جادوئی نایاب زمینی عناصر اسکینڈیم

Scandiumعنصر کی علامت Sc اور 21 کے جوہری نمبر کے ساتھ، پانی میں آسانی سے گھلنشیل ہے، گرم پانی کے ساتھ تعامل کر سکتا ہے، اور ہوا میں آسانی سے سیاہ ہو جاتا ہے۔ اس کا بنیادی توازن +3 ہے۔ یہ اکثر گیڈولینیم، ایربیئم اور دیگر عناصر کے ساتھ ملایا جاتا ہے، جس کی پیداوار کم ہوتی ہے اور کرسٹ میں تقریباً 0.0005 فیصد مواد ہوتا ہے۔ اسکینڈیم کو اکثر خاص شیشے اور ہلکے وزن والے اعلی درجہ حرارت کے مرکب بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

اس وقت دنیا میں اسکینڈیم کے ثابت شدہ ذخائر صرف 2 ملین ٹن ہیں، جن میں سے 90-95% باکسائٹ، فاسفورائٹ اور آئرن ٹائٹینیم کچ دھاتوں میں موجود ہیں، اور یورینیم، تھوریم، ٹنگسٹن اور نایاب زمینی دھاتوں کا ایک چھوٹا سا حصہ، بنیادی طور پر۔ روس، چین، تاجکستان، مڈغاسکر، ناروے اور دیگر ممالک میں تقسیم۔ چین اسکینڈیم کے وسائل سے بہت مالا مال ہے، اسکینڈیم سے متعلق معدنی ذخائر بہت زیادہ ہیں۔ نامکمل اعدادوشمار کے مطابق چین میں اسکینڈیم کے ذخائر تقریباً 600000 ٹن ہیں جو کہ جنوبی چین میں باکسائٹ اور فاسفورائٹ کے ذخائر، پورفری اور کوارٹج رگ کے ٹنگسٹن کے ذخائر، جنوبی چین میں نادر زمین کے ذخائر، بیاان اوبو نادر زمین لوہے کے ذخائر میں موجود ہیں۔ سیچوان میں اندرونی منگولیا، اور Panzhihua vanadium titanium magnetite کا ذخیرہ۔

اسکینڈیم کی کمی کی وجہ سے اسکینڈیم کی قیمت بھی بہت زیادہ ہے اور اپنے عروج پر اسکینڈیم کی قیمت سونے کی قیمت سے 10 گنا بڑھ گئی تھی۔ اگرچہ اسکینڈیم کی قیمت گر گئی ہے، یہ اب بھی سونے کی قیمت سے چار گنا ہے!

تاریخ دریافت کرنا

1869 میں، مینڈیلیف نے کیلشیم (40) اور ٹائٹینیم (48) کے درمیان جوہری ماس میں فرق کو دیکھا، اور پیشین گوئی کی کہ یہاں ایک غیر دریافت شدہ جوہری ماس عنصر بھی موجود ہے۔ اس نے پیش گوئی کی کہ اس کا آکسائیڈ X ₂ O Å ہے۔ اسکینڈیم کو 1879 میں سویڈن کی اپسالا یونیورسٹی کے لارس فریڈرک نیلسن نے دریافت کیا تھا۔ اس نے اسے سیاہ نایاب سونے کی کان سے نکالا، یہ ایک پیچیدہ ایسک ہے جس میں 8 قسم کے دھاتی آکسائیڈ ہوتے ہیں۔ اس نے نکالا ہے۔ایربیم (III) آکسائیڈسیاہ نایاب سونے کی دھات سے، اور حاصل کیاYtterbium(III) آکسائیڈاس آکسائیڈ سے، اور ہلکے عنصر کا ایک اور آکسائیڈ ہے، جس کا سپیکٹرم ظاہر کرتا ہے کہ یہ ایک نامعلوم دھات ہے۔ یہ وہ دھات ہے جس کی پیشن گوئی مینڈیلیف نے کی تھی، جس کا آکسائیڈ ہے۔Sc₂O₃. اسکینڈیم دھات خود سے تیار کی گئی تھی۔اسکینڈیم کلورائیڈ1937 میں الیکٹرولائٹک پگھلنے سے۔

