ম্যাজিকাল রেয়ার আর্থ এলিমেন্টস স্ক্যান্ডিয়াম

Sক্যান্ডিয়াম, উপাদান প্রতীক Sc এবং 21 এর পারমাণবিক সংখ্যা সহ, জলে সহজে দ্রবণীয়, গরম জলের সাথে যোগাযোগ করতে পারে এবং বাতাসে সহজেই অন্ধকার হয়ে যায়। এর প্রধান ভ্যালেন্স হল +3। এটি প্রায়শই গ্যাডোলিনিয়াম, এর্বিয়াম এবং অন্যান্য উপাদানের সাথে মিশ্রিত হয়, যার ফলন কম থাকে এবং ভূত্বকের মধ্যে প্রায় 0.0005% এর উপাদান থাকে। স্ক্যান্ডিয়াম প্রায়শই বিশেষ কাচ এবং লাইটওয়েট উচ্চ-তাপমাত্রার মিশ্রণ তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়।

বর্তমানে, বিশ্বে স্ক্যান্ডিয়ামের প্রমাণিত মজুদ মাত্র 2 মিলিয়ন টন, যার 90-95% বক্সাইট, ফসফরাইট এবং আয়রন টাইটানিয়াম আকরিক এবং ইউরেনিয়াম, থোরিয়াম, টংস্টেন এবং বিরল আর্থ আকরিকের একটি ছোট অংশ রয়েছে। রাশিয়া, চীন, তাজিকিস্তান, মাদাগাস্কার, নরওয়ে এবং অন্যান্য দেশে বিতরণ করা হয়েছে। চীন স্ক্যান্ডিয়াম সম্পদে অত্যন্ত সমৃদ্ধ, স্ক্যান্ডিয়াম সম্পর্কিত বিশাল খনিজ মজুদ রয়েছে। অসম্পূর্ণ পরিসংখ্যান অনুসারে, চীনে স্ক্যান্ডিয়ামের মজুদ প্রায় 600000 টন, যা দক্ষিণ চীনে বক্সাইট এবং ফসফরাইট আমানত, পোরফাইরি এবং কোয়ার্টজ শিরা টংস্টেন আমানত, দক্ষিণ চীনে বিরল পৃথিবীর আমানত, বায়ান ওবো বিরল আর্থ লৌহ আকরিক আমানতে রয়েছে। অভ্যন্তরীণ মঙ্গোলিয়া, এবং সিচুয়ানে পানঝিহুয়া ভ্যানডিয়াম টাইটানিয়াম ম্যাগনেটাইট আমানত।

স্ক্যান্ডিয়ামের অভাবের কারণে, স্ক্যান্ডিয়ামের দামও খুব বেশি, এবং তার শীর্ষে, স্ক্যান্ডিয়ামের দাম সোনার দামের 10 গুণে স্ফীত হয়েছিল। স্ক্যান্ডিয়ামের দাম কমলেও তা এখনও সোনার দামের চারগুণ!

ইতিহাস আবিষ্কার

1869 সালে, মেন্ডেলিভ ক্যালসিয়াম (40) এবং টাইটানিয়াম (48) এর মধ্যে পারমাণবিক ভরের একটি ব্যবধান লক্ষ্য করেছিলেন এবং ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন যে এখানে একটি অনাবিষ্কৃত মধ্যবর্তী পারমাণবিক ভর উপাদান রয়েছে। তিনি ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন যে এর অক্সাইড হল X ₂ O Å। স্ক্যান্ডিয়াম 1879 সালে সুইডেনের উপসালা বিশ্ববিদ্যালয়ের লার্স ফ্রেডেরিক নিলসন আবিষ্কার করেছিলেন। তিনি এটি কালো বিরল সোনার খনি থেকে বের করেন, একটি জটিল আকরিক যাতে 8 ধরনের ধাতব অক্সাইড রয়েছে। তিনি আহরণ করেছেনErbium(III) অক্সাইডকালো বিরল সোনার আকরিক থেকে, এবং প্রাপ্তYtterbium(III) অক্সাইডএই অক্সাইড থেকে, এবং লাইটার উপাদানের আরেকটি অক্সাইড আছে, যার বর্ণালী দেখায় যে এটি একটি অজানা ধাতু। এটি মেন্ডেলিভ দ্বারা ভবিষ্যদ্বাণী করা ধাতু, যার অক্সাইডSc₂O₃. স্ক্যান্ডিয়াম ধাতু নিজেই থেকে উত্পাদিত হয়স্ক্যান্ডিয়াম ক্লোরাইড1937 সালে ইলেক্ট্রোলাইটিক গলনের মাধ্যমে।

