સ્કેન્ડિયમ (Sc): ગુણધર્મો, પ્રતિક્રિયાઓ અને ઉપયોગો - પરીક્ષા માર્ગદર્શિકા

સ્કેન્ડિયમ (Sc), એક રૂપેરી-સફેદ ધાતુ તત્વ, આવર્ત કોષ્ટકમાં પ્રથમ સંક્રાંતિ ધાતુ છે. પૃથ્વીના પોપડામાં તેની સાપેક્ષ વિપુલતા (સીસા જેટલી) હોવા છતાં, તે કેન્દ્રિત થાપણોમાં ભાગ્યે જ જોવા મળે છે, જેના કારણે તેને કાઢવું મુશ્કેલ અને મોંઘું બને છે. તેના અનન્ય ગુણધર્મો, ખાસ કરીને તેની ઓછી ઘનતા અને ઉચ્ચ ગલનબિંદુ, વિશિષ્ટ એપ્લિકેશન્સમાં નોંધપાત્ર ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

પ્રતીક: Sc
પરમાણુ ક્રમાંક: 21
પરમાણુ દળ: 44.956 g/mol
સમૂહ: 3
આવર્ત: 4
બ્લોક: d-બ્લોક (સંક્રાંતિ તત્વ)
પ્રકૃતિ: ધાત્વિક, રૂપેરી-સફેદ, નરમ
સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા: +3 (તેના સંયોજનોમાં માત્ર એક સ્થિર ઓક્સિડેશન અવસ્થા દર્શાવે છે, જે સમૂહ 3 ના પ્રથમ તત્વની લાક્ષણિકતા છે).
ગલનબિંદુ: 1541 °C (1814 K)
ઘનતા: 2.985 g/cm³
વર્ગીકરણ: લેન્થેનાઇડ્સ સાથે સમાન રાસાયણિક ગુણધર્મોને કારણે ઘણીવાર દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો સાથે સંકળાયેલું છે.

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તન

ભૂમિ અવસ્થા ઇલેક્ટ્રોન રચના: [Ar] 3d¹ 4s²
સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન: 3 (એક 3d અને બે 4s ઇલેક્ટ્રોન).
આયનીકરણ: સ્કેન્ડિયમ સ્થિર ઉમદા વાયુ રચના (આર્ગોન રચના) પ્રાપ્ત કરવા માટે તેના ત્રણેય સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન (એક 3d ઇલેક્ટ્રોન અને બે 4s ઇલેક્ટ્રોન) સરળતાથી ગુમાવે છે.
સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા: મુખ્ય અને લગભગ વિશિષ્ટ ઓક્સિડેશન અવસ્થા +3 છે. આનું કારણ એ છે કે ત્રીજા ઇલેક્ટ્રોનને (3d કક્ષકમાંથી) દૂર કરવા માટે જરૂરી ઊર્જા પ્રમાણમાં ઓછી છે, જેના પરિણામે સ્થિર Sc³⁺ આયન બને છે.
બંધન: Sc³⁺ ની ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવિટીને કારણે મુખ્યત્વે આયનીય સંયોજનો બનાવે છે. અત્યંત ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વો સાથેના કેટલાક સંયોજનોમાં સહસંયોજક લાક્ષણિકતા જોવા મળી શકે છે.
ચુંબકીય ગુણધર્મો: Sc³⁺ આયનમાં [Ar] રચના (0 અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન) હોય છે, જે તેને ડાયામેગ્નેટિક બનાવે છે. તત્વ સ્કેન્ડિયમ એક અયુગ્મિત 3d ઇલેક્ટ્રોનની હાજરીને કારણે પેરામેગ્નેટિક હોય છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

સ્કેન્ડિયમ એક પ્રતિક્રિયાશીલ ધાતુ છે, જોકે આલ્કલી અને આલ્કલાઇન અર્થ ધાતુઓ કરતાં ઓછું પ્રતિક્રિયાશીલ છે.

હવા/ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

સ્કેન્ડિયમ હવામાં ઝાંખું પડે છે અને ઊંચા તાપમાને સરળતાથી સળગીને સ્કેન્ડિયમ(III) ઓક્સાઇડ બનાવે છે.

4Sc(s) + 3O₂(g) \rightarrow 2Sc₂O₃(s)

એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

સ્કેન્ડિયમ મોટાભાગના મંદ એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સ્કેન્ડિયમ(III) ક્ષાર અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે.