مینڈیلیف

الیکٹران کی ترتیب

الیکٹران کی ترتیب: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

اسکینڈیم دھات

اسکینڈیم ایک نرم، چاندی کی سفید منتقلی دھات ہے جس کا پگھلنے کا نقطہ 1541 ℃ اور ایک ابلتا نقطہ 2831 ℃ ہے۔

اس کی دریافت کے بعد کافی عرصے تک اسکینڈیم کا استعمال اس کی پیداوار میں دشواری کی وجہ سے ظاہر نہیں ہوا۔ نایاب زمینی عنصر کی علیحدگی کے طریقوں کی بڑھتی ہوئی بہتری کے ساتھ، اب اسکینڈیم مرکبات کو صاف کرنے کے لیے ایک پختہ عمل کا بہاؤ ہے۔ چونکہ اسکینڈیم yttrium اور Lanthanide کے مقابلے میں کم الکلین ہے، ہائیڈرو آکسائیڈ سب سے کمزور ہے، اس لیے اسکینڈیم پر مشتمل نایاب زمین عنصر مخلوط معدنیات کو "قدم ورن" کے طریقہ کار کے ذریعے نایاب زمین کے عنصر سے الگ کیا جائے گا جب اسکینڈیم (III) ہائیڈرو آکسائیڈ کو امونیا کے ساتھ علاج کیا جائے گا۔ حل میں منتقل کیا جا رہا ہے۔ دوسرا طریقہ یہ ہے کہ اسکینڈیم نائٹریٹ کو نائٹریٹ کے قطبی گلنے سے الگ کیا جائے۔ چونکہ اسکینڈیم نائٹریٹ گلنا سب سے آسان ہے، اسکینڈیم کو الگ کیا جاسکتا ہے۔ اس کے علاوہ یورینیم، تھوریم، ٹنگسٹن، ٹن اور دیگر معدنی ذخائر سے اسکینڈیم کے ساتھ ملنے والی جامع بازیافت بھی اسکینڈیم کا ایک اہم ذریعہ ہے۔

خالص اسکینڈیم کمپاؤنڈ حاصل کرنے کے بعد، یہ ScCl Å میں تبدیل ہوتا ہے اور KCl اور LiCl کے ساتھ پگھل جاتا ہے۔ پگھلا ہوا زنک الیکٹرولیسس کے لیے کیتھوڈ کے طور پر استعمال ہوتا ہے، جس کی وجہ سے اسکینڈیم زنک الیکٹروڈ پر تیز ہوجاتا ہے۔ اس کے بعد، دھاتی سکینڈیم حاصل کرنے کے لیے زنک کو بخارات بنا دیا جاتا ہے۔ یہ ایک ہلکی وزنی چاندی کی سفید دھات ہے جس میں بہت فعال کیمیائی خصوصیات ہیں، جو گرم پانی کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے ہائیڈروجن گیس پیدا کر سکتی ہیں۔ لہٰذا آپ تصویر میں جو دھاتی اسکینڈیم دیکھ رہے ہیں اسے ایک بوتل میں بند کرکے آرگن گیس سے محفوظ کیا گیا ہے، ورنہ اسکینڈیم جلد ہی اپنی چمکدار دھاتی چمک کھوتے ہوئے ایک گہرے پیلے یا سرمئی آکسائیڈ کی تہہ بنائے گا۔