মেন্ডেলিভ

ইলেক্ট্রন কনফিগারেশন

ইলেক্ট্রন কনফিগারেশন: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

স্ক্যান্ডিয়াম ধাতু

স্ক্যান্ডিয়াম হল একটি নরম, রূপালী সাদা রূপান্তরিত ধাতু যার গলনাঙ্ক 1541 ℃ এবং একটি ফুটন্ত বিন্দু 2831 ℃।

এটির আবিষ্কারের পর একটি উল্লেখযোগ্য সময়ের জন্য, স্ক্যান্ডিয়ামের ব্যবহার এটির উৎপাদনে অসুবিধার কারণে প্রদর্শিত হয়নি। বিরল পৃথিবীর উপাদান বিচ্ছেদ পদ্ধতির ক্রমবর্ধমান উন্নতির সাথে, এখন স্ক্যান্ডিয়াম যৌগগুলিকে বিশুদ্ধ করার জন্য একটি পরিপক্ক প্রক্রিয়া প্রবাহ রয়েছে। যেহেতু স্ক্যান্ডিয়াম ইট্রিয়াম এবং ল্যান্থানাইডের তুলনায় কম ক্ষারযুক্ত, হাইড্রক্সাইড সবচেয়ে দুর্বল, তাই স্ক্যান্ডিয়াম ধারণকারী বিরল আর্থ উপাদান মিশ্রিত খনিজটিকে "ধাপ বৃষ্টিপাত" পদ্ধতিতে বিরল আর্থ উপাদান থেকে আলাদা করা হবে যখন স্ক্যান্ডিয়াম(III) হাইড্রক্সাইডকে অ্যামোনিয়া দিয়ে চিকিত্সা করা হয়। সমাধানে স্থানান্তরিত হচ্ছে। অন্য পদ্ধতি হল নাইট্রেটের পোলার পচন দ্বারা স্ক্যান্ডিয়াম নাইট্রেটকে পৃথক করা। যেহেতু স্ক্যান্ডিয়াম নাইট্রেট পচে যাওয়া সবচেয়ে সহজ, স্ক্যান্ডিয়াম আলাদা করা যেতে পারে। এছাড়াও, ইউরেনিয়াম, থোরিয়াম, টাংস্টেন, টিন এবং অন্যান্য খনিজ আমানত থেকে স্ক্যান্ডিয়ামের ব্যাপক পুনরুদ্ধারও স্ক্যান্ডিয়ামের একটি গুরুত্বপূর্ণ উত্স।

একটি বিশুদ্ধ স্ক্যান্ডিয়াম যৌগ পাওয়ার পর, এটি ScCl Å তে রূপান্তরিত হয় এবং KCl এবং LiCl এর সাথে গলিত হয়। গলিত দস্তা ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য ক্যাথোড হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যার ফলে স্ক্যান্ডিয়াম দস্তা ইলেক্ট্রোডের উপর প্রসারিত হয়। তারপরে, ধাতব স্ক্যান্ডিয়াম পেতে দস্তা বাষ্পীভূত হয়। এটি খুব সক্রিয় রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য সহ একটি হালকা ওজনের রূপালী সাদা ধাতু, যা হাইড্রোজেন গ্যাস উৎপন্ন করতে গরম জলের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে। সুতরাং আপনি ছবিতে যে ধাতব স্ক্যান্ডিয়ামটি দেখছেন সেটি একটি বোতলে সিল করা হয়েছে এবং আর্গন গ্যাস দিয়ে সুরক্ষিত, অন্যথায় স্ক্যান্ডিয়াম দ্রুত একটি গাঢ় হলুদ বা ধূসর অক্সাইড স্তর তৈরি করবে, তার চকচকে ধাতব দীপ্তি হারাবে।

