Скандий

Скандий это редкий металл, он относиться к редкоземельным элементам, имеет химическую формулу Sc, связи с малым содержанием в земной коре очень ценен.

Основные источники скандия это собственные минералы в состав которого он входит тортвейтит, стереттит , а также присутствует как примесь во многих других как вольфрамит, касситерит и т,д.

Применяется как  катализатор, в электронной промышленности, в получении стекл и т,д.

Скандий химический элемент

Что такое скандий

(Scandium; от лат. Scandia — Скандинавия), Sc — Химический элемент 3-й группы четвёртого периода периодической системы химических элементов (по устаревшей III группы периодической системы элементов;) ат. н. 21, ат. м. 44,9559; относится к редкоземельным элементам.

Металл серебристого цвета с желтоватым отливом. В соединениях проявляет степень окисления +3, иногда +2 и +1. Состоит из стабильного изотопа 45Sc.

Важнейший из искусственных — бета-активный изотоп 46Sc с периодом полураспада 84 дня. Скандий предсказал рус. ученый Д. И. Менделеев в 1870, а обнаружил в 1879 швед, химик Л. Ф. Нильсон в скандинавском минерале гадолините.

Содержание скандия в земной коре 6 • 104%. Скандий— рассеянный элемент, в незначительных количествах (не более 0,5%) содержится во многих минералах (вольфрамитах, касситеритах, урановых рудах и др.).

Собственные минералы скандия (тортвейтит Sc2Si2О7, стереттит ScPО4-2H2О), встречающиеся крайне редко, практического значения не имеют.

Существует в двух кристаллических модификациях: до т-ры 1334° С стабильна альфа-модификация с гексагональной плотноупакованнои. решеткой  и  периодами  а = 3,309 А и с — 5,2733 А, выше температуры 1334° С — бета-модификация о кубической объемноцентрированноЙ решеткой.

История открытия

В 1871 году Дмитрий Иванович Менделеев, русский химик, предсказал существование этого элемента. Затем он был позже открыт Ларсом Фредриком Нильсоном в 1879 году.

Он представлен символом “Sc”. В периодической таблице Менделеева атомный номер скандия равен 21. Атомный вес, с другой стороны, составляет 44,965 г/моль.

На земле скандий или “Sc” обычно встречается в Скандинавии. Он встречается в виде мельчайших количеств во многих минеральных видах, найденных на земле.

Физические свойства скандия

Скандий — серебристо — белый металл, существующий в двух кристаллических видоизменениях с различными типами и параметрами решеток.

Плотность альфа-скандия (т-ра 259 С) 3,020 г/см3 ;tпл 1539 ; tкип 2700 ° С выше температуры 1600 ° С туч.   Коэфф. линейного расширения 11,4 • 10 град -1, теплоемкость (т-ра 25° С) 6,01   ккал/г • град,  электрическое сопротивление (54 — 70,7) 10 ом-см.

Скандий слабый парамагнетик, его атомная магнитная восприимчивость (т-ра 20° С)
236 • 10-6. Предел прочности на растяжение 25—30 кгс/мл2, на сжатие 100 кгс/мм2, НВ=75—100. В бескислородной среде легко поддается обработке: его можно штамповать, прокатывать, ковать и сваривать.

Интересные факты о скандии: На земле скандий является 50-м самым распространенным металлом. Большинство изотопов скандия имеют период полураспада менее двух минут.

Когда он находится в состоянии окисления, например Sc2O3, цвет скандия меняется на желтый или похожий на желтый. Он имеет валентность 3+.

Есть много важных свойств скандия, которые отличают его от других элементов.

  1. Это серебристо-белый металл
  2. Он имеет умеренно мягкую текстуру
  3. Скандий тускнеет в воздухе
  4. Он также легко горит
  5. Скандий реагирует с водой
  6. Электронная конфигурация скандия Ar3d14s2. 
  7. Температура плавления металла составляет 1541°C.
  8. Температура кипения металла составляет 2836°C.
  9. Плотность скандия составляет 2,99 грамма на кубический сантиметр

Химические свойства скандия

Скандий химически активен, особенно при повышенной т-ре. На воздухе даже при сравнительно низкой т-ре покрывается пленкой окиси. С кислородом реагирует уже при т-ре 200° С (реакция ускоряется при наличии паров воды), образуя окись Sc2О3—тугоплавкое бесцветное кристаллическое    вещество.

