स्कैंडियम

स्कैंडियम एक रासायनिक तत्व है जिसका प्रतीक Sc और परमाणु संख्या 21 है। यह एक चांदी-सफेद धात्विक डी(D)-ब्लॉक तत्व है। ऐतिहासिक रूप से, इसे एक दुर्लभ-पृथ्वी तत्व के रूप में वर्गीकृत किया गया है, येट्रियम और लैंथेनाइड्स के साथ। इसकी खोज 1879 में स्कैंडेनेविया के यूक्सेनाइट और गैडोलीनियम खनिजों के वर्णक्रमीय विश्लेषण द्वारा खोजा गया था।

स्कैंडियम दुर्लभ-पृथ्वी और यूरेनियम यौगिकों के अधिकांश निक्षेपों में मौजूद है, लेकिन दुनिया भर में केवल कुछ खानों में इन अयस्कों से इसे निकाला जाता है। कम उपलब्धता और धात्विक स्कैंडियम तैयार करने में आने वाली कठिनाइयों के कारण, जो पहली बार 1937 में किया गया था, 1970 के दशक तक स्कैंडियम के लिए अनुप्रयोग विकसित नहीं किए गए थे, जब एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं पर स्कैंडियम के सकारात्मक प्रभावों की खोज की गई थी। आज तक, इस तरह की मिश्र धातुओं में इसका उपयोग इसका एकमात्र प्रमुख अनुप्रयोग है। स्कैंडियम ऑक्साइड का वैश्विक व्यापार प्रति वर्ष 15-20 टन है।

स्कैंडियम यौगिकों के गुण एल्युमिनियम और येट्रियम के बीच मध्यवर्ती हैं। बेरिलियम और एल्युमिनियम की तरह मैगनीशियम और स्कैंडियम के व्यवहार के बीच एक विकर्ण संबंध मौजूद है। समूह 3 में तत्वों के रासायनिक यौगिकों में प्रमुख ऑक्सीकरण अवस्था +3 है।

रासायनिक विशेषताएं
स्कैंडियम एक नरम धातु है जिसमें चांदी की उपस्थिति होती है। हवा द्वारा ऑक्सीकृत होने पर यह थोड़ा पीला या गुलाबी रंग का हो जाता है। यह अपक्षय के लिए अतिसंवेदनशील है और अधिकांश तनु अम्लों में धीरे-धीरे घुल जाता है। यह नाइट्रिक अम्ल(HNO3) और 48.0% हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल (HF) के 1:1 मिश्रण के साथ अभिक्रिया नहीं करता है संभवतः एक अभेद्य निष्क्रियता (रसायन विज्ञान) के गठन के कारण। स्कैंडियम ऑक्साइड बनाने के लिए एक शानदार पीली लौ के साथ हवा में स्कैंडियम टर्निंग(मोड़) प्रज्वलित होता है।

समस्थानिक
प्रकृति में, स्कैंडियम विशेष रूप से समस्थानिक 45Sc के रूप में पाया जाता है, जिसमें 7/2 का परमाणु स्पिन(घुमाव) होता है; यह इसका एकमात्र स्थिर समस्थानिक है। पच्चीस रेडियो समस्थानिक को सबसे स्थिर 46Sc होने के साथ चित्रित किया गया है, जिसकी अर्ध-आयु 83.8 दिन है; 47Sc, 3.35 दिन; पोजीट्रान उत्सर्जक 44Sc, 4 घंटे; और 48Sc, 43.7 घंटे। शेष सभी रेडियोधर्मिता समस्थानिकों का आधा जीवन 4 घंटे से कम है, और इनमें से अधिकांश का आधा जीवन 2 मिनट से कम है। इस तत्व में पाँच परमाणु समावयव भी हैं, जिनमें सबसे स्थिर 44m2Sc (T1/2 = 58.6 घंटे) है।