অ্যাপ্লিকেশন

আলো শিল্প

স্ক্যান্ডিয়ামের ব্যবহারগুলি খুব উজ্জ্বল দিকগুলিতে কেন্দ্রীভূত, এবং এটিকে আলোর পুত্র বলা অত্যুক্তি নয়। স্ক্যান্ডিয়ামের প্রথম ম্যাজিক অস্ত্রকে বলা হয় স্ক্যান্ডিয়াম সোডিয়াম ল্যাম্প, যা ব্যবহার করে হাজার হাজার ঘরে আলো আনা যায়। এটি একটি ধাতব হ্যালাইড বৈদ্যুতিক আলো: বাল্বটি সোডিয়াম আয়োডাইড এবং স্ক্যান্ডিয়াম ট্রাইওডাইড দিয়ে ভরা হয় এবং একই সাথে স্ক্যান্ডিয়াম এবং সোডিয়াম ফয়েল যোগ করা হয়। উচ্চ-ভোল্টেজ স্রাবের সময়, স্ক্যান্ডিয়াম আয়ন এবং সোডিয়াম আয়ন যথাক্রমে তাদের বৈশিষ্ট্যযুক্ত নির্গমন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো নির্গত করে। সোডিয়ামের বর্ণালী রেখাগুলি হল 589.0 এবং 589.6 এনএম, দুটি বিখ্যাত হলুদ আলো, যখন স্ক্যান্ডিয়ামের বর্ণালী রেখাগুলি হল 361.3~424.7 এনএম, কাছাকাছি অতিবেগুনী এবং নীল আলোর নির্গমনের একটি সিরিজ। যেহেতু তারা একে অপরের পরিপূরক, উত্পাদিত সামগ্রিক হালকা রঙ হল সাদা আলো। এটি সঠিকভাবে কারণ স্ক্যান্ডিয়াম সোডিয়াম ল্যাম্পগুলির উচ্চ উজ্জ্বল দক্ষতা, ভাল আলোর রঙ, শক্তি সঞ্চয়, দীর্ঘ পরিষেবা জীবন এবং শক্তিশালী কুয়াশা ভাঙার ক্ষমতার বৈশিষ্ট্য রয়েছে যে সেগুলি টেলিভিশন ক্যামেরা, স্কোয়ার, খেলার স্থান এবং রাস্তার আলোর জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে, এবং তৃতীয় প্রজন্মের আলোর উত্স হিসাবে পরিচিত। চীনে, এই ধরণের বাতি ধীরে ধীরে একটি নতুন প্রযুক্তি হিসাবে প্রচার করা হচ্ছে, যখন কিছু উন্নত দেশে, 1980 এর দশকের প্রথম দিকে এই ধরণের বাতি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছিল।

স্ক্যান্ডিয়ামের দ্বিতীয় জাদু অস্ত্র হল সৌর ফটোভোলটাইক কোষ, যা মাটিতে ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকা আলো সংগ্রহ করতে পারে এবং মানব সমাজকে চালিত করার জন্য বিদ্যুতে পরিণত করতে পারে। স্ক্যান্ডিয়াম হল মেটাল ইনসুলেটর সেমিকন্ডাক্টর সিলিকন সোলার সেল এবং সোলার সেলের সেরা বাধা ধাতু।

এর তৃতীয় ম্যাজিক অস্ত্রকে বলা হয় γ A রশ্মির উৎস, এই জাদু অস্ত্রটি নিজেই উজ্জ্বলভাবে জ্বলতে পারে, কিন্তু এই ধরনের আলো খালি চোখে পাওয়া যায় না, এটি একটি উচ্চ-শক্তি ফোটন প্রবাহ। আমরা সাধারণত খনিজ থেকে 45Sc বের করি, যা স্ক্যান্ডিয়ামের একমাত্র প্রাকৃতিক আইসোটোপ। প্রতিটি 45Sc নিউক্লিয়াসে 21টি প্রোটন এবং 24টি নিউট্রন থাকে। 46Sc, একটি কৃত্রিম তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ, γ বিকিরণ উত্স হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে বা ম্যালিগন্যান্ট টিউমারের রেডিওথেরাপির জন্য ট্রেসার পরমাণুও ব্যবহার করা যেতে পারে। ইট্রিয়াম গ্যালিয়াম স্ক্যান্ডিয়াম গারনেট লেজারের মতো অ্যাপ্লিকেশনও রয়েছে,স্ক্যান্ডিয়াম ফ্লোরাইডগ্লাস ইনফ্রারেড অপটিক্যাল ফাইবার, এবং টেলিভিশনে স্ক্যান্ডিয়াম প্রলিপ্ত ক্যাথোড রে টিউব। মনে হচ্ছে স্ক্যান্ডিয়াম উজ্জ্বলতা নিয়ে জন্মেছে।

