سكانديوم

عنصر كيميائي

السكانديوم عنصرٌ كيميائي رمزه Sc وعدده الذرّي 21؛ وهو ينتمي إلى عناصر المستوى الفرعي d ويقع على رأس عناصر المجموعة الثالثة في الجدول الدوري. وفقاً لترتيب العدد الذري فإنّ السكانديوم هو فلز ٌّانتقالي، وهو يصنّف تاريخياً ضمن العناصر الأرضية النادرة، وذلك إلى جانب الإتريوم واللانثانيدات. اكتَشف لارس فريدريك نيلسون هذا العنصر سنة 1879 من التحليل الطيفي لمَعْدَني اليوكسينيت والغادولينيت، وأطلق عليه اسم «سكانديوم» اشتقاقاً من Scandia، وهو الاسم اللاتيني لإسكندنافيا، والتي منها استُخرِج المَعْدَنَين المَذكورَين.

تيتانيومسكانديومكالسيوم
-

Sc

Y
Element 1: هيدروجين (H), لا فلز
Element 2: هيليوم (He), غاز نبيل
Element 3: ليثيوم (Li), فلز قلوي
Element 4: بيريليوم (Be), فلز قلوي ترابي
Element 5: بورون (B), شبه فلز
Element 6: كربون (C), لا فلز
Element 7: نيتروجين (N), لا فلز
Element 8: أكسجين (O), لا فلز
Element 9: فلور (F), هالوجين
Element 10: نيون (Ne), غاز نبيل
Element 11: صوديوم (Na), فلز قلوي
Element 12: مغنيسيوم (Mg), فلز قلوي ترابي
Element 13: ألومنيوم (Al), فلز ضعيف
Element 14: سيليكون (Si), شبه فلز
Element 15: فسفور (P), لا فلز
Element 16: كبريت (S), لا فلز
Element 17: كلور (Cl), هالوجين
Element 18: آرغون (Ar), غاز نبيل
Element 19: بوتاسيوم (K), فلز قلوي
Element 20: كالسيوم (Ca), فلز قلوي ترابي
Element 21: سكانديوم (Sc), فلز انتقالي
Element 22: تيتانيوم (Ti), فلز انتقالي
Element 23: فاناديوم (V), فلز انتقالي
Element 24: كروم (Cr), فلز انتقالي
Element 25: منغنيز (Mn), فلز انتقالي
Element 26: حديد (Fe), فلز انتقالي
Element 27: كوبالت (Co), فلز انتقالي
Element 28: نيكل (Ni), فلز انتقالي
Element 29: نحاس (Cu), فلز انتقالي
Element 30: زنك (Zn), فلز انتقالي
Element 31: غاليوم (Ga), فلز ضعيف
Element 32: جرمانيوم (Ge), شبه فلز
Element 33: زرنيخ (As), شبه فلز
Element 34: سيلينيوم (Se), لا فلز
Element 35: بروم (Br), هالوجين
Element 36: كريبتون (Kr), غاز نبيل
Element 37: روبيديوم (Rb), فلز قلوي
Element 38: سترونشيوم (Sr), فلز قلوي ترابي
Element 39: إتريوم (Y), فلز انتقالي
Element 40: زركونيوم (Zr), فلز انتقالي
Element 41: نيوبيوم (Nb), فلز انتقالي
Element 42: موليبدنوم (Mo), فلز انتقالي
Element 43: تكنيشيوم (Tc), فلز انتقالي
Element 44: روثينيوم (Ru), فلز انتقالي
Element 45: روديوم (Rh), فلز انتقالي
Element 46: بالاديوم (Pd), فلز انتقالي
Element 47: فضة (Ag), فلز انتقالي
Element 48: كادميوم (Cd), فلز انتقالي
Element 49: إنديوم (In), فلز ضعيف
Element 50: قصدير (Sn), فلز ضعيف
Element 51: إثمد (Sb), شبه فلز
Element 52: تيلوريوم (Te), شبه فلز
Element 53: يود (I), هالوجين
Element 54: زينون (Xe), غاز نبيل
Element 55: سيزيوم (Cs), فلز قلوي
Element 56: باريوم (Ba), فلز قلوي ترابي
Element 57: لانثانوم (La), لانثانيدات
Element 58: سيريوم (Ce), لانثانيدات
Element 59: براسيوديميوم (Pr), لانثانيدات
Element 60: نيوديميوم (Nd), لانثانيدات
Element 61: بروميثيوم (Pm), لانثانيدات
Element 62: ساماريوم (Sm), لانثانيدات
Element 63: يوروبيوم (Eu), لانثانيدات
Element 64: غادولينيوم (Gd), لانثانيدات
Element 65: تربيوم (Tb), لانثانيدات
Element 66: ديسبروسيوم (Dy), لانثانيدات
Element 67: هولميوم (Ho), لانثانيدات
Element 68: إربيوم (Er), لانثانيدات
Element 69: ثوليوم (Tm), لانثانيدات
Element 70: إتيربيوم (Yb), لانثانيدات
Element 71: لوتيشيوم (Lu), لانثانيدات
Element 72: هافنيوم (Hf), فلز انتقالي
Element 73: تانتالوم (Ta), فلز انتقالي
Element 74: تنجستن (W), فلز انتقالي
Element 75: رينيوم (Re), فلز انتقالي
Element 76: أوزميوم (Os), فلز انتقالي
Element 77: إريديوم (Ir), فلز انتقالي
Element 78: بلاتين (Pt), فلز انتقالي
Element 79: ذهب (Au), فلز انتقالي
Element 80: زئبق (Hg), فلز انتقالي
Element 81: ثاليوم (Tl), فلز ضعيف
Element 82: رصاص (Pb), فلز ضعيف
Element 83: بزموت (Bi), فلز ضعيف
Element 84: بولونيوم (Po), شبه فلز
Element 85: أستاتين (At), هالوجين
Element 86: رادون (Rn), غاز نبيل
Element 87: فرانسيوم (Fr), فلز قلوي