ایپلی کیشنز

لائٹنگ انڈسٹری

اسکینڈیم کے استعمال بہت روشن سمتوں میں مرتکز ہیں، اور اسے نور کا بیٹا کہنا مبالغہ آرائی نہیں ہے۔ اسکینڈیم کا پہلا جادوئی ہتھیار اسکینڈیم سوڈیم لیمپ کہلاتا ہے جسے ہزاروں گھرانوں میں روشنی لانے کے لیے استعمال کیا جاسکتا ہے۔ یہ ایک دھاتی halide الیکٹرک لائٹ ہے: بلب سوڈیم آئوڈائڈ اور اسکینڈیم ٹرائیوڈائڈ سے بھرا ہوا ہے، اور اسکینڈیم اور سوڈیم فوائل ایک ہی وقت میں شامل کیے جاتے ہیں۔ ہائی وولٹیج ڈسچارج کے دوران، اسکینڈیم آئن اور سوڈیم آئن بالترتیب اپنی خصوصیت کے اخراج کی طول موج کی روشنی خارج کرتے ہیں۔ سوڈیم کی سپیکٹرل لائنیں 589.0 اور 589.6 nm ہیں، دو مشہور پیلی روشنیاں، جبکہ سکینڈیم کی سپیکٹرل لائنیں 361.3~424.7 nm ہیں، جو قریب الٹراوائلٹ اور نیلی روشنی کے اخراج کا ایک سلسلہ ہے۔ چونکہ وہ ایک دوسرے کی تکمیل کرتے ہیں، مجموعی طور پر پیدا ہونے والا ہلکا رنگ سفید روشنی ہے۔ یہ خاص طور پر اس لیے ہے کہ اسکینڈیم سوڈیم لیمپ میں اعلیٰ برائٹ کارکردگی، اچھا روشنی کا رنگ، بجلی کی بچت، طویل سروس لائف، اور دھند کو توڑنے کی مضبوط صلاحیت کی خصوصیات ہیں کہ انہیں ٹیلی ویژن کیمروں، چوکوں، کھیلوں کے مقامات، اور سڑک کی روشنی کے لیے وسیع پیمانے پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اور تیسری نسل کے روشنی کے ذرائع کے طور پر جانا جاتا ہے۔ چین میں، اس قسم کے لیمپ کو آہستہ آہستہ ایک نئی ٹیکنالوجی کے طور پر فروغ دیا جا رہا ہے، جب کہ کچھ ترقی یافتہ ممالک میں، اس قسم کے لیمپ کو 1980 کی دہائی کے اوائل میں بڑے پیمانے پر استعمال کیا جاتا تھا۔

اسکینڈیم کا دوسرا جادوئی ہتھیار سولر فوٹوولٹک سیلز ہیں جو زمین پر بکھری ہوئی روشنی کو اکٹھا کر کے انسانی معاشرے کو چلانے کے لیے اسے بجلی میں تبدیل کر سکتے ہیں۔ سکینڈیم دھاتی انسولیٹر سیمی کنڈکٹر سلکان سولر سیلز اور سولر سیلز میں بہترین رکاوٹ دھات ہے۔

اس کا تیسرا جادوئی ہتھیار γ A رے سورس کہلاتا ہے، یہ جادوئی ہتھیار اپنے طور پر چمک سکتا ہے، لیکن اس قسم کی روشنی کو ننگی آنکھ سے حاصل نہیں کیا جا سکتا، یہ ایک اعلیٰ توانائی والا فوٹوون بہاؤ ہے۔ ہم عام طور پر معدنیات سے 45Sc نکالتے ہیں، جو اسکینڈیم کا واحد قدرتی آاسوٹوپس ہے۔ ہر 45Sc نیوکلئس میں 21 پروٹون اور 24 نیوٹران ہوتے ہیں۔ 46Sc، ایک مصنوعی تابکار آاسوٹوپ، γ تابکاری کے ذرائع کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے یا ٹریسر ایٹموں کو مہلک ٹیومر کی ریڈیو تھراپی کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یٹریئم گیلیم اسکینڈیم گارنیٹ لیزر جیسی ایپلی کیشنز بھی ہیں،اسکینڈیم فلورائیڈگلاس اورکت آپٹیکل فائبر، اور ٹیلی ویژن پر اسکینڈیم لیپت کیتھوڈ رے ٹیوب۔ ایسا لگتا ہے کہ اسکینڈیم چمک کے ساتھ پیدا ہوا ہے۔

