НА ГЛАВНУЮ

СКАНДИЙ


Картинка от Prof James Marshall (U. North Texas, USA)
Walking Tour of the elements

  • Scandium
  • Русское название: Скандий
  • Символ: Sc
  • Номер периода: 4
  • Номер группы: 3
  • Атомный номер: 21
  • Атомный вес: 44.955910

Свойства.

Скандий — серебристо-белый металл. Металлический скандий был впервые получен Фишером, Брангером и Гренлаусом (Fischer, Brunger, Grienelaus) в 1937 году. Сейчас его получают восстановлением фторида кальцием.Скандий обладает редким сочетанием высокой теплостойкости с легкостью. Плотность скандия 3,0г/см 3 , а температура плавления этого металла 1539°C. Кроме того, он обладает прекрасными прочностными характеристиками, значительной химической и коррозионной стойкостью. Известно о токсических свойствах соединений скандия.

Скандий может быть ценен в металлургии. Рассчитывали использовать его в качестве легирующей добавки к чугуну, стали, титано – алюминиевым сплавам. В ряде случаев были получены обнадеживающие результаты. Например, добавка 1% скандия в алюминий увеличивала прочность сплава в полтора раза. Но и немногие проценты металлического скандия слишком удорожали сплав...

В последние годы стоимость скандия, его соединений и сплавов постепенно уменьшается. Если в 1959 г. килограмм окиси скандия стоил в США от 15 до 30 тыс. долларов, то через год — уже меньше девяти тысяч. Металлический скандий в это же время стоил соответственно 70 и 45 тыс. долларов. Однако и последние цифры трудно назвать иначе, как астрономическими.

Поскольку окись скандия в несколько раз дешевле чистого металла, ее применение в некоторых случаях могло бы оказаться экономически оправданным. У этого невзрачного, очень обыкновенного на вид порошка не было достоинств, столь очевидных, как у самого металла, но...

Скандий и математика

Совершим краткий экскурс в один из разделов вычислительной техники.

Важнейший узел любой электронной вычислительной машины — это запоминающее устройство. Его роль сводится к тому, чтобы накапливать в машине поступающую информацию.

Вид запоминающего устройства во многом определяет тип всей машины. У разных машин оперативная память разная. В одних ее функции выполняют электронно – лучевые трубки, в других основой запоминающего устройства служат ферритовые ячейки. Этот тип оперативной памяти наиболее распространен, и вот почему: ферритовая память более надежна; кроме того, она хранит полученную информацию неограниченно долго, не требуя на это затрат энергии.

Как и большинство устройств электронно – вычислительной машины, магнитная память работает по принципу "да – нет": либо сигнал имеется, либо отсутствует. Если через обмотку ферритового сердечника подать положительный сигнал, то сердечник намагнитится в одном направлении, если отрицательный — в противоположном направлении.

При снятии сигнала ферритовый сердечник остается намагниченным, причем направление намагниченности сохраняется. Состояние сердечника будет характеризовать записанный сигнал. Как прочесть его? Через обмотку ферритовой ячейки подается сигнал определенной полярности, например положительной. Если направление магнитного потока, создаваемого сигналом, противоположно направлению магнитного потока в сердечнике, произойдет его перемагничивание, и в выходной обмотке возникнет электродвижущая сила. Если же магнитные потоки сигнала и сердечника совпадают по направлению, то на выходной обмотке сигнал не возникнет. Таким образом отличают, какой сигнал был записан в данной ячейке. Естественно, что чем больше перемагничиваний могут выдержать в единицу времени ферритовые ячейки, тем выше быстродействие машины. Обычно ферриты, применяемые в системах магнитной памяти, изготовляют из окислов железа, магния и марганца, и они обладают остаточной индукцией примерно 2000...3000 Гаусс. Они способны перемагничиваться примерно 300 тыс. раз в секунду, т.е. ежесекундно передавать 300 тыс. единиц информации. При большей частоте перемагничивания они быстро разогреваются и теряют свои замечательные магнитные свойства.