Element 88: راديوم (Ra), فلز قلوي ترابي
Element 89: أكتينيوم (Ac), أكتينيدات
Element 90: ثوريوم (Th), أكتينيدات
Element 91: بروتكتينيوم (Pa), أكتينيدات
Element 92: يورانيوم (U), أكتينيدات
Element 93: نبتونيوم (Np), أكتينيدات
Element 94: بلوتونيوم (Pu), أكتينيدات
Element 95: أمريسيوم (Am), أكتينيدات
Element 96: كوريوم (Cm), أكتينيدات
Element 97: بركيليوم (Bk), أكتينيدات
Element 98: كاليفورنيوم (Cf), أكتينيدات
Element 99: أينشتاينيوم (Es), أكتينيدات
Element 100: فرميوم (Fm), أكتينيدات
Element 101: مندليفيوم (Md), أكتينيدات
Element 102: نوبليوم (No), أكتينيدات
Element 103: لورنسيوم (Lr), أكتينيدات
Element 104: رذرفورديوم (Rf), فلز انتقالي
Element 105: دوبنيوم (Db), فلز انتقالي
Element 106: سيبورغيوم (Sg), فلز انتقالي
Element 107: بوريوم (Bh), فلز انتقالي
Element 108: هاسيوم (Hs), فلز انتقالي
Element 109: مايتنريوم (Mt), فلز انتقالي
Element 110: دارمشتاتيوم (Ds), فلز انتقالي
Element 111: رونتجينيوم (Rg), فلز انتقالي
Element 112: كوبرنيسيوم (Cn), فلز انتقالي
Element 113: نيهونيوم (Nh)
Element 114: فليروفيوم (Uuq)
Element 115: موسكوفيوم (Mc)
Element 116: ليفرموريوم (Lv)
Element 117: تينيسين (Ts)
Element 118: أوغانيسون (Og)
21Sc
المظهر
أبيض فضي
الخواص العامة
الاسم، العدد، الرمز سكانديوم، 21، Sc
تصنيف العنصر فلز انتقالي
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي 3، 4، d
الكتلة الذرية 44.955912 غ·مول−1
توزيع إلكتروني Ar]; 4s2 3d1]
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ 2, 8, 9, 2 (صورة)
الخواص الفيزيائية
الطور صلب
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) 2.985 غ·سم−3
كثافة السائل عند نقطة الانصهار 2.80 غ·سم−3
نقطة الانصهار 1814 ك، 1541 °س، 2806 °ف
نقطة الغليان 3109 ك، 2836 °س، 5136 °ف
حرارة الانصهار 14.1 كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر 332.7 كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية (عند 25 °س) 25.52 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار
ض (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو
عند د.ح. (كلفن) 1645 1804 (2006) (2266) (2613) (3101)
الخواص الذرية
أرقام الأكسدة 3, 2[1], 1 [2]
(أكاسيده قاعدية ضعيفة)
الكهرسلبية 1.36 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين الأول: 633.1 كيلوجول·مول−1
الثاني: 1235.0 كيلوجول·مول−1
الثالث: 2388.6 كيلوجول·مول−1
نصف قطر ذري 162 بيكومتر
نصف قطر تساهمي 7±170 بيكومتر
نصف قطر فان دير فالس 211 بيكومتر
خواص أخرى
البنية البلورية نظام بلوري سداسي
المغناطيسية مغناطيسية مسايرة
مقاومة كهربائية (درجة حرارة الغرفة) (ألفا، عديد (بولي))
حسابي. 562 نانوأوم·متر
الناقلية الحرارية 15.8 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
التمدد الحراري (درجة حرارة الغرفة) (ألفا، عديد (بولي))
10.2 ميكرومتر/(م·كلفن)
معامل يونغ 74.4 غيغاباسكال
معامل القص 29.1 غيغاباسكال
معامل الحجم 56.6 غيغاباسكال
نسبة بواسون 0.279
صلادة برينل 750 ميغاباسكال
رقم CAS 7440-20-2
النظائر الأكثر ثباتاً
المقالة الرئيسية: نظائر السكانديوم
النظائر الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال MeV ناتج الاضمحلال
44mSc مصطنع 58.61 ساعة ت.د 0.2709 44Sc
γ 1.0, 1.1, 1.2 44Sc
ε - 44Ca
45Sc 100% 45Sc هو نظير مستقر وله 24 نيوترون
46Sc مصطنع 83.79 يوم β 0.3569 46Ti
γ 0.889, 1.120 -
47Sc مصطنع 3.3492 يوم β 0.44, 0.60 47Ti
γ 0.159 -
48Sc مصطنع 43.67 ساعة β 0.661 48Ti
γ 0.9, 1.3, 1.0 -

تقع خواصّ السكانديوم وسطاً بين تلك التي لعنصرَي الألومنيوم والإتريوم؛ كما تظهر علاقة قطرية لهذا العنصر مع المغنيسيوم؛ وتغلب حالة الأكسدة +3 في مركّباته الكيميائية. لا توجد توضّعات كثيرة من السكانديوم في القشرة الأرضية، ويترافق وجوده مع خامات العناصر الأرضية النادرة الأخرى ومع اليورانيوم. يبلغ الإنتاج العالمي من السكانديوم بين 15 إلى 20 طنّ سنوياً، ونظراً لندرته النسبية فلا توجد له تطبيقات كبيرة، والتي لم تُطوَّر إلا حتى سبعينيّات القرن العشرين، إذ وُجدَ أنّه يحسّن من خواص سبائك الألومنيوم؛ وذلك التطبيق هو الأهمّ والأشهر لهذا العنصر.