स्कैंडियम रेंज(सीमा) के ज्ञात समस्थानिक 36Sc से 60Sc तक होते हैं। एकमात्र स्थिर समस्थानिक 45Sc से कम द्रव्यमान पर प्राथमिक क्षय विधा(मोड), इलेक्ट्रॉन ग्रहण है, और इसके ऊपर द्रव्यमान का प्राथमिक विधा(मोड) बीटा उत्सर्जन है। नीचे परमाणु भार पर 45Sc से कम परमाणु भार वाले प्राथमिक क्षय उत्पाद कैल्शियम समस्थानिक हैं और उच्च परमाणु भार वाले प्राथमिक उत्पाद टाइटेनियम समस्थानिक हैं।

घटना
पृथ्वी की परत में स्कैंडियम दुर्लभ नहीं है। अनुमान में 18 से 25 ppm के बीच है, जो कोबाल्ट (20-30 ppm) की प्रचुरता के बराबर है। स्कैंडियम पृथ्वी पर केवल 50वां सबसे सामान्य तत्व है (भूपर्पटी में 35वां सर्वाधिक प्रचुर मात्रा में), लेकिन यह सूर्य में 23वां सबसे सामान्य तत्व है। हालांकि, स्कैंडियम दुर्लभ रूप से वितरित किया जाता है और कई खनिजों में अशुद्धि मात्रा में होता है। स्कैंडिनेविया और मेडागास्कर से दुर्लभ खनिज जैसे कि थोरवेटाइट, यूक्सेनाइट और गैडोलिनिट इस तत्व के एकमात्र ज्ञात केंद्रित स्रोत हैं। थोरवेटाइट में स्कैंडियम ऑक्साइड के रूप में 45% तक स्कैंडियम हो सकता है।

R-प्रक्रिया के माध्यम से सुपरनोवा में स्कैंडियम का स्थिर रूप बनाया जाता है। इसके अलावा, स्कैंडियम अधिक प्रचुर मात्रा में लौह नाभिक के ब्रह्मांडीय किरण स्पेलेशन द्वारा बनाया गया है।
 * 28Si + 17n → 45Sc (R-प्रक्रिया)
 * 56Fe + p → 45Sc + 11C + n (ब्रह्मांडीय किरण स्पेलेशन)

उत्पादन
स्कैंडियम ऑक्साइड के रूप में स्कैंडियम का विश्व उत्पादन प्रति वर्ष 15-20 टन के क्रम में है। मांग लगभग 50% अधिक है, और उत्पादन और मांग दोनों बढ़ते रहते हैं। 2003 में, केवल तीन खानों ने स्कैंडियम का उत्पादन किया: यूक्रेन में झोवती वोडी में यूरेनियम और लोहे की खदानें, चीन के बायन ओबो में दुर्लभ-पृथ्वी की खदानें और रूस के कोला प्रायद्वीप में एपेटाइट की खदानें। तब से कई अन्य देशों ने फिलीपींस में निकेल एशिया कॉर्पोरेशन और  सुमितोमो धातु खनन  द्वारा 5 टन/वर्ष (7.5 टन/वर्ष Sc2O3) सहित स्कैंडियम-उत्पादक सुविधाओं का निर्माण किया है।  संयुक्त राज्य अमेरिका में, (निओकॉर्प)NioCorp विकास की उम्मीद है[कब?] दक्षिण पूर्व नेब्रास्का में एल्क क्रीक स्थल पर एक नाइओबियम खदान खोलने की दिशा में $1 बिलियन जुटाने के लिए जो सालाना 95 टन स्कैंडियम ऑक्साइड का उत्पादन करने में सक्षम हो सकता है। प्रत्येक कारक में, स्कैंडियम अन्य तत्वों के निष्कर्षण का उप-उत्पाद है और स्कैंडियम ऑक्साइड के रूप में बेचा जाता है।