2Sc(s) + 6HCl(aq) \rightarrow 2ScCl₃(aq) + 3H₂(g) 2Sc(s) + 3H₂SO₄(aq) \rightarrow Sc₂(SO₄)₃(aq) + 3H₂(g)

હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા

સ્કેન્ડિયમ હેલોજન સાથે પ્રબળતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને સ્કેન્ડિયમ(III) હેલાઇડ્સ બનાવે છે.

2Sc(s) + 3F₂(g) \rightarrow 2ScF₃(s) 2Sc(s) + 3Cl₂(g) \rightarrow 2ScCl₃(s)

પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા

સ્કેન્ડિયમ ઠંડા પાણી સાથે ધીમે ધીમે અને વરાળ સાથે વધુ ઝડપથી પ્રતિક્રિયા કરીને સ્કેન્ડિયમ(III) હાઇડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવે છે.

2Sc(s) + 6H₂O(l) \rightarrow 2Sc(OH)₃(s) + 3H₂(g) (ઠંડા પાણી સાથે ધીમી પ્રતિક્રિયા)

સ્કેન્ડિયમ હાઇડ્રાઇડનું નિર્માણ

સ્કેન્ડિયમ ઊંચા તાપમાને હાઇડ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને બિન-સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે.

2Sc(s) + xH₂(g) \rightarrow 2ScHₓ(s) (જ્યાં x ≈ 1.5-2)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

એરોસ્પેસ મિશ્ર ધાતુઓ: સ્કેન્ડિયમનો મુખ્યત્વે હલકા વજનના, ઉચ્ચ-શક્તિવાળા સ્કેન્ડિયમ-એલ્યુમિનિયમ મિશ્ર ધાતુઓમાં ઉપયોગ થાય છે. આ મિશ્ર ધાતુઓ તેમની શ્રેષ્ઠ શક્તિ-થી-વજન ગુણોત્તર અને ઉન્નત નમનીયતાને કારણે વિમાનના ઘટકો, મિસાઇલના ભાગો અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શનવાળા સ્પોર્ટિંગ ગુડ્સ માટે એરોસ્પેસ ઉદ્યોગમાં નિર્ણાયક છે.
ઉચ્ચ-તીવ્રતા ડિસ્ચાર્જ લેમ્પ્સ: સ્કેન્ડિયમ આયોડાઇડનો ઉપયોગ મર્ક્યુરી વરાળ લેમ્પ્સમાં ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા, સૂર્યપ્રકાશ જેવી રોશની ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે, ખાસ કરીને સ્ટેડિયમ અને સ્ટુડિયો લાઇટિંગમાં.
સોલિડ ઓક્સાઇડ ફ્યુઅલ સેલ (SOFCs): સ્કેન્ડિયમ-સ્થિર ઝિર્કોનિયા (ScSZ) Yttria-સ્થિર ઝિર્કોનિયાની તુલનામાં તેની શ્રેષ્ઠ આયનીય વાહકતાને કારણે SOFCs માટે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સામગ્રી તરીકે સેવા આપે છે.
ઓઇલ રિફાઇનિંગમાં ટ્રેસર: રેડિયોએક્ટિવ આઇસોટોપ Scandium-46 (⁴⁶Sc) નો ઉપયોગ ઓઇલ રિફાઇનરીઓમાં પેટ્રોલિયમ ઉત્પાદનોના પ્રવાહનું નિરીક્ષણ કરવા માટે ટ્રેસર તરીકે થાય છે.
સંશોધન એપ્લિકેશન્સ: સ્કેન્ડિયમનો ઉપયોગ વિવિધ સંશોધન એપ્લિકેશન્સમાં થાય છે, જેમાં વિશિષ્ટ લેસરોનું ઉત્પાદન અને ચોક્કસ સુપરકન્ડક્ટિંગ સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે.

જૈવિક મહત્વ

માનવીઓ અથવા અન્ય સજીવોમાં સ્કેન્ડિયમની કોઈ જાણીતી આવશ્યક જૈવિક ભૂમિકા નથી.
તે સામાન્ય રીતે તેના તત્વ અને સામાન્ય આયનીય સ્વરૂપોમાં બિન-ઝેરી માનવામાં આવે છે, જોકે તેની દુર્લભતા અને ઓછા સંપર્કને કારણે તેની જૈવિક અસરો પરના વ્યાપક અભ્યાસો મર્યાદિત છે.
છોડ અને પ્રાણીઓમાં trace amounts મળી શકે છે પરંતુ તે ચયાપચયની દ્રષ્ટિએ સક્રિય નથી.