التاريخعدل

 
لارس فريدريك نيلسون: مكتشف عنصر السكانديوم.

في سنة 1869 تنبّأ ديميتري مندلييف، والذي يلقّب بأبي الجدول الدوري، بوجود هذا العنصر، وأسماه بشكلٍ مؤقّتٍ إيكابورون، [ملاحظة 1] وخمّن أن تكون كتلته الذرّية بين 40 و48 وحدة كتل ذرية. تمكّن لارس فريدريك نيلسون بمساعدةٍ من فريق عمله من اكتشاف هذا العنصر سنة 1879، وذلك أثناء التحليل الطيفي لمَعْدَني اليوكسينيت والغادولينيت؛ ونجح في تحضير 2 غرام من أكسيد السكانديوم مرتفع النقاوة.[3][4] أطلق نيلسون على العنصر الجديد المكتَشَف اسم «سكانديوم» اشتقاقاً من Scandia، وهو الاسم اللاتيني لإسكندنافيا، إذ استُخرِجَ المَعدَنَين المَذكورَين من تلك المنطقة. من الظاهر أنّه لم يكن لنيلسون درايةٌ بتخمينات مندلييف، إلّا أنّ بير تيودور كليفه كان مطّلعاً على تلك المراسلات، وأنبأ مندلييف باكتشاف هذا العنصر.[5][6]

أُنتِجَ السكانديوم الفلزّي أوّل مرّة سنة 1937 من التحليل الكهربائي لمزيج أصهري من البوتاسيوم والليثيوم وكلوريد السكانديوم عند درجات حرارة تتراوح بين 700–800 °س.[7] أُنتجَ السكانديوم مرتفع النقاوة في ستّينيّات القرن العشرين؛ وفي بداية سبعينيّات القرن العشرين طُوّرت صناعة سبائك الألومنيوم والسكانديوم في الولايات المتحدة،[8] وكذلك في الاتحاد السوفيتي.[9] استُخدِمَت بلّورات ليزرية من جارنيت غادولينيوم-سكانديوم-غاليوم [ملاحظة 2] في تطبيقات دفاعية خاصّة من أجل مبادرة الدفاع الاستراتيجي،[ملاحظة 3] في ثمانينيات وتسعينيات القرن العشرين.[10][11]

الوفرة الطبيعيةعدل

في الأرض

لا يتوفّر السكانديوم في القشرة الأرضية بشكلٍ كبير، لكنّه بالمقابل ليس شديد النُدرَة؛ فالتقديرات الأوّلية تشير إلى وفرةٍ تتراوح بين 18 إلى 25 جزء في المليون، وهي مقاربة لوفرة الكوبالت (20-30 جزء في المليون). وفقاً لترتيب العناصر يأتي السكانديوم في المرتبة الخمسين بالنسبة لوفرة العناصر في الأرض، وفي المرتبة الخامسة والثلاثين بالنسبة للوفرة في القشرة الأرضية.[12] ولكن من جهةٍ أخرى، فإنّ توزّع عنصر السكانديوم في المواقع الجغرافية ضئيل، إذ يَظهر بكمّيّات ضئيلة نزرة في بضعة معادن في عددٍ قليل فقط من المواقع في العالم.[13][14] إجمالاً، يأتي السكانديوم مكوّناً رئيسيّاً في خمسة معادن فقط؛[15] وهي: بريتوليت[ملاحظة 4] وثورتفيتيت وكولبكيت وألندييت، بالإضافة إلى المعدن النادر هفتيتيرنيت [ملاحظة 5]. تعدّ معادن الثورتفيتيت واليوكسينيت والغادولينيت المستَخرجة من الدول الاسكندنافية،[16] ومدغشقر[17] هي المصادر الوحيدة المعروفة التي يتركّز فيها هذا العنصر؛ إذ يمكن أن يحتوي الثورتفيتيت على نسبةٍ تصل إلى 45% من السكانديوم على شكل أكسيد السكانديوم.[16] هناك معادن نادرة أخرى يدخل السكانديوم فيها مكوّناً ثانوياً، مثل البازيت والديفيسيت؛[15][18] كما يمكن لهذا العنصر أن يرافق اليورانيوم في خاماته.[19][20]

في الكون

يأتي ترتيب السكانديوم في المرتبة الثالثة والعشرين بالنسبة لوفرة العناصر في الشمس.[12] ينشأ الشكل المستقرّ من السكانديوم في المستعرات العظمى [ملاحظة 6] من عملية التقاط النيوترون السريعة.[ملاحظة 7][21] بالإضافة إلى ذلك، ينشأ السكانديوم عن طريق تشظية الأشعّة الكونية لنوى ذرّات الحديد الأكثر وفرة.

