स्कॅन्डियम (Sc): गुणधर्म, अभिक्रिया आणि उपयोग - परीक्षा मार्गदर्शक

स्कॅन्डियम (Sc), एक चांदीसारखा पांढरा धातूचा मूलद्रव्य, आवर्त सारणीतील पहिले संक्रमण धातू आहे. पृथ्वीच्या कवचात ते तुलनेने मुबलक प्रमाणात (शिसे सारखे) असले तरी, ते केंद्रित साठ्यांमध्ये क्वचितच आढळते, ज्यामुळे त्याचे निष्कर्षण करणे कठीण आणि त्यामुळे महाग होते. त्याचे अद्वितीय गुणधर्म, विशेषतः त्याची कमी घनता आणि उच्च वितळणांक, विशिष्ट उपयोगांमध्ये महत्त्वपूर्ण फायदे देतात.

CBSE/JEE त्वरित उजळणी नोट्स

चिन्ह: Sc
अणुअंक: 21
अणुवस्तुमान: 44.956 g/mol
गट: 3
आवर्त: 4
खंड: d-खंड (संक्रमण मूलद्रव्य)
स्वरूप: धातू, चांदीसारखे पांढरे, मऊ
सामान्य ऑक्सिडेशन अवस्था: +3 (हे त्याच्या संयुगांमध्ये फक्त एकच स्थिर ऑक्सिडेशन अवस्था दर्शवते, जे गट 3 मधील पहिल्या मूलद्रव्याचे वैशिष्ट्य आहे).
वितळणांक: 1541 °C (1814 K)
घनता: 2.985 g/cm³
वर्गीकरण: लँथनाईड्सशी रासायनिक गुणधर्मांमध्ये समानता असल्यामुळे अनेकदा दुर्मिळ पृथ्वी मूलद्रव्यांशी संबंधित मानले जाते.

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि बंध वर्तन

भूस्तर इलेक्ट्रॉन संरूपण: [Ar] 3d¹ 4s²
संयुजा इलेक्ट्रॉन: 3 (एक 3d आणि दोन 4s इलेक्ट्रॉन).
आयनीकरण: स्कॅन्डियम सहजपणे सर्व तीन संयुजा इलेक्ट्रॉन (एक 3d इलेक्ट्रॉन आणि दोन 4s इलेक्ट्रॉन) गमावून एक स्थिर उदात्त वायू संरूपण (आर्गॉन संरूपण) प्राप्त करतो.
सामान्य ऑक्सिडेशन अवस्था: प्रमुख आणि जवळजवळ एकमेव ऑक्सिडेशन अवस्था +3 आहे. याचे कारण असे की तिसरा इलेक्ट्रॉन (3d कक्षेमधून) काढण्यासाठी लागणारी ऊर्जा तुलनेने कमी असते, ज्यामुळे एक स्थिर Sc³⁺ आयन तयार होतो.
बंध: Sc³⁺ च्या उच्च विद्युतधनतेमुळे प्रामुख्याने आयनिक संयुगे तयार करतो. उच्च विद्युतऋणमूलक मूलद्रव्यांसह काही संयुगांमध्ये सहसंयुजी गुणधर्म दिसून येऊ शकतो.
चुंबकीय गुणधर्म: Sc³⁺ आयनचे [Ar] संरूपण (0 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन) असते, ज्यामुळे ते प्रतिचुंबकीय (diamagnetic) होते. एक अयुग्मित 3d इलेक्ट्रॉन असल्यामुळे मूलद्रव्य स्कॅन्डियम अनुचुंबकीय (paramagnetic) असते.

महत्त्वाच्या रासायनिक अभिक्रिया

स्कॅन्डियम एक अभिक्रियाशील धातू आहे, जरी तो अल्कली आणि अल्कधर्मी पृथ्वी धातूंपेक्षा कमी अभिक्रियाशील आहे.

हवा/ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया

स्कॅन्डियम हवेत काळवंडतो आणि उच्च तापमानावर सहज जळून स्कॅन्डियम(III) ऑक्साईड तयार करतो.