धात्विक स्कैंडियम का उत्पादन करने के लिए, ऑक्साइड को स्कैंडियम फ्लोराइड में परिवर्तित किया जाता है और फिर धात्विक कैल्शियम के साथ अपचयित किया जाता है।
 * Sc2O3 + 6HF -> 2ScF3 + 3H2O
 * 2ScF3 + 3Ca -> 3CaF2 + 2Sc

नॉर्वे में मेडागास्कर और इवेलैंड-एवजे क्षेत्र में उच्च स्कैंडियम सामग्री, थोरवेटाइट(Sc,Y)2(Si2O7) के साथ खनिजों का एकमात्र भंडार है, लेकिन इनका दोहन नहीं किया जा रहा है। कोलबेकाइट खनिज ScPO4*2H2O में स्कैंडियम की मात्रा बहुत अधिक होती है, लेकिन यह किसी बड़े निक्षेप में उपलब्ध नहीं है।

विश्वसनीय, सुरक्षित, स्थिर, दीर्घकालिक उत्पादन की अनुपस्थिति ने स्कैंडियम के व्यावसायिक अनुप्रयोगों को सीमित कर दिया है। इस निम्न स्तर के उपयोग के बावजूद, स्कैंडियम महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है। कम से कम 0.5% स्कैंडियम के साथ एल्युमीनियम मिश्र धातुओं को मजबूत करना विशेष रूप से आशाजनक है। स्कैंडियम-स्थिर जिरकोनिया ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं में उच्च दक्षता वाले इलेक्ट्रोलाइट(इलेक्ट्रोड) के रूप में उपयोग के लिए बढ़ती बाजार मांग का आनंद लेता है।

USGS की रिपोर्ट है कि, अमेरिका में 2015 से 2019 तक, स्कैंडियम धातु-पिंड की छोटी मात्रा की कीमत $107 से $134 प्रति ग्राम रही है, और स्कैंडियम ऑक्साइड की कीमत $4 से $5 प्रति ग्राम रही है।

यौगिक
स्कैंडियम रसायन विज्ञान लगभग पूरी तरह से त्रिसंयोजी आयन Sc3+ का प्रभुत्व रखता है। नीचे दी गई तालिका में M3+ आयनों की त्रिज्या दर्शाती है कि स्कैंडियम आयनों के रासायनिक गुणों में एल्यूमीनियम आयनों की तुलना में येट्रियम आयनों के साथ अधिक समानता है। आंशिक रूप से इस समानता के कारण, स्कैंडियम को प्रायः लैंथेनाइड जैसे तत्व के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
 * {|class="wikitable"


 * + Ionic radii (pm)
 * Al||Sc||Y||La||Lu
 * 53.5||74.5||90.0||103.2||86.1
 * }
 * 53.5||74.5||90.0||103.2||86.1
 * }

ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड
स्कैंडियम ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड  उभयधर्मी हैं:
 * + 3 →  (स्कैंडेट आयन)
 * + 3 + 3  →

α- और γ-ScOOH उनके एल्यूमीनियम हाइड्रोक्साइड ऑक्साइड समकक्षों के साथ समसंरचनात्मक हैं। के विलयन हाइड्रोलिसिस के कारण जल में अम्लीय होते हैं।

हालिड्स और स्यूडोहैलाइड्स
हालिड्स ScX3, जहाँ X = स्कैंडियम क्लोराइड, स्कैंडियम ब्रोमाइड, या स्कैंडियम ट्रायोडाइड, जल में बहुत घुलनशील होते हैं, लेकिन स्कैंडियम फ्लोराइड ScF3 अघुलनशील है। सभी चार हैलाइडों में, स्कैंडियम 6-समन्वित है। हलाइड्स लुईस अम्ल हैं; उदाहरण के लिए, स्कैंडियम फ्लोराइड ScF3 अतिरिक्त फ्लोराइड आयन युक्त घोल में घुल जाता है [ScF6](3−) बनाता है| Sc(III) के लिए समन्वय संख्या 6 विशिष्ट है। बड़े Y3+ और La3+ आयनों में, 8 और 9 की समन्वय संख्या सामान्य हैं। स्कैंडियम ट्राइफलेट को कभी-कभी कार्बनिक रसायन शास्त्र में लुईस अम्ल उत्प्रेरक के रूप में प्रयोग किया जाता है।

