相信我们大家对前20号元素已经了如指掌了,而在20号以外的元素中呢?我们一般都是只记得金银铜铁啊这样耳熟能详的元素。其实,就在我们的第21号元素的位置,第一过渡金属钪,一直在默默的为人类付出哦,并且还被人们称之为“光明之子”,一起来看下吧。
钪是什么?为什么被很少提到?
钪是排位最靠前的过渡金属,原子序数只有21,不过就发现而言,钪比他在元素周期表上面的左邻右舍都要晚,即使在稀土里面,钪的发现也不是较早的,其发现较晚的原因很简单,含量低,钪在地壳里的含量只有0.0005% ,也就相当于每一吨地壳物质里面有5克,比其他轻元素相比要低不少。
同样的,人们对钪的研究在工业革命后才开始进行,之前人们对钪没有太多了解的原因主要是因为它在自然界中的含量太少,况且当时的提纯条件并没那么好。直到如今,人们对钪才开始有了更多的研究和工业应用。
钪为什么被称作光明之子?
比较有趣的是,钪的用途都集中在很光明的方向,所以人们称他为“光明之子“。
钪可拿来制做钪钠灯,可拿来给千家万户带来光明。这是一种金属卤化物电光源:在灯泡中充入碘化钠和碘化钪,同时加入钪和钠箔,在高压放电时,钪离子和钠离子分别发出他们的特征发射波长的光,钠的谱线为589.0和589.6nm两条著名的黄色光线,而钪的谱线为361.3~424.7nm的一系列近紫外和蓝色光发射,因为互为补色,产生的总体光色就是白色光。正是由于钪钠灯具有发光效率高、光色好、节电、常规使用的寿命长和破雾能力强等特点,使其可大范围的使用在电视摄像和广场、体育馆、马路照明, 被称为第三代光源。
钪的还可拿来制作太阳能光电池,可以将撒落地面的光明收集起来,变成推动人类社会的电力。在金属-绝缘体-半导体硅光电池和太阳能电池中,钪是最好的阻挡金属。
钪同样可以做γ射线源,它自己就能大放光明,不过这种光亮我们肉眼接收不到,是高能的光子流。我们平常从矿物中提炼出来的是45Sc,这是钪的唯一一种天然同位素,每一个45Sc的原子核中有21个质子和24个中子。倘若我们像把猴子放到太上老君的炼丹炉中炼上七七四十九天一样将钪放在核反应堆中,让他吸收中子辐射,原子核中多一个中子的46Sc就诞生了。46Sc这种人工放射性同位素可以当作γ射线源或者示踪原子,还可拿来对恶性肿瘤进行放射治疗。
原来钪一直在为我们人类默默付出。
钪的用途有哪些?
单质形式的钪,已经被大量应用于铝合金的掺杂。在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相,对铝合金起变质作用,使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%~0.4%的Sc(这个比例也真的和家里炒菜放盐的比例差不多,只需要那么一点)可使合金的再结晶温度提高150~200℃,且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀和抗老化性能均明显提高,并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。
钪也是铁的优良改化剂,少量钪可显著提高铸铁的强度和硬度。另外,钪还可用作高温钨和铬合金的添加剂。
单质的钪一般应用于合金,而钪的氧化物也是物以类聚地在陶瓷材料上面起到了重要的作用。但是这种陶瓷材料的晶体结构本身不能稳定存在,不具有工业价值;必须要在其中掺杂一些能够将这种结构固定下来的物质才能够保持原有的性质。掺入6~10%的氧化钪就好像混凝土结构一样,让氧化锆能够稳定在四方形的晶格上。
还有像高强度,耐高温的工程陶瓷材料氮化硅做增密剂和稳定剂。
在化学化工中,钪常被作为催化剂使用,Sc2O3可用于乙醇或异丙醇脱水和脱氧、乙酸分解,由CO和H2制乙烯等等中。
在高温反应堆核燃料中UO2加入少量Sc2O3可避免因UO2向U3O8转化发生的晶格转变、体积增大和出现裂纹。
同样,在镍碱电池中加入2.5%~25%的钪,会增加常规使用的寿命。
在农业上可以对玉米、甜菜、豌豆、小麦、向日葵等种子做硫酸钪(浓度一般为10-3~10-8mol/L 不同的植物会不一样)处理,已取得促进发芽的实际效果,8小时后根和芽的干燥重量和幼苗相比,分别增加37%和78%,但原因机理尚在研究中。
钪进入人们的视野不过一百年二十多年,却差不多坐了一百年的冷板凳,直到上个世纪后期材料科学的蓬勃发展才给他带来了生机。
到今天,连同钪在内的稀土元素都慢慢的变成了了材料科学中炙手可热的明星,在成千上万的体系中发挥着千变万化的作用,每天都在给我们的生活带来多一点的便利,创造的经济价值更是难以计量。
哈哈哈我是小意,非常感谢大家的阅读,喜欢小意的可以点一下关注哦,每天都会科普化学元素小知识哦~~O(∩_∩)O
(本文章素材来源于网络,旨在科普趣味知识,不代表个人自己的观点。)