  • 28Si + 17n → 45Sc (عملية التقاط النيوترون السريعة)
  • 56Fe + p → 45Sc + 11C + n (تشظية الأشعّة الكونية)

الإنتاجعدل

يبلغ الإنتاج العالمي من السكانديوم مقدار 15-20 طن سنوياً،[22] إلّا أنّ الطلب العالمي على هذا العنصر في ازدياد؛ وما يزيد من الأمر صعوبةً أنّه توجد وفق بيانات سنة 2003 مجرّد ثلاثة مناجم عاملة لاستخراج السكانديوم، وهي منجم جوفتي فودي في أوكرانيا، والذي يُستخرَج منه أيضاً الحديد واليورانيوم؛ ومنجم الفلزّات الأرضية النادرة في بايان أوبو في الصين؛ ومنجم الأباتيت في شبه جزيرة كولا في روسيا.[23] منذ ذلك الحين يُخطّط لبناء منشآت أخرى لاستخراج السكانديوم في مواقع أخرى في العالم، مثل أستراليا،[24] والفلبّين،[25][26] والولايات المتّحدة.[27]

عادةً ما يُستخرَج السكانديوم منتجاً ثانوياً أثناء استخراج الفلزّات الأخرى؛ ويُسوّق على شكل أكسيد السكانديوم Sc2O3.[23][28][29] للحصول على الفلزّ يُحوَّل الأكسيد إلى فلوريد السكانديوم، ثمّ يُختزَل بفلزّ الكالسيوم. تراوح سعر السكانديوم بين سنتي 2015 و2019 في صبّاته الصغيرة بين 107 إلى 134 دولار أمريكي للغرام الواحد؛ في حين بلغ سعر الأكسيد من 4-5 دولارات للغرام الواحد.[30]

النظائرعدل

للسكانديوم في الطبيعة نظير وحيد مستقر، وهو سكانديوم-45 45Sc، والذي يمتلك لف مغزلي نووي مقداره 7/2. هناك ثلاثة عشر نظيراً مشعاً للسكانديوم، وجميعها مدروسة ومعروفة، وأكثرها استقراراً هو النظير سكانديوم-46 46Sc، والذي يبلغ عمر النصف له مقدار 83.8 يوم، وكذلك النظير سكانديوم-47 47Sc بعمر نصف مقداره 3.35 يوم. من النظائر المشعة للسكانديوم هناك أيضاً النظير سكانديوم-44 44Sc المصدر للبوزيترونات بعمر نصف 4 ساعات؛ وكذلك النظير سكانديوم-48 48Sc بعمر نصف 43.7 ساعة. أما باقي النظائر المشعة فتملك قيم عمر نصف أقل من 4 ساعات، وأغلبها بعمر نصف أقل من دقيقتين. للسكانديوم أيضاً خمسة مصاوغات نووية، أكثرها استقراراً هو 44mSc بعمر نصف مقداره 58.6 ساعة.[31]

تتراوح قيم الكتل الذرية لنظائر السكانديوم بين 36 و60؛ ويكون نمط الاضمحلال للنظائر المشعة ذات الكتل الأصغر من 45 على شكل التقاط إلكترون لتعطي ناتج اضمحلال رئيسي من نظائر الكالسيوم؛ في حين أن نمط الاضمحلال للنظائر المشعة ذات الكتل الأكبر من 45 على هيئة اضمحلال بيتّا لتعطي ناتج اضمحلال رئيسي من نظائر التيتانيوم.[31]

الخواصعدل

السكانديوم فلزٌ طريٌّ ذو بريقٍ فضّي، وهو يُبدِي تحوّلاً لوناً طفيفاً إلى الأصفر أو الزهري عندما يتأكسد بالهواء، وبذلك يفقد بريقه أيضاً. نظراً لكثافته المنخفضة فإنّ السكانديوم يُصنّف ضمن الفلزّات الخفيفة. لا يقاوم السكانديوم ظروف التجوية بشكل كبير، وهو ينحلّ بسهولة في أغلب الأحماض الممدّدة. كما يتفاعل السكانديوم مع بخار الماء عند درجات حرارة تتجاوز 600 °س ليشكّل Sc2O3. تشتعل خراطة السكانديوم الناعمة بالهواء بلهب أصفر برّاق، ويتشكّل حينئذٍ أكسيد السكانديوم.[32]

المركبات الكيميائيةعدل

يسيطر على كيمياء السكانديوم حالة الأكسدة +3، حيث تتشكّل الكاتيونات 3+Sc في المحاليل المائية، ونظراً لأنّ نصف القطر الأيوني للسكانديوم (74.5 بيكومتر) أقرب منه للإتريوم (90.0 بيكومتر) من الألومنيوم (53.5 بيكومتر)، فإنّ السكانديوم يشبه في سلوكه الكيميائي سلوك اللانثانيدات.