जैविक यौगिक
स्कैंडियम लैंथेनाइड्स के व्यवहार के समान साइक्लोपेंटैडिएनल लिगैंड्स (Cp) के साथ ऑर्गोनोमेटिक यौगिकों की एक श्रृंखला बनाता है। एक उदाहरण क्लोरीन-ब्रिज्ड डिमर [ScCp2Cl]2 और पेंटामेथिलसाइक्लोपेंटाडियनिल लिगैंड्स के संबंधित यौगिक हैं।

असामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ
यौगिक जो +3 के अलावा ऑक्सीकरण अवस्थाएँ में स्कैंडियम की विशेषता रखते हैं, वे दुर्लभ हैं लेकिन अच्छी विशेषता हैं। नीला-काला यौगिक CsScCl3 सबसे सरल में से एक है। यह सामग्री एक चादर जैसी संरचना को गोद लेती है जो स्कैंडियम (II) केंद्रों के बीच व्यापक बंधन प्रदर्शित करती है। स्कैंडियम हाइड्राइड अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, हालांकि यह Sc(II) का खारा हाइड्राइड नहीं प्रतीत होता है। जैसा कि अधिकांश तत्वों के लिए देखा गया है, गैस चरण में उच्च तापमान पर स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से एक डायटोमिक स्कैंडियम हाइड्राइड देखा गया है। स्कैंडियम बोराइड्स और कार्बाइड गैर-ऑर्गेनोस्कैंडियम यौगिक हैं, जैसा कि पड़ोसी तत्वों के लिए विशिष्ट है।

निचले ऑक्सीकरण अवस्था (+2, +1, 0) को ऑर्गेनोस्कैन्डियम यौगिकों में भी देखा गया है।

इतिहास
दिमित्री मेंडेलीव, जिन्हें आवर्त सारणी के जनक के रूप में जाना जाता है, ने 1869 में 40 और 48 के बीच परमाणु द्रव्यमान वाले एक तत्व एकबोरोन के अस्तित्व की भविष्यवाणी की थी। लार्स फ्रेड्रिक निल्सन और उनकी टीम ने खनिजों में इस तत्व का पता लगाया था। 1879 में निल्सन ने उच्च शुद्धता के 2 ग्राम स्कैंडियम ऑक्साइड तैयार किया।  उन्होंने तत्व स्कैंडियम का नाम लैटिन स्कैंडिया से लिया जिसका अर्थ है "स्कैंडिनेविया" । निल्सन जाहिर तौर पर मेंडेलीव की भविष्यवाणी से अनभिज्ञ थे, लेकिन प्रति टेओडोर क्लेव ने पत्राचार को पहचान लिया और मेंडेलीव को सूचित किया।

1937 में पहली बार 700-800 डिग्री सेल्सीयस पर पोटैशियम, लिथियम और स्कैंडियम क्लोराइड के गलनक्रांतिक मिश्रण के इलेक्ट्रोलीज़ द्वारा धात्विक स्कैंडियम का उत्पादन किया गया था। 99% शुद्ध स्कैंडियम धातु का पहला पाउंड 1960 में उत्पादित किया गया था। अमेरिकी पेटेंट के बाद 1971 में एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उत्पादन शुरू हुआ। सोवियत संघ में एल्यूमीनियम-स्कैंडियम मिश्र भी विकसित किए गए थे।

1980 और 1990 के दशक में रणनीतिक रक्षा पहल (SDI) के लिए विकसित रणनीतिक रक्षा अनुप्रयोगों में गैडोलीनियम-स्कैंडियम-गैलियम गार्नेट (GSGG) के लेजर स्फटिक का उपयोग किया गया था।

