شرح عن عنصر السكانديوم

شرح عن عنصر السكانديوم

السكانديوم (بالإنجليزية: Scandium)؛ هو عنصر كيميائي رمزه (Sc)، والسكانديوم هو معدن انتقالي، ويعتبر أيضًا عنصرًا أرضيًا نادرًا؛ نظرًا لخصائصه الكيميائية المتشابهة مع بعض الخامات مثل: صعوبة استخراجه وفصله عن العناصر الأخرى، ويوجد السكانديوم في المجموعة 3 في الجدول الدوري، وتسمى أيضًا المجموعة 1B، والسكانديوم هو معدن أبيض فضي ناعم إلى حدٍ ما، له كثافة تبلغ حوالي ثلاثة أضعاف كثافة الماء، ويعتبر عنصرًا مستقرًا إلى حدٍ ما في الهواء، ولكن لونه يتغير ببطء من الأبيض الفضي إلى المصفر؛ بسبب تكوين أكسيد السكانديوم () على سطحه عند تعرضه للهواء.^[١][٢]

يذوب معدن السكانديوم ببطء في الأحماض المخففة؛ باستثناء حمض الهيدروفلوريك (HF)، وتعد الوفرة الكونية للسكانديوم عالية نسبيًا، وعلى الرغم من أنه لا يمثل سوى العنصر الخمسين الأكثر وفرة على الأرض (وفرته مماثلة لتلك الموجودة في البريليوم)، إلا أنه يمثل العنصر الثالث والعشرين الأكثر وفرة في الشمس.^[١]

خصائص السكانديوم

للسكانديوم خصائص تميزه عن غيره من العناصر، ومن أهم هذه الخصائص ما يأتي:^[٢][٣]

• العدد الذري: 21
• العدد الكتلي: 44.95
• حالة التأكسد: +3
• الحالة الفيزيائية: صلب في درجة حرارة الغرفة.
• كثافة العنصر: 2.99 جم/سم.
• درجة الانصهار: 1541 درجة مؤية.
• درجة الغليان: 2836 درجة مؤية.
• عدد النظائر: 13

استخدامات عنصر السكانديوم

يتمتع السكانديوم بإمكانيات كبيرة جدًا، لأنه يحتوي على كثافة منخفضة تقريبًا مثل الألومنيوم ونقطة انصهار أعلى بكثير، وهذه الخصائص تضمن للسكانديوم استخدامات كثيرة، أهمها:^[٤][١]

• يستخدم السكانديوم بشكل رئيسي لأغراض البحث.
• يستخدم السكانديوم كمادة مضافة للسبائك المصنوعة من الألمنيوم، إذ يتم استخدام سبائك الألومنيوم-سكانديوم في الطائرات الروسية المقاتلة (MIG)، وإطارات الدراجات المتطورة، ومضارب البيسبول، ومختلف السلع الرياضية.
• يمكن إضافة السكانديوم إلى مصابيح الهاليد المعدنية عالية الكثافة، إذ يضاف يوديد السكانديوم إلى مصابيح بخار الزئبق، لإنتاج مصدر ضوء عالي الكفاءة يشبه ضوء الشمس، وتساعد هذه المصابيح كاميرات التلفزيون على إعادة إنتاج الألوان بشكل جيد عند التصوير في الداخل، أو في الليل بغياب ضوء الشمس.
• يستخدم النظير المشع سكانديوم 46 أيضًا كمتتبع في عملية تكرير النفط لمراقبة حركة الأجزاء المختلفة، كما يمكن استخدامه في الأنابيب تحت الأرض لاكتشاف التسربات.

تاريخ اكتشاف عنصر السكانديوم

في عام 1869م، تنبأ الكيميائي الروسي دميتري مينديليف؛ مخترع الجدول الدوري، بوجود عنصر كيميائي أطلق عليه اسم "إيكابورون"، الذي سيكون له وزن ذري بين 40 من الكالسيوم و48 من التيتانيوم، واكتشف لارس فريدريك نيلسون؛ الكيميائي السويدي هذا العنصر في عام 1879م، عند فحص أطياف معادن الأوكسينيت والجادولينيت، وأُطلق عليه فيما بعد اسم السكانديوم، وقد سمي عنصر السكانديوم في ذلك الوقت بالاسم اللاتيني للكلمة الإسكندنافية "سكانديا"، نظرًا لأن المعادن التي كان فيها السكانديوم في ذلك الوقت وجدت فقط في شبه الجزيرة الاسكندنافية، وأشار العلماء في وقتٍ لاحق إلى أن عنصر السكانديوم الذي اكتشفه نيلسون كان متطابقًا مع إيكابورون الذي تنبأ به مندليف.^[٢][٣]

في المحاولة الأولى لعزل السكانديوم، قام نيلسون وفريقه بمعالجة 10 كيلوغرامات من الأوكسينيت، وتمكنوا من إنتاج حوالي جرامين من أكسيد السكانديوم، ولكن لم يتم إنتاج السكانديوم المعدني حتى عام 1937م من قبل الكيميائيين الألمان؛ فيرنر فيشر، وكارل برونجر، وهانز غرينسيسن، وفي عام 1960م، تم إنتاج 99% من عنصر السكانديوم النقي.^[٢]

وفرة عنصر السكانديوم في الطبيعة

يكون عنصر السكانديوم أكثر وفرة في الشمس وبعض النجوم منها على الأرض، إذ يتم توزيعه على نطاق واسع جدًا على الأرض، ويتواجد السكانديوم بكميات صغيرة جدًا في أكثر من 800 نوع من المعادن، ويقال إن اللون الأزرق للبريل (صنف الزبرجد) يرجع إلى السكانديوم، كما يوجد السكانديوم كمكوِّن رئيسي في معدن الثورتفيتيت النادر؛ الموجود في الدول الاسكندنافية والملغاشية، ويتم العثور على السكانديوم أيضًا بنسب صغيرة، (أقل من 0.2%) في العديد من خامات اللانثانيدات الثقيلة، وفي العديد من خامات القصدير، واليورانيوم، والتنغستن، والبازيت.^[٣][١]

يتم حاليًا استرداد معظم معادن السكانديوم من سيليكات السكانديوم "Thortveitite"، وهو المعدن الوحيد الذي يحتوي على كميات كبيرة من السكانديوم؛ ما يقارب حوالي 34%، إلا أن هذا المعدن نادر جدًا، ولا يعد مصدرًا مهمًا للسكانديوم للأسف، أو يتم استخراجه كمنتج ثانوي من مخلفات مطاحن اليورانيوم، وقد تم تحضير السكانديوم المعدن لأول مرة في عام 1937م من قبل فيشر وبرونجر وجرينيلوس، الذين قاموا بتحليل ذوبان الانصهار للبوتاسيوم والليثيوم وكلوريد السكانديوم عند 700 إلى 800 درجة مئوية، وقاموا باستخدام سلك التنغستن، ومجموعة من الزنك المصهور كأقطاب كهربائية في بوتقة الجرافيت، ويتم الآن إنتاج السكانديوم النقي عن طريق تقليل فلوريد السكانديوم بمعدن الكالسيوم.^[٣]