При    т-ре 400—600° С  легко   взаимодействует с галогенами и водородом, выше т-ры 600° С — с азотом и халькогенами, около т-ры 1000° С — с углеродом, бором и кремнием.

С водой скандий не реагирует  даже   при  т-ре  100° С. Легко растворяется в растворах минеральных к-т средней концентрации, устойчив к действию щелочей.

В химических реакциях атом скандия теряет по три электрона и ведёт себя как сильный восстановитель .
При обычных температурах поверхность его окисляется кислородом с образованием защитных плёнок .

Но при нагревании в кислороде горит и образуются оксиды Sc2O3 .

Другие окислители ( фтор , хлор , бром , йод , сера , азот , водород ) также взаимодействуют со скандием при нагревании ( получаются галиды , сульфиды , нитриды , гидриды ).

С водой скандий взаимодействует медленно , образующиеся при этом гидроксиды покрывают его защитной плёнкой:

2Sc + 6H2O = 2Sc(OH)3↓ + 3H2

Из кислот скандий легко вытесняет водород :

2Sc + 3H2SO4 = Sc2(SO4)3 + 3H2

и растворяется в кислотах.

Интересные факты о скандии: Эвксенит, гадолинит и тортвейтит являются единственными концентрированными источниками элемента.

Они обычно встречаются в Скандинавии и Мадагаскаре. Тортвейтит является силикатом скандия и содержит наибольшее количество скандия, то есть 34%. Как и скандий, этот минерал также редок на Земле.

Получение скандия

Разработано несколько технологических схем получения скандия из вольфрамитов, отходов уранового, чугунного и оловянного произ-ва.

Для того, чтобы определить скандий используют химический анализ.

В этих схемах использована комбинированная методика: применение носителей, экстракция органическими растворителями, фракционное осаждение, перегонка и т. д.

В конечном итоге получают ScF3 или ScCl3, к-рые восстанавливают  кальцием.  Металлический скандий дистиллируют в высоком вакууме.

Поскольку скандий имеет отрицательное значение стандартных электронных потенциалов , получают его электролизом расплавленных хлоридов или нитратов , а для понижения температур плавления добавляют соли других металлов.

Помимо электролиза его получают восстанавливая при высоких температурах из их хлоридов или фторидов наиболее активными металлами ( калием и кальцием ):

ScCl3 + 3K = Sc + 3KCl

Существует два распространенных способа извлечения скандия.

  • Первый способ-извлечение его в качестве побочного продукта урановой мельницы.
  • Второй метод, с помощью которого скандий может быть получен, когда расплавленные хлориды скандия, лития и калия электролизуются с использованием электродов из расплавленного цинка и вольфрамовой проволоки.

Стоимость   скандия  может быть примерно $ 7000/ за кг даже выше. Диаграммы состояния построены для небольшого числа систем, кристаллические структуры определены примерно для 200 соединений, преим. металлидов.

У скандия довольно отчетливо выражена аналогия, с одной стороны,— с магнием, с другой стороны,— с титаном и цирконием. Сходство с другими редкоземельными элементами, актиноидами и щелочноземельными металлами выражено меньше.

Разработаны  перспективные сплавы скандия (жаропрочные деформируемые сплавы системы магний — скандий — иттриймарганец, конструкц.    сплавы       скандий — медьалюминий,   скандий — титан и др.).

Интересные факты о скандии: Скандий также имеет высокое космическое изобилие. Кроме того, это двадцать третий (23-й) самый распространенный элемент на солнце.

Применение скандия

Окись скандия применяют для получения спец. стекол, глазурей, керамических изделий, в произ-ве ферритов с малой индукцией. У некоторых металлидов (в частности, у ScIn) обнаружены ферромагнитные св-ва.