गैलेक्टिक(गांगेय) केंद्र के पास लाल विशालकाय तारे
2018 की शुरुआत में, गांगेय केंद्र में परमाणु तारा समूह  (NSC) में लाल विशाल सितारों में महत्वपूर्ण स्कैंडियम, वैनेडियम और येट्रियम बहुतायत के स्पेक्ट्रोमीटर तथ्य से साक्ष्य एकत्र किए गए थे। आगे के शोध से पता चला कि यह एक भ्रम था जो इन सितारों के अपेक्षाकृत कम तापमान (3,500 K से नीचे) के कारण बहुतायत संकेतों को ढंकता है, और यह कि यह घटना अन्य लाल दिग्गज में देखने योग्य थी।

अनुप्रयोग
Mig-29 on landing.jpg|मिग-29 के पुर्जे अल-एससी अलॉय से बने हैं।

 अनुप्रयोग 

स्कैंडियम को एल्यूमीनियम में मिलाने से वेल्ड किया हुआ एल्यूमीनियम घटकों के ताप क्षेत्र में कण की वृद्धि सीमित हो जाती है। इसके दो लाभकारी प्रभाव हैं: अवक्षेपित Al3Sc अन्य एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की तुलना में छोटे स्फटिक बनाता है, और आयु-सख्त एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की कण की सीमाओं पर वेग-मुक्त क्षेत्रों की मात्रा कम हो जाती है। Al3Sc अवक्षेप एक सुसंगत अवक्षेप है जो अव्यवस्था आंदोलन (यानी, प्लास्टिक विरूपण) को बाधित करने वाले लोचदार तनाव क्षेत्रों को लागू करके एल्यूमीनियम आव्यूह को मजबूत करता है। Al3Sc में इस प्रणाली के लिए विशेष रूप से एक संतुलन L12 सुपरलैटिस संरचना है। ताप उपचार के माध्यम से नैनो पैमाने अवक्षेप का एक अच्छा फैलाव प्राप्त किया जा सकता है जो आदेश सख्त के माध्यम से मिश्र धातुओं को भी मजबूत कर सकता है। हाल के घटनाक्रमों में Zr जैसे संक्रमण धातुओं के योग और Er जैसे दुर्लभ पृथ्वी धातु शामिल हैं जो गोलाकार Al3Sc अवक्षेप के आसपास के गोले का उत्पादन करते हैं जो मोटेपन को कम करता है। इन खोलों को मिश्र धातु तत्व की विसारकता द्वारा निर्धारित किया जाता है और मिश्र धातु की लागत कम होती है क्योंकि कम Sc को आंशिक रूप से Zr द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जबकि स्थिरता बनाए रखते हुए और अवक्षेप बनाने के लिए कम Sc की आवश्यकता होती है। इसने अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ-साथ टाइटेनियम मिश्र धातुओं के साथ Al3Sc को कुछ हद तक प्रतिस्पर्धी बना दिया है। हालांकि, टाइटेनियम मिश्रधातु, जो हल्केपन और ताकत में समान हैं, सस्ती हैं और अधिक व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।

मिश्रधातु Al20Li20Mg10Sc20Ti30 टाइटेनियम की तरह मजबूत, एल्युमीनियम की तरह हल्का और कुछ चीनी मिट्टी की तरह कठोर है।

वजन के हिसाब से स्कैंडियम का मुख्य अनुप्रयोग छोटे एयरोस्पेस उद्योग के घटकों के लिए एल्यूमीनियम-स्कैंडियम मिश्र धातुओं में है। इन मिश्र धातुओं में 0.1% से 0.5% स्कैंडियम होता है। उनका उपयोग रूसी सैन्य विमानों में किया गया था, विशेष रूप से मिकोयान-गुरेविच मिग-21 और मिकोयान मिग-29 में किया गया था |