الأكاسيد والهيدروكسيدات

يتميّز مركّبا أكسيد Sc2O3 وهيدروكسيد السكانديوم Sc(OH)3 بخواصهِمَا المُذَبذَبة؛[33] وتكون المنتجات مشابهة بنيوياً لبنية أكسيد هيدروكسيد الألومنيوم.[34]

الهاليدات والهاليدات الزائفة

يشكّل السكانديوم عدداً من الهاليدات والهاليدات الزائفة. لأغلب هاليدات السكانديوم (الكلوريد ScCl3 والبروميد ScBr3 واليوديد ScI3) انحلالية جيّدة في الماء، أمّا فلوريد السكانديوم ScF3 فإنّه غير منحلّ. في جميع الهاليدات الأربعة المذكورة يكون السكانديوم سداسيّ التناسق، وهي تصنّف ضمن أحماض لويس، فعلى سبيل المثال، ينحلّ فلوريد السكانديوم في محاليل حاوية على كمّيّة فائضة من أيون الفلوريد ليشكّل الأيون المعقّد 3−[ScF6]. يعدّ العدد التناسقي 6 نمطياً لأيون السكانديوم الثلاثي، وذلك على خلاف أيون الإتريوم الثلاثي 3+Y وأيون اللانثانوم الثلاثي 3+La، والتي يكون فيها العدد التناسقي 8 أو 9 شائعاً. يُستخدَم مركّب تريفلات السكانديوم أحياناً ضمن الحفّازات المستخدَمة في الكيمياء العضوية.[35]

مركبات لا عضوية أخرى

من المركّبات اللاعضوية المعروفة للسكانديوم كلّ من النترات Sc(NO3)3 والكبريتات Sc2(SO4)3 والكبريتيد Sc2S3.

مركبات السكانديوم العضوية

يشكّل السكانديوم سلسلةً من المركّبات العضوية الفلزّية مع ربيطات من حلقي البنتاديينيل،[ملاحظة 8] وذلك بشكلٍ مشابهٍ لسلوك اللانثانيدات. من الأمثلة على مركّبات السكانديوم العضوية الأخرى المعقّد مع ربيطة خماسي ميثيل حلقي البنتاديين.[36]

حالات أكسدة غير شائعة

إنّ مركّبات السكانديوم الكيميائية، والتي لها حالة أكسدة مختلفة عن +3، نادرةُ الوجود، ولكنّها محطّ اهتمامٍ للبحث والدراسة. ويعدّ المركّب CsScCl3 مثالاً عليها، فتلك المادّة تتبنّى بنيةً شبه صفائحية، والتي تظهر ترابطاً كثيفاً بين مراكز السكانديوم الثنائي.[37] في جانبٍ آخر، لا يعدّ هيدريد السكانديوم مركّباً نمطياً تابعاً لأملاح الهيدريدات؛[1] وكما هو ملاحَظ في عددٍ من العناصر الأخرى، كُشِفَ عن وجود هيدريد السكانديوم ثنائي الذرّة مطيافياً عند درجات حرارة مرتفعة في الطور الغازي.[2] لا تتبع مركّبات البوريد والكربيد للسكانديوم صيغة تكافؤية نمطية، وذلك بشكلٍ مشابهٍ لمركّبات عناصر اللانثانيدات المجاورة.[38] لوحظت أيضاً حالات الأكسدة الدنيا (0 و+1 و+2) في مركّبات السكانديوم العضوية.[39][40][41][42]

الاستخداماتعدل

 
تدخل سبيكة الألومنيوم مع السكانديوم في تركيب أجزاء من طائرة ميكويان ميج-29 القتالية.[43]

تعدّ إضافة السكانديوم بنسبةٍ تتراوح بين 0.1% إلى 0.5% إلى الألومنيوم في صنع السبائك من التطبيقات الهامّة الرئيسية لهذا العنصر، إذ تحدّ تلك الإضافة من نموّ الحُبَيبات في المنطقة الساخنة لمكوّنات الألومنيوم الملحومة؛ وذلك يعود بالفائدة في نقطتين؛ الأولى أنّ حبيبات Al3Sc المترسّبة تشكّل بلّورات أصغر من الحُبَيبات البلّورية الموجودة في سبائك الألومنيوم الأخرى،[43] والثانية هي انكماش حجم المناطق الخالية من الترسّبات عند تخوم الحُبَيبات في سبائك الألومنيوم المُقسّاة بالتقادم.[43] تعمل الترسّبات من Al3Sc على توثيق الترابط الشبكي داخل سبائك الألومنيوم، من خلال توفير مجال مرن لتحمّل الجهد، والذي يحول دون التشوّه.[44] يمكن الحصول على التوزّع الناعم للحُبَيبات المترسّبة على المستوى النانوي عن طريق المعالجة الحرارية، والتي تعمل على تقوية السبائك من خلال التقسية المُرَتِّبَة.[45] تضمنّت التطويرات المستمرّة لسبيكة ألومنيوم-سكانديوم إضافة فلزّات انتقالية أخرى إليها مثل الزركونيوم، أو إضافة عنصر أرضي نادر مثل الإربيوم، ممّا يساعد على تشكيل غلاف يحيط بحُبَيبات Al3Sc الكرويّة المترسّبة، وذلك يخفّف من التخشين.[ملاحظة 9][46] تتوجّه تلك الأغلفة مكانياً عن طريق انتشار العناصر المشكّلة للسبيكة، وذلك يوفّر من كلفة الإنتاج، إذ تصبح الكمّية المطلوب إضافتها من السكانديوم، مرتفع الثمن، لتشكيل تلك الحُبَيبات المترسّبة أقلّ من ذي قبل.[47] بالرغم من ذلك، تبقى سبائك التيتانيوم المشابهة بخواصها الميكانيكية من حيث الخفّة والمتانة أقلَّ ثمناً وأكثرَ استخداماً من سبيكة السكانديوم مع الألومنيوم.[48] وُجِدَ أنّ تركيباً معيّناً [ملاحظة 10] لسبيكةٍ من السكانديوم مع الألومنيوم والليثيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم يوفّر مواصفاتٍ ميكانيكيةٍ مميّزة.[49] تُستخدَم سبيكة الألومنيوم والسكانديوم في بعض التطبيقات العسكرية،[43] وفي صناعة بعض المعدّات الرياضية مثل عصي كرة القاعدة (مضارب البيسبول)،[50] وفي صناعة دعائم الخيم وهياكل الدرّاجات الهوائية.[51] تستخدم شركة سميث آند ويسون [ملاحظة 11] لصناعة الأسلحة الفردية سبيكة السكانديوم في صبّ هيكل المسدسات نصف الآلية.[52]

