidratación y desoxidación de etanol o isopropanol, la descomposición de ácido acético y la producción de etileno a partir de CO y H₂. El catalizador de PtAl que contiene Sc₂O₃ también es un catalizador importante para los procesos de hidrogenación, purificación y refinación de petróleo pesado en la industria petroquímica. En reacciones de craqueo catalítico, como la del cumeno, la actividad del catalizador de zeolita Sc-Y es 1000 veces superior a la del catalizador de silicato de aluminio. En comparación con algunos catalizadores tradicionales, las perspectivas de desarrollo de los catalizadores de escandio son muy prometedoras.
Industria de la energía nuclear
La adición de una pequeña cantidad de Sc2O3 al UO2 en el combustible nuclear del reactor de alta temperatura puede evitar la transformación reticular, el aumento de volumen y el agrietamiento causados por la conversión de UO2 a U3O8.
Pila de combustible
De manera similar, agregar entre un 2,5% y un 25% de escandio a las baterías alcalinas de níquel aumentará su vida útil.
cría agrícola
En agricultura, semillas como las de maíz, remolacha, guisantes, trigo y girasol pueden tratarse con sulfato de escandio (la concentración suele ser de 10⁻ ...
Desde que Nielsen prestó atención a la deuda de datos de masa atómica hasta la actualidad, el escandio ha estado presente en la mente de la gente durante solo cien o veinte años, pero casi ha permanecido en el olvido durante cien años. No fue hasta el vigoroso desarrollo de la ciencia de los materiales a finales del siglo pasado que le infundió vitalidad. Hoy en día, los elementos de tierras raras, incluido el escandio, se han convertido en estrellas clave en la ciencia de los materiales, desempeñando funciones en constante evolución en miles de sistemas, aportando mayor comodidad a nuestras vidas cada día y creando un valor económico aún más difícil de medir.
Hora de publicación: 29 de junio de 2023