4Sc(s) + 3O₂(g) → 2Sc₂O₃(s)

आम्लासोबत अभिक्रिया

स्कॅन्डियम बहुतेक विरल आम्लांसोबत अभिक्रिया करून स्कॅन्डियम(III) क्षार आणि हायड्रोजन वायू तयार करतो.

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

हॅलोजनसोबत अभिक्रिया

स्कॅन्डियम हॅलोजनसोबत तीव्रपणे अभिक्रिया करून स्कॅन्डियम(III) हॅलाइड्स तयार करतो.

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

पाण्यासोबत अभिक्रिया

स्कॅन्डियम थंड पाण्यासोबत हळू अभिक्रिया करतो आणि वाफेसोबत अधिक वेगाने अभिक्रिया करून स्कॅन्डियम(III) हायड्रॉक्साईड आणि हायड्रोजन वायू तयार करतो.

2Sc(s) + 6H₂O(l) → 2Sc(OH)₃(s) + 3H₂(g) (थंड पाण्यासोबत मंद अभिक्रिया)

स्कॅन्डियम हायड्राईडची निर्मिती

स्कॅन्डियम उच्च तापमानावर हायड्रोजनसोबत अभिक्रिया करून एक नॉन-स्टोइकियोमेट्रिक हायड्राईड तयार करतो.

2Sc(s) + xH₂(g) → 2ScHₓ(s) (येथे x ≈ 1.5-2)

औद्योगिक आणि जैविक महत्त्व

औद्योगिक महत्त्व

एरोस्पेस मिश्रधातू: स्कॅन्डियमचा उपयोग प्रामुख्याने हलक्या वजनाच्या, उच्च-शक्तीच्या स्कॅन्डियम-अॅल्युमिनियम मिश्रधातूमध्ये केला जातो. हे मिश्रधातू त्यांच्या उत्कृष्ट शक्ती-ते-वजन गुणोत्तर आणि वर्धित तन्यता (ductility) यामुळे विमान घटक, क्षेपणास्त्र भाग आणि उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या क्रीडा वस्तूंसाठी एरोस्पेस उद्योगात महत्त्वपूर्ण आहेत.
उच्च-तीव्रता डिस्चार्ज दिवे: पारा वाफ दिव्यांमध्ये स्कॅन्डियम आयोडाइड मिसळले जाते, ज्यामुळे उच्च-कार्यक्षम, सूर्यप्रकाशासारखी प्रकाशयोजना मिळते, विशेषतः स्टेडियम आणि स्टुडिओ प्रकाशयोजनेत.
सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFCs): स्कॅन्डियम-स्थिरित झिरकोनिया (ScSZ) हे yttria-स्थिरित झिरकोनियाच्या तुलनेत त्याच्या उत्कृष्ट आयनिक चालकतेमुळे SOFCs साठी एक उच्च-कार्यक्षम इलेक्ट्रोलाइट सामग्री म्हणून कार्य करते.
तेल शुद्धीकरणामधील अनुरेखक: रेडिओएक्टिव्ह समस्थानिक स्कॅन्डियम-46 (⁴⁶Sc) चा उपयोग तेल शुद्धीकरणामध्ये पेट्रोलियम उत्पादनांच्या प्रवाहावर लक्ष ठेवण्यासाठी अनुरेखक (tracer) म्हणून केला जातो.
संशोधन उपयोग: स्कॅन्डियमचा उपयोग विविध संशोधन उपयोगांमध्ये होतो, ज्यात विशेष लेसर आणि काही अतिसंवाहक सामग्रीच्या उत्पादनाचा समावेश आहे.

जैविक महत्त्व

मनुष्य किंवा इतर सजीवांमध्ये स्कॅन्डियमची कोणतीही ज्ञात आवश्यक जैविक भूमिका नाही.
ते त्याच्या मूलद्रव्य आणि सामान्य आयनिक स्वरूपात सामान्यतः गैर-विषारी मानले जाते, जरी त्याच्या दुर्मिळतेमुळे आणि कमी संपर्कामुळे त्याच्या जैविक परिणामांवर विस्तृत अभ्यास मर्यादित आहेत.
वनस्पती आणि प्राण्यांमध्ये अल्प प्रमाणात आढळू शकते, परंतु ते चयापचयदृष्ट्या सक्रिय नसते।