في تطبيقات أخرى، يُستخدَم السكانديوم من قبل أطبّاء الأسنان في تحضير وسط ليزري خاصّ [ملاحظة 12] لإنتاج ليزر لتحضير الفجوات وفي طب لبّ الأسنان.[53] كما يُستخدَم السكانديوم في إنتاج أنواع من مصباح هاليد الفلز المعتمدَة على تفريغ الغاز مرتفع الجهد بشكلٍ مشابهٍ لمصباح بخار الزئبق؛[54] إذ يضاف يوديد السكانديوم إلى الوسط، ممّا يساعد على الحصول على مصدر ضوئي أبيض ذي مؤشّر تجسيد لوني مرتفع، وبشكلٍ يحاكي ضوء الشمس، وخاصّةً من أجل كاميرات التصوير التلفزيوني.[55] في جانب آخر، يُستخدَم النظير المشعّ سكانديوم-46 46Sc من أجل التقفّي الإشعاعي في مصافي النفط.[54]

المخاطرعدل

إنّ مسحوق فلزّ السكانديوم الناعم قابل للاشتعال بسهولة، وتزداد الخطورة كلّما زادت نعومة حبيبات المسحوق.[56] لا يعدّ السكانديوم عنصراً سامّاً بحدّ ذاته، ولكن بالرغم من ذلك، لا توجد بيانات كافية عن إجراء تجارب مكثّفة على إعطاء مركّبات السكانديوم للحيوانات.[57] حُدِّدَت مستويات الجرعة الوسطى المميتة (LD50) للجرذان بمقدار 755 مغ/كغ لدى الحقن داخل الصفاق، وبمقدار 4 غ/كغ لدى الإعطاء الفموي.[58]

طالع أيضاًعدل

الهوامشعدل

  1. ^ ekaboron
  2. ^ gadolinium-scandium-gallium garnet (GSGG)
  3. ^ SDI
  4. ^ Pretulite Sc[PO4]
  5. ^ Heftetjernite ScTaO4
  6. ^ supernova
  7. ^ r-process
  8. ^ cyclopentadienyl (Cp) ligands
  9. ^ coarsening
  10. ^ Al20Li20Mg10Sc20Ti30
  11. ^ Smith & Wesson
  12. ^ erbium-chromium-doped yttrium-scandium-gallium garnet (Er,Cr:YSGG)