खेल उपकरण के कुछ सामान, जो हल्के उच्च-प्रदर्शन सामग्री पर निर्भर करते हैं, स्कैंडियम-एल्यूमीनियम मिश्र धातु के साथ बनाए गए हैं, जिनमें बेसबॉल बैट, तम्बू के खंभे और साइकिल फ्रेम और साइकिल भागों की सूची। स्कैंडियम से लैक्रोस की छड़ें भी बनाई जाती हैं। अमेरिकी आग्नेयास्त्र निर्माण कंपनी स्मिथ एंड वेसन स्कैंडियम मिश्र धातु के फ्रेम(तख्ते) और टाइटेनियम या कार्बन स्टील के सिलेंडरों के साथ अर्ध-स्वचालित पिस्तौल और रिवॉल्वर का उत्पादन करती है।

दंत चिकित्सक एरबियम-क्रोमियम-डोप्ड येट्रियम-स्कैंडियम-गैलियम गार्नेट (Er,Cr:YSGG) लेज़रों का उपयोग कैविटी(छिद्र) तैयार करने और एंडोडोंटिक्स में करते है।

पहले स्कैंडियम-आधारित धातु-हैलाइड दीपक को सामान्य विद्युतीय द्वारा पेटेंट कराया गया था और उत्तरी अमेरिका में बनाया गया था, हालांकि अब वे सभी प्रमुख औद्योगिक देशों में उत्पादित होते हैं। लगभग 20 किग्रा स्कैंडियम (as Sc2O3) संयुक्त राज्य अमेरिका में उच्च तीव्रता वाले निर्वहन दीपक के लिए प्रतिवर्ष उपयोग किया जाता है। पारा-वाष्प दीपक के समान एक प्रकार का धातु हलिडे दीपक स्कैंडियम ट्रायोडाइड और सोडियम आयोडाइड से बनाया जाता है। यह दीपक उच्च रंग प्रतिपादन सूचकांक वाला एक सफेद-प्रकाश स्रोत है जो टेलीविजन कैमरों के साथ अच्छे रंग-प्रजनन की अनुमति देने के लिए पर्याप्त रूप से सूर्य के प्रकाश जैसा दिखता है। प्रति वर्ष विश्व स्तर पर धातु-हैलाइड दीपक/लाइट बल्ब में लगभग 80 किलोग्राम स्कैंडियम का उपयोग किया जाता है।[उद्धरण वांछित]

रेडियोधर्मी समस्थानिक 46Sc का उपयोग तेल शोधशाला में अनुरेखण घटक के रूप में किया जाता है। स्कैंडियम ट्राइफलेट एक उत्प्रेरक लुईस अम्ल है जिसका उपयोग कार्बनिक रसायन विज्ञान में किया जाता है।

स्वास्थ्य और सुरक्षा
मौलिक स्कैंडियम को गैर विषैले माना जाता है, हालांकि स्कैंडियम यौगिकों का व्यापक पशु परीक्षण नहीं किया गया है। चूहों के लिए स्कैंडियम क्लोराइड के लिए औसत घातक खुराक (LD50) का स्तर इंट्रापेरिटोनियल के लिए 755 मिलीग्राम/किलोग्राम और मौखिक प्रशासन के लिए 4 ग्राम/किलो के रूप में निर्धारित किया गया है। इन परिणामों के प्रकाश में, स्कैंडियम के यौगिकों को मध्यम विषाक्तता के यौगिकों के रूप में संभाला जाना चाहिए। स्कैंडियम को गैलियम के समान तरीके से शरीर द्वारा संभाला जाता है, इसके खराब घुलनशील हाइड्रॉक्साइड से जुड़े समान खतरों के साथ।

यह भी देखें

 * दुर्लभ-पृथ्वी तत्व

बाहरी संबंध

 * Scandium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
 * WebElements.com – Scandium