סקנדיום

ת: סקנדיום מספק חוזק טרנספורמטיבי ללא צורך בטיפולי חום בעייתיים ויקרים. באופן ספציפי, תוספות סקנדיום יכולות להגביר את חוזק התפוקה בסדרת 5000 בין 300Mpa ל-450Mpa, בהתאם לכמות התוספת, תוך שמירה על נתוני התארכות (משיכות) של 12-15.

ת: ההרכב הכימי של סגסוגת אב אלומיניום-סקנדיום הוא 2% סקנדיום והיתרה היא 99.7% אלומיניום. סגסוגת המאסטר משמשת להוספת סקנדיום לסגסוגות המכילות Al-Mg-Zr, המשמשות בצורה של גיליון וצלחת. יריעות וצלחות אלו משמשות בעיקר את יצרני המטוסים.

ת: סקנדיום יסודי נחשב לא רעיל, ונעשו מעט ניסויים בבעלי חיים של תרכובות סקנדיום. רמות חצי המינון הקטלני (LD50) עבור סקנדיום (III) כלוריד עבור חולדות נקבעו כ-4 מ"ג/ק"ג למתן תוך-צפקי, ו-755 מ"ג/ק"ג למתן דרך הפה.

ת: השימושים העיקריים של סקנדיום הם כתוסף סגסוגת לסגסוגות מבוססות אלומיניום עבור מוצרי ספורט ובמנורות הליד מתכת בעוצמה גבוהה.

ת: ישנן שתי דרכים נפוצות שבאמצעותן ניתן לחלץ סקנדיום.

• הדרך הראשונה היא לחלץ אותו כתוצר הלוואי של טחנת האורניום.
• השיטה השנייה באמצעותה ניתן להכין סקנדיום היא כאשר סקנדיום כלורידים מותכים, ליתיום ואשלגן עוברים אלקטרוליזה באמצעות אלקטרודות של אבץ מותך וחוטי טונגסטן.

ת: ליסוד סקנדיום יש תכונות עצומות והשימושים שלו נדונו. חלק מהמאפיינים מובחנים מאוד מיסודות אחרים והוא מגדיר את המטרה והיישומים השונים של היסוד סקנדיום. מחקר נוסף מתרחש בתחום זה לגילוי תכונות ויישומים עדכניים של סקנדיום.

כמה מאפיינים חשובים של סקנדיום הם שמספר המסה של יסוד זה הוא 44.96 u. סקנדיום שייך לקבוצה 3, תקופה 4, ולגוש d של הטבלה המחזורית. המבנה האטומי של סקנדיום מורכב מ-21 פרוטונים ו-24 נויטרונים. סקנדיום מציג גם תכונות של אלקטרושליליות מכיוון שהיא מתכת. האלקטרושליליות של סקנדיום גבוהה יחסית, כלומר 1.36.

סקנדיום נמצא בדרך כלל בכדור הארץ במצב חמצון +3. היסוד סקנדיום, כשהוא במצב חמצון, דומה מאוד למתכות נדירות אחרות על פני כדור הארץ. בשל הרדיוס היוני הקטן משמעותית שלו, חלק מההתנהגות והמאפיינים של סקנדיום נדירים מיסודות אדמה אחרים. מאותה סיבה, היסוד סקנדיום, בצורתו היונית, הוא חומצה חזקה יחסית וגם בעל נטייה גבוהה יותר ליצירת גווני עור.

ת: סקנדיום הוא אחד היסודות הכימיים, גם מתכת נדירה שנמצאת על פני כדור הארץ. בשנת 1871, דמיטרי איבנוביץ' מנדלייב, כימאי רוסי, חזה את קיומו של יסוד זה. אז הוא התגלה מאוחר יותר על ידי לארס פרדריק נילסון בשנת 1879. הוא מיוצג על ידי הסמל "S". בטבלה המחזורית, המספר האטומי של סקנדיום הוא 21. המשקל האטומי, לעומת זאת, הוא 44.965 גרם/מול. על פני כדור הארץ, סקנדיום או "Sc" נמצא בדרך כלל בסקנדנביה. הוא מתרחש ככמויות זעירות במינים רבים של מינרלים המצויים על פני כדור הארץ. ישנם מספר מאפיינים וכן שימושים באלמנט סקנדיום.