المراجععدل

  1. أ ب McGuire, Joseph C. (1960). "Preparation and Properties of Scandium Dihydride". Journal of Chemical Physics. 33: 1584–1585. doi:10.1063/1.1731452. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  2. أ ب Smith, R. E. (1973). "Diatomic Hydride and Deuteride Spectra of the Second Row Transition Metals". Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 332 (1588): 113–127. doi:10.1098/rspa.1973.0015. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  3. ^ Nilson, Lars Fredrik (1879). "Sur l'ytterbine, terre nouvelle de M. Marignac". Comptes Rendus (باللغة الفرنسية). 88: 642–647. مؤرشف من الأصل في 28 أبريل 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  4. ^ Nilson, Lars Fredrik (1879). "Ueber Scandium, ein neues Erdmetall". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (باللغة الألمانية). 12 (1): 554–557. doi:10.1002/cber.187901201157. مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  5. ^ Cleve, Per Teodor (1879). "Sur le scandium". Comptes Rendus (باللغة الفرنسية). 89: 419–422. مؤرشف من الأصل في 28 أبريل 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  6. ^ Weeks, Mary Elvira (1956). The discovery of the elements (الطبعة 6th). Easton, PA: Journal of Chemical Education. مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  7. ^ Fischer, Werner; Brünger, Karl; Grieneisen, Hans (1937). "Über das metallische Scandium". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (باللغة الألمانية). 231 (1–2): 54–62. doi:10.1002/zaac.19372310107. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  8. ^ Burrell, A. Willey Lower "Aluminum scandium alloy" U.S. Patent 3,619,181 issued on November 9, 1971.
  9. ^ Zakharov, V. V. (2003). "Effect of Scandium on the Structure and Properties of Aluminum Alloys". Metal Science and Heat Treatment. 45 (7/8): 246. Bibcode:2003MSHT...45..246Z. doi:10.1023/A:1027368032062. S2CID 135389572. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  10. ^ Hedrick, James B. "Scandium". REEhandbook. Pro-Edge.com. مؤرشف من الأصل في 02 يونيو 2012. اطلع عليه بتاريخ 09 مايو 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  11. ^ Samstag, Tony (1987). "Star-wars intrigue greets scandium find". New Scientist: 26. مؤرشف من الأصل في 18 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  12. أ ب Lide, David R. (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC Press. صفحات 4–28. ISBN 978-0-8493-0485-9. مؤرشف من الأصل في 7 مارس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  13. ^ Bernhard, F. (2001). "Scandium mineralization associated with hydrothermal lazurite-quartz veins in the Lower Austroalpie Grobgneis complex, East Alps, Austria". Mineral Deposits in the Beginning of the 21st Century. Lisse: Balkema. ISBN 978-90-265-1846-1. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  14. ^ Michael Fleischer, Joseph A. Mandarino: Glossary of Mineral Specimens 1991. The Mineragical Record Inc., Tucson.
  15. أ ب Webmineral - Mineral Species containing Scandium. نسخة محفوظة 19 أغسطس 2021 على موقع واي باك مشين.
  16. أ ب Kristiansen, Roy (2003). "Scandium – Mineraler I Norge" (PDF). Stein (باللغة النرويجية): 14–23. مؤرشف من الأصل (PDF) في 28 فبراير 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  17. ^ von Knorring, O.; Condliffe, E. (1987). "Mineralized pegmatites in Africa". Geological Journal. 22: 253. doi:10.1002/gj.3350220619. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  18. ^ C. T. Horovitz: Scandium Its Occurrence, Chemistry Physics, Metallurgy, Biology and Technology. Elsevier, 2012, ISBN 978-0-323-14451-3, S. 50
  19. ^ H. A. Das, J. Zonderhuis, H. W. Marel: Scandium in rocks, minerals and sediments and its relations to iron and aluminium. In: Contributions to Mineralogy and Petrology. 32, 1971, S. 231–244, doi:10.1007/BF00643336.
  20. ^ U.S. Geological Survey: Mineral Commodity Summaries - Scandium, February 2014, abgerufen am 12. Mai 2014. نسخة محفوظة 2019-01-11 على موقع واي باك مشين.
  21. ^ Cameron, A.G.W. (June 1957). "Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis" (PDF). CRL-41. مؤرشف من الأصل (PDF) في 19 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  22. ^ "Mineral Commodity Summaries 2020" (PDF). US Geological Survey Mineral Commodities Summary 2020. US Geological Survey. مؤرشف من الأصل (PDF) في 9 مايو 2021. اطلع عليه بتاريخ 10 فبراير 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  23. أ ب Deschamps, Y. "Scandium" (PDF). mineralinfo.com. مؤرشف من الأصل (PDF) في 24 مارس 2012. اطلع عليه بتاريخ 21 أكتوبر 2008. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  24. ^ australianmines. "Our Value Proposition". australianmines.com.au (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 19 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  25. ^ "Establishment of Scandium Recovery Operations" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 6 مارس 2021. اطلع عليه بتاريخ 26 أكتوبر 2018. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  26. ^ Iwamoto, Fumio. "Commercial Scandium Oxide Production by Sumitomo Metal Mining Co. Ltd". TMS. مؤرشف من الأصل في 27 فبراير 2021. اطلع عليه بتاريخ 26 أكتوبر 2018. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  27. ^ NioCorp Superalloy Materials The Elk Creek Superalloy Materials Project (PDF), مؤرشف من الأصل (PDF) في 19 أغسطس 2021, اطلع عليه بتاريخ 18 مايو 2019 الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); الوسيط |separator= تم تجاهله (مساعدة)CS1 maint: ref=harv (link)
  28. ^ "Mineral Commodity Summaries 2015: Scandium" (PDF). United States Geological Survey. مؤرشف من الأصل (PDF) في 11 يناير 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  29. ^ Scandium. USGS. نسخة محفوظة 2018-12-03 على موقع واي باك مشين.
  30. ^ "Mineral Commodity Summaries". USGS. مؤرشف من الأصل في 11 أكتوبر 2021. اطلع عليه بتاريخ 13 سبتمبر 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  31. أ ب Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A. 729 (1): 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. CiteSeerX = 10.1.1.692.8504 10.1.1.692.8504. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل في 14 يوليو 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  32. ^ "Scandium." Los Alamos National Laboratory. Retrieved 2013-07-17. نسخة محفوظة 2021-08-21 على موقع واي باك مشين.
  33. ^ Cotton, Simon (2006). Lanthanide and actinide chemistry. John Wiley and Sons. صفحات 108–. ISBN 978-0-470-01006-8. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. اطلع عليه بتاريخ 23 يونيو 2011. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  34. ^ Christensen, A. Nørlund; Stig Jorgo Jensen (1967). "Hydrothermal Preparation of α-ScOOH and of γ-ScOOH. Crystal Structure of α-ScOOH". Acta Chemica Scandinavica. 21: 1121–126. doi:10.3891/acta.chem.scand.21-0121. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  35. ^ Kobayashi, Shu; Manabe, Kei (2000). "Green Lewis acid catalysis in organic synthesis" (PDF). Pure Appl. Chem. 72 (7): 1373–1380. doi:10.1351/pac200072071373. S2CID 16770637. مؤرشف من الأصل (PDF) في 9 مارس 2012. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  36. ^ Shapiro, Pamela J.; et al. (1994). "Model Ziegler-Natta a-Olefin Polymerization Catalysts Derived from [{(η5-C5Me4)SiMe2(η1-NCMe3)}(PMe3)Sc(μ2-H)]2 and [{(η5-C5Me4)SiMe2(η1-NCMe3)}Sc(μ2-CH2CH2CH3)]2. Synthesis, Structures and Kinetic and Equilibrium Investigations of the Catalytically active Species in Solution". J. Am. Chem. Soc. 116 (11): 4623. doi:10.1021/ja00090a011. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  37. ^ Corbett, J. D. (1981). "Extended metal-metal bonding in halides of the early transition metals". Acc. Chem. Res. 14 (8): 239–246. doi:10.1021/ar00068a003. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  38. ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. (ردمك 0-12-352651-5).
  39. ^ Polly L. Arnold; F. Geoffrey; N. Cloke; Peter B. Hitchcock; John F. Nixon (1996). "The First Example of a Formal Scandium(I) Complex: Synthesis and Molecular Structure of a 22-Electron Scandium Triple Decker Incorporating the Novel 1,3,5-Triphosphabenzene Ring". J. Am. Chem. Soc. 118 (32): 7630–7631. doi:10.1021/ja961253o. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  40. ^ F. Geoffrey N. Cloke; Karl Khan; Robin N. Perutz (1991). "η-Arene complexes of scandium(0) and scandium(II)". J. Chem. Soc., Chem. Commun. (19): 1372–1373. doi:10.1039/C39910001372. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  41. ^ Ana Mirela Neculai; Dante Neculai; Herbert W. Roesky; Jörg Magull; Marc Baldus; et al. (2002). "Stabilization of a Diamagnetic ScIBr Molecule in a Sandwich-Like Structure". Organometallics. 21 (13): 2590–2592. doi:10.1021/om020090b. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  42. ^ Polly L. Arnold; F. Geoffrey; N. Cloke; John F. Nixon (1998). "The first stable scandocene: synthesis and characterisation of bis(η-2,4,5-tri-tert-butyl-1,3-diphosphacyclopentadienyl)scandium(II)". Chem. Commun. (7): 797–798. doi:10.1039/A800089A. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  43. أ ب ت ث Ahmad, Zaki (2003). "The properties and application of scandium-reinforced aluminum". JOM. 55 (2): 35. Bibcode:2003JOM....55b..35A. doi:10.1007/s11837-003-0224-6. S2CID 8956425. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  44. ^ Knipling, Keith E.; Dunand, David C.; Seidman, David N. (2006-03-01). "Criteria for developing castable, creep-resistant aluminum-based alloys – A review". Zeitschrift für Metallkunde. 97 (3): 246–265. doi:10.3139/146.101249. ISSN 0044-3093. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  45. ^ Knipling, Keith E.; Karnesky, Richard A.; Lee, Constance P.; Dunand, David C.; Seidman, David N. (2010-09-01). "Precipitation evolution in Al–0.1Sc, Al–0.1Zr and Al–0.1Sc–0.1Zr (at.%) alloys during isochronal aging". Acta Materialia (باللغة الإنجليزية). 58 (15): 5184–5195. doi:10.1016/j.actamat.2010.05.054. ISSN 1359-6454. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  46. ^ Booth-Morrison, Christopher; Dunand, David C.; Seidman, David N. (2011-10-01). "Coarsening resistance at 400 °C of precipitation-strengthened Al–Zr–Sc–Er alloys". Acta Materialia (باللغة الإنجليزية). 59 (18): 7029–7042. doi:10.1016/j.actamat.2011.07.057. ISSN 1359-6454. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  47. ^ De Luca, Anthony; Dunand, David C.; Seidman, David N. (2016-10-15). "Mechanical properties and optimization of the aging of a dilute Al-Sc-Er-Zr-Si alloy with a high Zr/Sc ratio". Acta Materialia (باللغة الإنجليزية). 119: 35–42. doi:10.1016/j.actamat.2016.08.018. ISSN 1359-6454. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  48. ^ Schwarz, James A.; Contescu, Cristian I.; Putyera, Karol (2004). Dekker encyclopédia of nanoscience and nanotechnology. 3. CRC Press. صفحة 2274. ISBN 978-0-8247-5049-7. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  49. ^ Youssef, Khaled M.; Zaddach, Alexander J.; Niu, Changning; Irving, Douglas L.; Koch, Carl C. (2015). "A Novel Low-Density, High-Hardness, High-entropy Alloy with Close-packed Single-phase Nanocrystalline Structures". Materials Research Letters. 3 (2): 95–99. doi:10.1080/21663831.2014.985855. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  50. ^ Bjerklie, Steve (2006). "A batty business: Anodized metal bats have revolutionized baseball. But are finishers losing the sweet spot?". Metal Finishing. 104 (4): 61. doi:10.1016/S0026-0576(06)80099-1. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  51. ^ "Easton Technology Report: Materials / Scandium" (PDF). EastonBike.com. مؤرشف من الأصل (PDF) في 27 يونيو 2021. اطلع عليه بتاريخ 03 أبريل 2009. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  52. ^ "MODEL 329PD". Smith & Wesson. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  53. ^ Nouri, Keyvan (2011-11-09). "History of Laser Dentistry". Lasers in Dermatology and Medicine. صفحات 464–465. ISBN 978-0-85729-280-3. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  54. أ ب Hammond, C. R. in CRC Handbook of Chemistry and Physics 85th ed., Section 4; The Elements.
  55. ^ Simpson, Robert S. (2003). Lighting Control: Technology and Applications. Focal Press. صفحة 108. ISBN 978-0-240-51566-3. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  56. ^ "Scandium, Pulver". Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA). مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  57. ^ Horovitz, Chaim T.; Birmingham, Scott D. (1999). Biochemistry of Scandium and Yttrium. Springer. ISBN 978-0-306-45657-2. مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  58. ^ Haley, Thomas J.; Komesu, L.; Mavis, N.; Cawthorne, J.; Upham, H. C. (1962). "Pharmacology and toxicology of scandium chloride". Journal of Pharmaceutical Sciences. 51 (11): 1043–5. doi:10.1002/jps.2600511107. PMID 13952089. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)