کھوٹ کی صنعت

اسکینڈیم اپنی بنیادی شکل میں ایلومینیم مرکبات کو ڈوپنگ کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے۔ جب تک ایلومینیم میں اسکینڈیم کے چند ہزارویں حصے کو شامل کیا جائے گا، ایک نیا Al3Sc مرحلہ تشکیل پائے گا، جو ایلومینیم کے مرکب میں میٹامورفزم کا کردار ادا کرے گا اور مرکب کی ساخت اور خصوصیات کو نمایاں طور پر تبدیل کرے گا۔ 0.2%~0.4% Sc شامل کرنے سے (جو واقعی میں گھر میں تلی ہوئی سبزیوں کو ہلانے میں نمک ڈالنے کے تناسب سے ملتا جلتا ہے، صرف تھوڑا سا درکار ہے) مرکب کے دوبارہ تشکیل دینے والے درجہ حرارت کو 150-200 ℃ تک بڑھا سکتا ہے، اور نمایاں طور پر ہائی کو بہتر بنا سکتا ہے۔ -درجہ حرارت کی طاقت، ساختی استحکام، ویلڈنگ کی کارکردگی، اور سنکنرن مزاحمت۔ یہ اُن خرابی کے رجحان سے بھی بچ سکتا ہے جو زیادہ درجہ حرارت پر طویل مدتی کام کے دوران واقع ہونا آسان ہے۔ اعلی طاقت اور اعلی جفاکشی ایلومینیم مرکب، نیا اعلی طاقت سنکنرن مزاحم ویلڈ ایبل ایلومینیم مرکب، نیا اعلی درجہ حرارت ایلومینیم مرکب، اعلی طاقت نیوٹران شعاع ریزی مزاحم ایلومینیم مرکب، وغیرہ، ایرو اسپیس، ہوا بازی، جہازوں میں ترقی کے بہت پرکشش امکانات رکھتے ہیں۔ جوہری ری ایکٹر، ہلکی گاڑیاں اور تیز رفتار ٹرینیں

اسکینڈیم لوہے کے لیے بھی ایک بہترین موڈیفائر ہے، اور اسکینڈیم کی تھوڑی سی مقدار کاسٹ آئرن کی مضبوطی اور سختی کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتی ہے۔ اس کے علاوہ، سکینڈیم کو اعلی درجہ حرارت والے ٹنگسٹن اور کرومیم مرکبات کے لیے ایک اضافی کے طور پر بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ بلاشبہ، دوسروں کے لیے شادی کے کپڑے بنانے کے علاوہ، اسکینڈیم کا پگھلنے کا نقطہ زیادہ ہوتا ہے اور اس کی کثافت ایلومینیم کی طرح ہوتی ہے، اور یہ ہائی پگھلنے والے مقام کے ہلکے وزن والے مرکبات جیسے اسکینڈیم ٹائٹینیم الائے اور اسکینڈیم میگنیشیم الائے میں بھی استعمال ہوتا ہے۔ تاہم، اس کی زیادہ قیمت کی وجہ سے، یہ عام طور پر صرف اعلیٰ درجے کی مینوفیکچرنگ صنعتوں جیسے کہ خلائی شٹل اور راکٹ میں استعمال ہوتا ہے۔

سیرامک ​​مواد

اسکینڈیم، ایک واحد مادہ، عام طور پر مرکب دھاتوں میں استعمال ہوتا ہے، اور اس کے آکسائیڈ اسی طرح سیرامک ​​مواد میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ ٹیٹراگونل زرکونیا سیرامک ​​میٹریل، جسے ٹھوس آکسائیڈ فیول سیلز کے لیے الیکٹروڈ میٹریل کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، ایک منفرد خاصیت رکھتا ہے جہاں اس الیکٹرولائٹ کی چالکتا بڑھتے ہوئے درجہ حرارت اور ماحول میں آکسیجن کے ارتکاز کے ساتھ بڑھ جاتی ہے۔ تاہم، اس سیرامک ​​مواد کا کرسٹل ڈھانچہ خود مستحکم طور پر موجود نہیں ہوسکتا ہے اور اس کی کوئی صنعتی قیمت نہیں ہے۔ اس کی اصل خصوصیات کو برقرار رکھنے کے لیے کچھ مادوں کو ڈوپ کرنا ضروری ہے جو اس ساخت کو ٹھیک کر سکیں۔ 6~10% سکینڈیم آکسائیڈ شامل کرنا ایک کنکریٹ کی ساخت کی طرح ہے، تاکہ زرکونیا کو مربع جالی پر مستحکم کیا جا سکے۔