סקנדיום הוא גם אחד האלמנטים היקרים בשל המחסור והייצור המוגבל שלו. המחיר של סקנדיום טהור יכול להיות בערך 7000 $ לק"ג מעל אפילו יותר מזה. לסקנדיום יש גם שפע קוסמי גבוה. כמו כן, זהו היסוד העשרים ושלושה (23) השופע ביותר בשמש.

זהו יסוד שנחשב לא רעיל. אמנם, אין הרבה מחקר מקיף במונחים של בעיות בריאות ובטיחות עם סקנדיום. סקנדיום כלוריד הוא תרכובת שיכולה להיות במינון קטלני. לכן, יש לטפל בתרכובת זו ובתרכובות אחרות של סקנדיום בזהירות מכיוון שניתן לשקול אותן כרעילות בינונית.

ת: השפעות סקנדיום על הסביבה:

סקנדיום מושלך לסביבה במקומות רבים ושונים, בעיקר על ידי תעשיות המייצרות דלק. זה יכול גם להיכנס לסביבה כאשר ציוד ביתי נזרק לפח. סקנדיום יצטבר בהדרגה בקרקעות ובקרקעות מים וזה יוביל בסופו של דבר להגדלת הריכוזים בבני אדם, בבעלי חיים ובחלקיקי אדמה.

עם חיות מים סקנדיום גורם לנזק לממברנות התא, שיש לו מספר השפעות שליליות על הרבייה ועל תפקודי מערכת העצבים.

ת: השפעות בריאותיות של סקנדיום:

לסקנדיום אין תפקיד ביולוגי. רק כמויות קטנות מגיעות לשרשרת המזון, כך שהצריכה היומית של האדם הממוצעת היא פחות מ-0.1 מיקרוגרם.

סקאדיום אינו רעיל, אם כי היו הצעות שחלק מהתרכובות שלו עשויות להיות סרטניות.

סקנדיום מסוכן בעיקר בסביבת העבודה, בשל העובדה שניתן לשאוף לחות וגזים עם אוויר. זה יכול לגרום לתסחיפים ריאות, במיוחד במהלך חשיפה ארוכת טווח. סקנדיום יכול להוות איום על הכבד כאשר הוא מצטבר בגוף האדם.

ת: סקנדיום מופץ בדלילות ומופיע בכמויות עקבות במינרלים רבים. מינרלים נדירים מסקנדינביה ומדגסקר כמו טורטבייט, אוקסניט וגדוליניט הם המקורות המרוכזים היחידים הידועים של יסוד זה. Thortveitite יכול להכיל עד 45% של סקנדיום בצורה של תחמוצת סקנדיום.

ת: סקנדיום-44 הוא איזוטופ רפואי מבטיח להדמיית פליטת פוזיטרונים (PET). PET מאפשר לרופאים למדוד את פעילות התאים בגוף כדי לסייע בזיהוי סרטן, מחלות לב ומצבים אחרים. ניתן לייצר סקנדיום-44 באמצעות התפרקות רדיואקטיבית של טיטניום-44. מכיוון שהוא מתפרק הרבה יותר לאט מאשר סקנדיום-44, אותה אצווה של טיטניום-44 יכולה לייצר מספיק סקנדיום-44 לשנים רבות של סריקות PET. האתגר הוא להפריד בצורה מהימנה בין סקנדיום-44 מטיטניום-44 בבתי חולים. כעת לחוקרים יש פתרון חדש. הם השתמשו במולקולה אורגנית שנקראת הידרוקסמט כדי לבטל טיטניום-44 על שרף. לאחר מכן, הם העבירו נוזל שנועד להסיר רק את הסקנדיום -44 דרך השרף. תהליך זה יכול לחזור על עצמו ככל שמיוצרים יותר סקנדיום-44 בכל יום.

ת: ניתן למצוא סקנדיום במספר פריטי מזון כגון אגוזי חמאה, אגוזי לוז מצויים, קוקוס ואגוזי קשיו, מה שהופך את הסקנדיום לסמן ביולוגי פוטנציאלי לצריכת מוצרי מזון אלו.

ת: באמצעות תהליך סגסוגת מיקרו, סקנדיום יכול לעזור להגביר את החוזק ואת יכולת הריתוך של שלדת אלומיניום תוך יצירת חיסכון משמעותי בדלק למפעילי חברות התעופה. לסגסוגות אלומיניום-סקנדיום יש פוטנציאל להוזיל את עלויות הייצור הישירות ולמקסם את קיבולת הייצור והתיקון.

ת: סקנדיום משמש בסגסוגות אלומיניום-סקנדיום לרכיבים בתעשייה האווירית ולציוד ספורט כגון שלדות אופניים, חכות דייג, פירי ברזל גולף ומחבטי בייסבול. סקנדיום יודיד משמש במנורות אדי כספית, המשמשות לשכפול אור השמש באולפנים לתעשיית הקולנוע והטלוויזיה.

ת: הנה כמה התקדמות עתידיות פוטנציאליות בסגסוגת סקנדיום:

● הדפסת תלת מימד

ניתן להשתמש באבקות סגסוגת Sc-Al להדפסת תלת מימד של מבני מתכת מורכבים.

● הגנה

סגסוגות סקנדיום-אלומיניום יכולות להחליף שריון פלדה בעל חוזק גבוה בפלטפורמות צבאיות וסגסוגות טיטניום בדרגת תעופה וחלל במטוסי קרב.

● קל משקל

סגסוגות סקנדיום יכולות להפחית את משקל כלי הרכב, מה שיכול לשפר את צריכת הדלק.

● תאי דלק תחמוצת מוצק

ניתן להשתמש בסקנדיום בתאי דלק תחמוצת מוצקה עבור יישומים שימושיים ומסחריים.

ת: כן, סקנדיום יכול להיות סגסוגת עם מתכות אחרות כדי ליצור סגסוגות סקנדיום. הסגסוגת הנפוצה ביותר היא סגסוגת אלומיניום-סקנדיום, המכונה לעתים קרובות "סגסוגת סקנדיום-אלומיניום" או פשוט "סגסוגת סקנדיום". סגסוגת זו מכילה בדרך כלל אחוז קטן של סקנדיום, לרוב בטווח של 0.1% עד 0.5%. תוספת של סקנדיום לאלומיניום יכולה לשפר תכונות מסוימות של הסגסוגת.

ת: סקנדיום יכול להשפיע באופן משמעותי על המבנה והתכונות של סגסוגות אלומיניום. סקנדיום יכול:

● שפר כוח

סקנדיום יכול לחזק את האלומיניום בשלוש דרכים:

● שפר את יכולת הריתוך

סקנדיום יכול להפחית סדקים חמים בריתכות ולהגביר את החוזק בריתוכים.

● שיפור עמידות בפני קורוזיה

סקנדיום יכול לשפר או לייצב את משיכות החומר.

● שפר את התנהגות העייפות

סקנדיום יכול ליצור סגסוגות סופר-פלסטיק שיכולות להיווצר בקצבי מתח של עד 10-2 s-1.

ת: כן, סגסוגות סקנדיום ניתנות למיחזור מלא. ניתן לשלב אותם עם סגסוגות אחרות מבלי לזהם את זרמי המחזור. עם זאת, זה עשוי להיות חסכוני יותר להפריד אותם על סמך ערך.