Халькогениды используют в радиотехнике и радиоэлектронике как материалы для изготовления оксидных катодов, термисторов и т. п.

Некоторые соединения скандия входят в состав    смешанных катализаторов разложения   хлористого   водорода, некоторых кристаллофосфоров и люминофоров.

Возможно применение скандия и его сплавов в качестве геттеров, а также в атомной энергетике.

Оксид скандия (III) использовался при изготовлении ферритов в деталях ЭВМ. Применяется как соединение в радиотехнике .

Скандий в природе

Скандий — в природе встречается в виде устойчивого изотоп   45Sc (100% ) . В литосфере содержится  скандия 2 ⋅ 10⁻⁴.

Встречаются минералы достаточно богатые этим элементом , например , тортвейтит Sc2Si2O7 , однако эти минералы настолько рассеяны , что переработка связана с концентрированием ( отделением больших количеств пустой породы ) , что связано с большими энергозатратами.

Соединения скандия

Проявляет степень окисления +3 , их ионы имеют на внешнем уровне по 8 электронов , большой заряд этих ионов Э³⁺ обусловливается склонность скандия к комплексообразованию .

Его оксиды отвечают формуле Sc2O3 , бесцветны , тугоплавки , получаются разложением нитратов :

4Sc(NO3)3 = 2ScO3 + 12NO2↑ + 3O2

Он обладает основным характером , энергично реагировать с водой , образуя гидроксиды :

Sc2O3 + 3H2O = 2Sc(OH)3

Он мало растворим в воде , но легко растворяется в кислотах , гидроксид скандия Sc(OH)3 проявляет признаки амфотерности.

Соли скандия из воды кристаллизуются в виде аквасоединений . Хлориды , нитраты и ацетаты растворимы в воде и гидролизуются в незначительной степени.

Мало растворимые в воде фториды , карбонаты и оксалаты скандия переходят в раствор под действием избытка осадителя с образованием комплексных соединений.

Положительные ионы скандия имеют координационные числа от 3 до 6 . Важнейшие лиганды в комплексе металла — это фторид — , карбонат — , сульфат — , оксалат- ионы . Ион скандия Sc³⁺ образует с фторид — ионами комплексные соединения  :

KF + ScF3 = K[ScF4]

3KF + ScF3 = K3[ScF6]

Часто задаваемые вопросы ответы про скандий?

Где применяется скандий?

Главным по объёму применением скандия является его применение в алюминиево-скандиевых сплавах, применяемых в спортивной экипировке (мотоциклы, велосипеды, бейсбольные биты и т. п.) — везде, где требуются высокопрочные материалы.

Кто открыл скандий как химический?

Скандий, Scandium, Sc (21). В 1871 г. Менделеев на основании открытого им периодического закона предсказал существование нескольких элементов, в том числе аналога бора, названного им эка — бором.

Кто изобрел скандий?

Скандий открыл Ларс Фредрик Нильсон в 1879 году. Из 10 кг эвксенита и гадолинита он выделил оксид с ранее неизвестными свойствами.

Он назвал новый элемент, который подозревал, «Скандий» в честь своей родины.

Скандий имеет изотопы?

Элемент скандий также существует в виде изотопов. Существует тринадцать (13) изотопов элемента. Даже встречающийся в природе скандий существует в виде изотопа; 45Sc.

Эти изотопы скандия имеют массовое число от 40-52. Кроме того, известны также периоды полураспада этих изотопов. Скандий также имеет радиоизотопы.

На данный момент открыто двадцать пять радиоизотопов. Наиболее стабильным радиоизотопом является 46Sc, период полураспада которого составляет 83,8 дня.

Другими распространенными радиоизотопами скандия являются 47Sc, 47S,c и 44Sc с периодом полураспада 3,35 дня, 43,7 часа и 3,97 часа соответственно.

Ко

Лит.: Коган   Б. И., Названова В. А. Скандий. ; Корнилов И. И. [и др.]. Металлохимические свойства  элементов  периодической системы.

Статья на тему Скандий

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment