سكانديوم

ج: يوفر سكانديوم قوة تحويلية دون الحاجة إلى معالجات حرارية مكلفة ومكلفة. على وجه التحديد، يمكن لإضافات السكانديوم أن تزيد من قوة الخضوع في سلسلة 5000 إلى ما بين 300 ميجا باسكال و450 ميجا باسكال، اعتمادًا على كمية الإضافة، مع الحفاظ على أرقام الاستطالة (الليونة) البالغة 12-15.

ج: التركيب الكيميائي لسبيكة الألومنيوم والسكانديوم الرئيسية هو 2% سكانديوم والتوازن هو 99.7% ألومنيوم. يتم استخدام السبيكة الرئيسية لإضافة سكانديوم إلى السبائك التي تحتوي على Al-Mg-Zr، والتي تستخدم على شكل صفائح وألواح. يتم استخدام هذه الصفائح والألواح بشكل رئيسي من قبل شركات تصنيع الطائرات.

ج: يعتبر عنصر السكانديوم غير سام، ولم يتم إجراء سوى القليل من الاختبارات على الحيوانات لمركبات السكانديوم. تم تحديد مستويات الجرعة نصف المميتة (LD50) لكلوريد السكانديوم (III) للفئران على أنها 4 ملغم / كغم داخل الصفاق، و 755 ملغم / كغم للإعطاء عن طريق الفم.

ج: الاستخدامات الرئيسية للسكانديوم هي كمادة مضافة للسبائك القائمة على الألومنيوم للسلع الرياضية وفي مصابيح الهاليد المعدنية عالية الكثافة.

ج: هناك طريقتان شائعتان يمكن من خلالهما استخراج السكانديوم.

• الطريقة الأولى هي استخراجه كمنتج ثانوي لمخلفات مطحنة اليورانيوم.
• الطريقة الثانية التي يمكن من خلالها تحضير السكانديوم هي تحليل كلوريدات السكانديوم المنصهرة والليثيوم والبوتاسيوم كهربائيًا باستخدام أقطاب كهربائية من الزنك المنصهر وسلك التنغستن.

ج: إن عنصر الإسكنديوم له خصائص واسعة وقد تمت مناقشة استخداماته. يمكن تمييز بعض الخصائص بشكل كبير عن العناصر الأخرى، كما أنها تحدد الأغراض والتطبيقات المختلفة لعنصر السكانديوم. يتم إجراء المزيد من الأبحاث في هذا المجال لاكتشاف الميزات والتطبيقات الحديثة للسكانديوم.

بعض الخصائص المهمة للسكانديوم هي أن العدد الكتلي لهذا العنصر هو 44.96 ش. ينتمي سكانديوم إلى المجموعة 3، الفترة 4، وكتلة د من الجدول الدوري. يتكون التركيب الذري للسكانديوم من 21 بروتونًا و 24 نيوترونًا. يعرض سكانديوم أيضًا خصائص السالبية الكهربية لأنه معدن. السالبية الكهربية للاسكنديوم عالية نسبيًا، أي 1.36.

يوجد السكانديوم بشكل شائع على الأرض في حالة الأكسدة +3. يحمل عنصر السكانديوم، عندما يكون في حالة الأكسدة، تشابهًا وثيقًا مع المعادن النادرة الأخرى الموجودة على الأرض. نظرًا لصغر نصف قطرها الأيوني بشكل كبير، فإن بعض سلوك وخصائص السكانديوم نادرة من العناصر الأرضية الأخرى. وللسبب نفسه، يعتبر عنصر السكانديوم، في شكله الأيوني، حمضًا قويًا نسبيًا وله أيضًا ميل أكبر لتكوين البشرة.

ج: السكانديوم هو أحد العناصر الكيميائية، وهو أيضاً من المعادن النادرة الموجودة على الأرض. وفي عام 1871، تنبأ الكيميائي الروسي دميتري إيفانوفيتش مندلييف بوجود هذا العنصر. ثم اكتشفها لاحقًا لارس فريدريك نيلسون عام 1879. ويرمز لها بالرمز "S". في الجدول الدوري، العدد الذري للسكانديوم هو 21. أما الوزن الذري، من ناحية أخرى، فهو 44.965 جم/مول. على الأرض، يوجد سكانديوم أو "Sc" بشكل شائع في الدول الاسكندنافية. ويحدث بكميات ضئيلة في العديد من الأنواع المعدنية الموجودة على الأرض. هناك العديد من خصائص واستخدامات عنصر السكانديوم.

كما يعد الإسكنديوم من العناصر الباهظة الثمن بسبب ندرته ومحدودية إنتاجه. يمكن أن يصل سعر السكانديوم النقي إلى حوالي 7000 دولار للكيلوغرام الواحد أو أكثر من ذلك. يتمتع سكانديوم بوفرة كونية عالية أيضًا. كما أنه العنصر الثالث والعشرون (23) الأكثر وفرة في الشمس.

وهو عنصر يعتبر غير سام. على الرغم من عدم وجود الكثير من الأبحاث المكثفة فيما يتعلق بقضايا الصحة والسلامة المتعلقة بالسكانديوم. كلوريد سكانديوم هو مركب يمكن أن يكون بجرعة مميتة. لذلك، يجب التعامل مع هذا المركب ومركبات السكانديوم الأخرى بحذر حيث يمكن اعتبارها سمية معتدلة.

ج: تأثيرات السكانديوم على البيئة:

يتم التخلص من السكانديوم في البيئة في العديد من الأماكن المختلفة، وذلك بشكل رئيسي عن طريق الصناعات المنتجة للبنزين. ويمكنه أيضًا دخول البيئة عند التخلص من المعدات المنزلية. سوف يتراكم السكانديوم تدريجياً في التربة والتربة المائية وهذا سيؤدي في النهاية إلى زيادة التركيزات في البشر والحيوانات وجزيئات التربة.

مع الحيوانات المائية يتسبب السكانديوم في تلف أغشية الخلايا، مما له عدة تأثيرات سلبية على الإنجاب وعلى وظائف الجهاز العصبي.

ج: الآثار الصحية للاسكنديوم:

سكانديوم ليس له دور بيولوجي. تصل كميات ضئيلة فقط إلى السلسلة الغذائية، وبالتالي فإن متوسط ​​الاستهلاك اليومي للشخص أقل من 0.1 ميكروجرام.

السكاديوم ليس سامًا، على الرغم من وجود اقتراحات بأن بعض مركباته قد تكون مسببة للسرطان.

يعد السكانديوم خطيرًا في الغالب في بيئة العمل، نظرًا لإمكانية استنشاق الرطوبة والغازات مع الهواء. وهذا يمكن أن يسبب انسدادات رئوية، خاصة أثناء التعرض طويل الأمد. يمكن أن يشكل السكانديوم تهديدًا للكبد عندما يتراكم في جسم الإنسان.

ج: يتم توزيع السكانديوم بشكل ضئيل ويوجد بكميات ضئيلة في العديد من المعادن. المعادن النادرة من الدول الاسكندنافية ومدغشقر مثل الثوريتفيت والإوكسنيت والجادولينيت هي المصادر الوحيدة المعروفة المركزة لهذا العنصر. يمكن أن يحتوي الثوريتفيت على ما يصل إلى 45% من سكانديوم على شكل أكسيد سكانديوم.

ج: يعد سكانديوم-44 نظيرًا طبيًا واعدًا للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). يسمح التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) للأطباء بقياس نشاط الخلايا في الجسم للمساعدة في تحديد السرطان وأمراض القلب وغيرها من الحالات. يمكن إنتاج سكانديوم -44 من خلال التحلل الإشعاعي للتيتانيوم -44. نظرًا لأنه يتحلل بشكل أبطأ بكثير من سكانديوم-44، فإن نفس الدفعة من التيتانيوم-44 يمكن أن تنتج ما يكفي من سكانديوم-44 لسنوات عديدة من عمليات مسح PET. ويتمثل التحدي في فصل السكانديوم-44 بشكل موثوق عن التيتانيوم-44 في المستشفيات. الآن لدى الباحثين حل جديد. لقد استخدموا جزيء عضوي يسمى الهيدروكساميت لتثبيت التيتانيوم -44 على الراتنج. بعد ذلك، مرروا سائلًا مصممًا لإزالة السكانديوم فقط -44 من خلال الراتنج. يمكن تكرار هذه العملية حيث يتم إنتاج المزيد من السكانديوم-44 كل يوم.