یہاں انجینئرنگ سیرامک ​​مواد بھی ہیں جیسے کہ اعلی طاقت اور اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحمت کرنے والے سلکان نائٹرائڈ بطور کثافت کار اور اسٹیبلائزرز۔

ایک densifier کے طور پر،اسکینڈیم آکسائیڈٹھیک ذرات کے کنارے پر ایک ریفریکٹری فیز Sc2Si2O7 تشکیل دے سکتا ہے، اس طرح انجینئرنگ سیرامکس کے اعلی درجہ حرارت کی خرابی کو کم کر سکتا ہے۔ دیگر آکسائڈز کے مقابلے میں، یہ سلکان نائٹرائڈ کی اعلی درجہ حرارت میکانی خصوصیات کو بہتر بنا سکتا ہے.

کیٹلیٹک کیمسٹری

کیمیکل انجینئرنگ میں، اسکینڈیم کو اکثر ایک اتپریرک کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جبکہ Sc2O3 کو پانی کی کمی اور ایتھنول یا آئسوپروپینول کی ڈی آکسیڈیشن، ایسٹک ایسڈ کے گلنے، اور CO اور H2 سے ایتھیلین کی پیداوار کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ Sc2O3 پر مشتمل Pt Al کیٹالسٹ پیٹرو کیمیکل انڈسٹری میں بھاری تیل کی ہائیڈروجنیشن پیوریفیکیشن اور ریفائننگ کے عمل کے لیے بھی ایک اہم اتپریرک ہے۔ اتپریرک کریکنگ ری ایکشنز جیسے کہ Cumene میں، Sc-Y zeolite اتپریرک کی سرگرمی ایلومینیم سلیکیٹ کیٹالسٹ سے 1000 گنا زیادہ ہوتی ہے۔ کچھ روایتی اتپریرک کے مقابلے میں، اسکینڈیم کیٹالسٹس کی ترقی کے امکانات بہت روشن ہوں گے۔

جوہری توانائی کی صنعت

اعلی درجہ حرارت والے ری ایکٹر جوہری ایندھن میں UO2 میں Sc2O3 کی تھوڑی سی مقدار شامل کرنے سے UO2 سے U3O8 کی تبدیلی کی وجہ سے ہونے والی جالی کی تبدیلی، حجم میں اضافہ اور کریکنگ سے بچا جا سکتا ہے۔

فیول سیل

اسی طرح، نکل الکالی بیٹریوں میں 2.5% سے 25% اسکینڈیم شامل کرنے سے ان کی سروس لائف بڑھ جائے گی۔

زرعی افزائش

زراعت میں، مکئی، چقندر، مٹر، گندم اور سورج مکھی جیسے بیجوں کو اسکینڈیم سلفیٹ کے ساتھ علاج کیا جا سکتا ہے (اس کا ارتکاز عام طور پر 10-3~10-8mol/L ہے، مختلف پودوں میں فرق ہوگا)، اور انکرن کو فروغ دینے کا اصل اثر حاصل کیا گیا ہے. 8 گھنٹے کے بعد، جڑوں اور کلیوں کے خشک وزن میں بیجوں کے مقابلے میں بالترتیب 37% اور 78% اضافہ ہوا، لیکن طریقہ کار ابھی زیر مطالعہ ہے۔

اٹامک ماس ڈیٹا کے قرض کی طرف نیلسن کی توجہ سے لے کر آج تک، اسکینڈیم صرف ایک سو یا بیس سال کے لیے لوگوں کے وژن میں داخل ہوا ہے، لیکن یہ تقریباً ایک سو سال تک بینچ پر بیٹھا ہے۔ پچھلی صدی کے اواخر میں مادی سائنس کی زوردار ترقی تک یہ نہیں تھا کہ اس نے اس میں جان بخشی کی۔ آج، نایاب زمینی عناصر، بشمول اسکینڈیم، میٹریل سائنس میں گرم ستارے بن چکے ہیں، ہزاروں نظاموں میں ہمیشہ بدلتے ہوئے کردار ادا کر رہے ہیں، ہماری زندگیوں میں ہر روز مزید سہولتیں لا رہے ہیں، اور معاشی قدر پیدا کر رہے ہیں جس کی پیمائش کرنا اور بھی مشکل ہے۔