খাদ শিল্প

স্ক্যান্ডিয়াম তার মৌলিক আকারে ডোপিং অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়েসের জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। যতক্ষণ পর্যন্ত অ্যালুমিনিয়ামে স্ক্যান্ডিয়ামের কয়েক হাজার ভাগ যোগ করা হয়, ততক্ষণ একটি নতুন Al3Sc ফেজ তৈরি হবে, যা অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়ে মেটামরফিজম ভূমিকা পালন করবে এবং অ্যালুমিনিয়ামের গঠন এবং বৈশিষ্ট্যগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করবে। 0.2%~0.4% Sc যোগ করা (যা আসলেই বাড়ীতে ভাজা সবজি নাড়াতে লবণ যোগ করার অনুপাতের অনুরূপ, শুধুমাত্র একটু প্রয়োজন) খাদটির পুনঃপ্রতিষ্ঠার তাপমাত্রা 150-200 ℃ বৃদ্ধি করতে পারে এবং উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চতর উন্নতি করতে পারে -তাপমাত্রা শক্তি, কাঠামোগত স্থিতিশীলতা, ঢালাই কর্মক্ষমতা, এবং জারা প্রতিরোধের. এটি উচ্চ তাপমাত্রায় দীর্ঘমেয়াদী কাজের সময় ঘটতে পারে এমন অস্বস্তিকর ঘটনাটিও এড়াতে পারে। উচ্চ শক্তি এবং উচ্চ দৃঢ়তা অ্যালুমিনিয়াম খাদ, নতুন উচ্চ-শক্তি জারা-প্রতিরোধী ঢালাইযোগ্য অ্যালুমিনিয়াম খাদ, নতুন উচ্চ-তাপমাত্রা অ্যালুমিনিয়াম খাদ, উচ্চ-শক্তি নিউট্রন বিকিরণ প্রতিরোধী অ্যালুমিনিয়াম খাদ, ইত্যাদি, মহাকাশ, বিমান, জাহাজে খুব আকর্ষণীয় বিকাশের সম্ভাবনা রয়েছে। পারমাণবিক চুল্লি, হালকা যান এবং উচ্চ গতির ট্রেন।

স্ক্যান্ডিয়াম লোহার জন্যও একটি চমৎকার সংশোধক, এবং অল্প পরিমাণ স্ক্যান্ডিয়াম ঢালাই লোহার শক্তি এবং কঠোরতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে। উপরন্তু, স্ক্যান্ডিয়াম উচ্চ-তাপমাত্রা টংস্টেন এবং ক্রোমিয়াম অ্যালয়গুলির জন্য একটি সংযোজন হিসাবেও ব্যবহার করা যেতে পারে। অবশ্যই, অন্যদের জন্য বিবাহের পোশাক তৈরির পাশাপাশি, স্ক্যান্ডিয়ামের একটি উচ্চ গলনাঙ্ক রয়েছে এবং এর ঘনত্ব অ্যালুমিনিয়ামের মতো, এবং উচ্চ গলনাঙ্কের লাইটওয়েট অ্যালয় যেমন স্ক্যান্ডিয়াম টাইটানিয়াম অ্যালয় এবং স্ক্যান্ডিয়াম ম্যাগনেসিয়াম অ্যালয় ব্যবহার করা হয়। যাইহোক, এর উচ্চ মূল্যের কারণে, এটি সাধারণত শুধুমাত্র উচ্চ পর্যায়ের উত্পাদন শিল্প যেমন স্পেস শাটল এবং রকেটগুলিতে ব্যবহৃত হয়।

সিরামিক উপাদান

স্ক্যান্ডিয়াম, একটি একক পদার্থ, সাধারণত সংকর ধাতুগুলিতে ব্যবহৃত হয় এবং এর অক্সাইডগুলি একইভাবে সিরামিক সামগ্রীতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। টেট্রাগোনাল জিরকোনিয়া সিরামিক উপাদান, যা কঠিন অক্সাইড জ্বালানী কোষের জন্য একটি ইলেক্ট্রোড উপাদান হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে, এর একটি অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে যেখানে এই ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা তাপমাত্রা এবং পরিবেশে অক্সিজেনের ঘনত্বের সাথে বৃদ্ধি পায়। যাইহোক, এই সিরামিক উপাদানের স্ফটিক কাঠামো স্থিরভাবে বিদ্যমান থাকতে পারে না এবং এর কোন শিল্প মূল্য নেই; এটির মূল বৈশিষ্ট্যগুলি বজায় রাখার জন্য এই কাঠামোটি ঠিক করতে পারে এমন কিছু পদার্থের ডোপিং করা প্রয়োজন। 6~10% স্ক্যান্ডিয়াম অক্সাইড যোগ করা একটি কংক্রিটের কাঠামোর মতো, যাতে জিরকোনিয়া একটি বর্গাকার জালিতে স্থিতিশীল হতে পারে।

এছাড়াও রয়েছে ইঞ্জিনিয়ারিং সিরামিক উপকরণ যেমন উচ্চ-শক্তি এবং উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধী সিলিকন নাইট্রাইড ঘনত্বকারী এবং স্টেবিলাইজার হিসাবে।