ج: يمكن العثور على السكانديوم في عدد من المواد الغذائية مثل الجوز والبندق وجوز الهند والكاجو، مما يجعل السكانديوم علامة حيوية محتملة لاستهلاك هذه المنتجات الغذائية.

ج: من خلال عملية السبائك الدقيقة، يمكن أن يساعد السكانديوم في زيادة قوة وقابلية اللحام لهيكل الطائرة المصنوع من الألومنيوم مع تحقيق توفير كبير في استهلاك الوقود لمشغلي الخطوط الجوية. تتمتع سبائك الألومنيوم والسكانديوم بالقدرة على خفض تكاليف التصنيع المباشرة وزيادة القدرة على التصنيع والإصلاح.

ج: يُستخدم السكانديوم في سبائك الألومنيوم والسكانديوم لمكونات صناعة الطيران وللمعدات الرياضية مثل إطارات الدراجات، وقضبان الصيد، وأعمدة حديد الجولف، ومضارب البيسبول. ويستخدم يوديد سكانديوم في مصابيح بخار الزئبق، والتي تستخدم لتكرار ضوء الشمس في استوديوهات صناعة السينما والتلفزيون.

ج: فيما يلي بعض التطورات المستقبلية المحتملة في سبائك السكانديوم:

● الطباعة ثلاثية الأبعاد

يمكن استخدام مساحيق سبائك Sc-Al لطباعة الهياكل المعدنية المعقدة ثلاثية الأبعاد.

● الدفاع

يمكن أن تحل سبائك الألومنيوم والإسكانديوم محل الدروع الفولاذية عالية القوة في المنصات العسكرية وسبائك التيتانيوم المستخدمة في مجال الطيران والفضاء في الطائرات المقاتلة.

● خفيف الوزن

يمكن لسبائك سكانديوم أن تقلل من وزن المركبات، مما قد يحسن الاقتصاد في استهلاك الوقود.

● خلايا وقود الأكسيد الصلب

يمكن استخدام سكانديوم في خلايا وقود الأكسيد الصلب لتطبيقات المرافق والتطبيقات التجارية.

ج: نعم، يمكن خلط سكانديوم مع معادن أخرى لتشكيل سبائك سكانديوم. السبائك الأكثر شيوعًا هي سبائك الألومنيوم والسكانديوم، والتي يشار إليها غالبًا باسم "سبائك الألومنيوم والسكانديوم" أو ببساطة "سبائك السكانديوم". تحتوي هذه السبيكة عادةً على نسبة صغيرة من السكانديوم، غالبًا في حدود 0.1% إلى 0.5%. يمكن أن تؤدي إضافة السكانديوم إلى الألومنيوم إلى تحسين خصائص معينة للسبائك.

ج: يمكن أن يؤثر السكانديوم بشكل كبير على بنية وخصائص سبائك الألومنيوم. سكانديوم يمكن:

● تحسين القوة

يستطيع سكانديوم تقوية الألومنيوم بثلاث طرق:

● تحسين قابلية اللحام

يمكن أن يقلل سكانديوم من التشققات الساخنة في اللحامات ويزيد من قوة اللحامات.

● تحسين مقاومة التآكل

يمكن أن يعمل سكانديوم على تحسين أو استقرار ليونة المادة.

● تحسين سلوك التعب

يمكن أن ينتج سكانديوم سبائك فائقة اللدونة يمكن أن تتشكل بمعدلات إجهاد تصل إلى 10−2 ثانية−1.

ج: نعم، سبائك سكانديوم قابلة لإعادة التدوير بالكامل. ويمكن دمجها مع سبائك أخرى دون تلويث تيارات إعادة التدوير. ومع ذلك، قد يكون فصلها على أساس القيمة أكثر اقتصادا.