В связи с колоссальной сложностью задач, которые приходится решать электронно – счетным машинам, эта скорость стала недостаточной. Появилась потребность в новых ферромагнитных материалах, которые позволили бы увеличить быстродействие электронных машин. Советские физики Д.Е. Бондарев и Ю.В. Басихин в начале 60-х годов разрабатывали ферриты с пониженной остаточной индукцией, которые можно было бы изготовлять не изменяя существующей технологии. Испытывались различные композиции, но технология приготовления ферритов новых марок почти не отличалась от традиционной. Вскоре были получены ферриты с окисью скандия, индукция которых не превышала 800...1000 Гаусс. Это в 3 раза меньше, чем у обычных! Поэтому же намного уменьшился разогрев сердечников при высокочастотном перемагничиваний, что позволило создать систему магнитной памяти, в два – три раза более быстродействующую, чем обычные. Такая память меньше реагирует на помехи и работает во много раз надежнее.

Так начался путь скандия в технику будущего.

Скандий и фосфоры

Фосфорами называются вещества, способные довольно долго светиться в темноте. Одно из таких веществ — сульфид цинка ZnS. Если облучить его инфракрасными лучами, он начинает светиться и еще долго светится после прекращения облучения. Установлено, что добавка скандия к сульфиду цинка, активированному медью, дает более яркое свечение, чем обычно. Скандий увеличивает свечение и других фосфоров, в частности окиси магния MgO.

Чтобы воздух был чище

При производстве пластмасс, инсектицидов и растворителей выделяются довольно значительные количества хлористого водорода. Это ядовитый газ, выброс которого в атмосферу недопустим.

Конечно, можно было бы связывать его водой и вырабатывать соляную кислоту, но получение кислоты таким методом, мягко говоря, влетало бы в копеечку. Больших затрат требовало и разложение HCl электролизом, хотя метод каталитического разложения хлористого водорода был предложен более 100 лет назад. Катализатором служила хлористая медь. Однако эффективным этот процесс был лишь при 430...475°C. А при этих условиях катализатор улетучивается... Выход был найден: к основному катализатору — хлористой меди — добавили микроколичества хлоридов иттрия, циркония, тория, урана и скандия. На таком катализаторе температура разложения хлористого водорода снизилась до 330...400°C, и улетучивание хлористой меди стало значительно меньше. Новый катализатор служит гораздо дольше старого, и воздух над химическими заводами надежно очищается от вредного хлористого водорода.

Скандий в устье Темзы

Радиоактивный изотоп скандия с атомной массой 46 в 1954...1955 гг. использовали для определения движения ила в устье Темзы. Соль, содержавшую скандий – 46, смешивали с толченым стеклом и опускали на морское дно в контейнере. Там контейнер открывался, и смесь, плотность которой соответствовала плотности ила, рассыпалась по дну. Излучение отмечали с катера специальным прибором. Скандий – 46 выбрали потому, что он обладает достаточно интенсивным излучением и идеальным для такого рода исследований периодом полураспада — 83,9 суток. Что же оказалось? Большая часть грязи, выносимой Темзой в море, в скором времени возвращается обратно в русло реки. Пришлось разрабатывать новую технику очистки устья реки от наносов. Изучение движения ила и гальки в море с помощью изотопа скандия проводилось также в Польше и Франции.

Скандий – 46 — один из десяти искусственных радиоактивных изотопов элемента №21. Другие радиоизотопы скандия практического применения пока не нашли. Природный скандий состоит из единственного изотопа — скандия – 45.

Материалы и дополнительные сведения также можно просмотреть на:
http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Sc/key.html
http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Sc.html
http://www.scescape.net/~woods/elements/scandium.html
http://www.n-t.org/ri/ps/pb021.htm