ঘনত্বকারী হিসাবে,স্ক্যান্ডিয়াম অক্সাইডসূক্ষ্ম কণার প্রান্তে একটি অবাধ্য ফেজ Sc2Si2O7 গঠন করতে পারে, এইভাবে ইঞ্জিনিয়ারিং সিরামিকের উচ্চ-তাপমাত্রার বিকৃতি হ্রাস করে। অন্যান্য অক্সাইডের সাথে তুলনা করে, এটি সিলিকন নাইট্রাইডের উচ্চ-তাপমাত্রার যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে আরও উন্নত করতে পারে।

অনুঘটক রসায়ন

রাসায়নিক প্রকৌশলে, স্ক্যান্ডিয়াম প্রায়ই একটি অনুঘটক হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যখন Sc2O3 ইথানল বা আইসোপ্রোপ্যানলের ডিহাইড্রেশন এবং ডিঅক্সিডেশন, অ্যাসিটিক অ্যাসিডের পচন এবং CO এবং H2 থেকে ইথিলিন উৎপাদনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। Sc2O3 ধারণকারী Pt Al অনুঘটকটি পেট্রোকেমিক্যাল শিল্পে ভারী তেল হাইড্রোজেনেশন পরিশোধন এবং পরিশোধন প্রক্রিয়াগুলির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ অনুঘটক। কিউমেনের মতো অনুঘটক ক্র্যাকিং প্রতিক্রিয়ায়, Sc-Y জিওলাইট অনুঘটকের কার্যকলাপ অ্যালুমিনিয়াম সিলিকেট অনুঘটকের তুলনায় 1000 গুণ বেশি; কিছু ঐতিহ্যগত অনুঘটকের সাথে তুলনা করে, স্ক্যান্ডিয়াম অনুঘটকের বিকাশের সম্ভাবনা খুব উজ্জ্বল হবে।

পারমাণবিক শক্তি শিল্প

উচ্চ-তাপমাত্রার চুল্লির পারমাণবিক জ্বালানীতে UO2-তে অল্প পরিমাণ Sc2O3 যোগ করলে তা UO2 থেকে U3O8 রূপান্তরের কারণে জালির রূপান্তর, আয়তন বৃদ্ধি এবং ক্র্যাকিং এড়াতে পারে।

ফুয়েল সেল

একইভাবে, নিকেল অ্যালকালি ব্যাটারিতে 2.5% থেকে 25% স্ক্যান্ডিয়াম যোগ করলে তাদের পরিষেবা জীবন বৃদ্ধি পাবে।

কৃষি প্রজনন

কৃষিতে, ভুট্টা, বীট, মটর, গম এবং সূর্যমুখীর মতো বীজগুলিকে স্ক্যান্ডিয়াম সালফেট দিয়ে চিকিত্সা করা যেতে পারে (ঘনত্ব সাধারণত 10-3 ~ 10-8mol/L, বিভিন্ন গাছপালা আলাদা হবে), এবং অঙ্কুরোদগম প্রচারের প্রকৃত প্রভাব অর্জন করা হয়েছে। 8 ঘন্টা পরে, চারাগুলির তুলনায় শিকড় এবং কুঁড়িগুলির শুকনো ওজন যথাক্রমে 37% এবং 78% বৃদ্ধি পেয়েছে, তবে প্রক্রিয়াটি এখনও অধ্যয়নের অধীনে রয়েছে।

পারমাণবিক ভর ডেটার ঋণের প্রতি নিলসনের মনোযোগ থেকে আজ পর্যন্ত, স্ক্যান্ডিয়াম মানুষের দৃষ্টিভঙ্গি মাত্র একশ বা বিশ বছর ধরে প্রবেশ করেছে, কিন্তু এটি প্রায় একশ বছর ধরে বেঞ্চে বসে আছে। গত শতাব্দীর শেষভাগে বস্তু বিজ্ঞানের জোরালো বিকাশের আগ পর্যন্ত এটি তাকে প্রাণশক্তি এনে দেয়নি। আজ, স্ক্যান্ডিয়াম সহ বিরল পৃথিবীর উপাদানগুলি পদার্থ বিজ্ঞানে হট স্টার হয়ে উঠেছে, হাজার হাজার সিস্টেমে নিরন্তর পরিবর্তনশীল ভূমিকা পালন করছে, প্রতিদিন আমাদের জীবনে আরও সুবিধা এনেছে এবং অর্থনৈতিক মূল্য তৈরি করছে যা পরিমাপ করা আরও কঠিন।