Войти
Скандий - это химический элемент с символом Scи атомный номер 21. Серебристо-белый металлический элемент d-блока, он исторически классифицировался как редкоземельный элемент вместе с иттрием и лантаноидами. Он был открыт в 1879 году путем спектрального анализа минералов эвксенита и гадолинита из Скандинавии.
Скандий присутствует в большинстве месторождений редких -земля и соединения урана, но его добывают из этих руд лишь на нескольких рудниках по всему миру. Из-за низкой доступности и трудностей получения металлического скандия, что было впервые сделано в 1937 году, применения скандия не были разработаны до 1970-х годов, когда было обнаружено положительное влияние скандия на алюминиевые сплавы, и его использование в таких сплавах остается единственным его основным применением. Мировая торговля оксидом скандия составляет 15–20 тонн в год.
По свойствам соединения скандия занимают промежуточное положение между алюминием и иттрием. Между поведением магния и скандия существует диагональное соотношение, как и между бериллием и алюминием. В химических соединениях элементов группы 3 преобладающая степень окисления равна +3.
Скандий - мягкий металл с серебристым оттенком. При окислении воздухом появляется слегка желтоватый или розоватый оттенок. Он подвержен атмосферным воздействиям и медленно растворяется в большинстве разбавленных кислот. Он не реагирует со смесью 1: 1 азотной кислоты (HNO 3) и 48% плавиковой кислоты (HF), возможно, из-за образования непроницаемый пассивный слой. Скандиевые стружки воспламеняются на воздухе с ярко-желтым пламенем с образованием оксида скандия.
В природе скандий встречается исключительно в виде изотопа Sc, имеющего ядерное вращение 7/2; это его единственный стабильный изотоп. Было охарактеризовано тринадцать радиоизотопов, наиболее стабильным из которых является Sc с периодом полураспада 83,8 дня; Sc, 3,35 дня; позитрон излучатель Sc, 4 ч; и Sc, 43,7 часа. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 4 часов, а у большинства из них период полураспада менее 2 минут. Этот элемент также имеет пять ядерных изомеров, наиболее стабильным из которых является Sc (t 1/2 = 58,6 ч).
Изотопы скандия варьируются от Sc до Sc. Первичная мода распада при массах ниже, чем единственный стабильный изотоп Sc, представляет собой захват электронов, а первичная мода при массах выше нее - бета-излучение. Первичные продукты распада с атомными массами ниже Sc - это изотопы кальция, а первичные продукты с более высокими атомными массами - это изотопы титана.
В земной коре скандий не является редкостью. Оценки варьируются от 18 до 25 частей на миллион, что сопоставимо с содержанием кобальта (20–30 частей на миллион). Скандий занимает лишь 50-е место по распространенности на Земле (35-е место по содержанию в коре), но это 23-й по распространенности элемент Солнца. Однако скандий редко встречается и в следовых количествах содержится во многих минералах. Редкие минералы из Скандинавии и Мадагаскара, такие как торвейтит, эвксенит и гадолинит, являются единственными известными концентрированными источниками этого элемента. Торвейтит может содержать до 45% скандия в форме оксида скандия.
. Стабильная форма скандия создается в сверхновых посредством r-процесса. Кроме того, кроме того, скандий создается в результате расщепления более распространенных ядер железа космическими лучами.
Мировое производство скандия находится в порядка 15-20 тонн в год в виде оксида скандия. Спрос примерно на 50% выше, а производство и спрос продолжают расти. В 2003 г. только на трех рудниках добывали скандий: на урановых и железных рудниках в Желтых водах на Украине, на редкоземельных рудниках в Баян Обо, Китай и апатитовые рудники на Кольском полуострове, Россия ; с тех пор многие другие страны построили предприятия по производству скандия, в том числе 5 т / год (7,5 т / год Sc 2O3) Nickel Asia Corporation и Sumitomo Metal Mining в Филиппины. В Соединенных Штатах NioCorp Development надеется привлечь 1 миллиард долларов для открытия ниобиевого рудника на своем участке в Элк-Крик на юго-востоке Небраска, который может производить до 95 тонн оксида скандия в год. В каждом случае скандий является побочным продуктом извлечения других элементов и продается как оксид скандия.
Для получения металлического скандия оксид превращается в фторид скандия, а затем восстанавливается с металлическим кальцием.
Мадагаскар и регион Ивеланд - Эвье в Норвегии имеют единственные месторождения полезных ископаемых с высокой содержание скандия, торвейтит (Sc, Y) 2 (Si 2O7), но они не используются. Минерал колбекит ScPO 4 · 2H 2 O имеет очень высокое содержание скандия, но не доступен в более крупных месторождениях.
Отсутствие надежного, безопасного, стабильного и долгосрочного производства ограничивает коммерческое применение скандия. Несмотря на такой низкий уровень использования, скандий дает значительные преимущества. Особенно многообещающе является упрочнение алюминиевых сплавов с содержанием скандия всего 0,5%. Стабилизированный скандием диоксид циркония пользуется растущим рыночным спросом для использования в качестве высокоэффективного электролита в твердооксидных топливных элементах.
USGS сообщает что с 2015 по 2019 год в США цена небольших партий слитков скандия составляла от 107 до 134 долларов за грамм, а оксида скандия - от 4 до 5 долларов за грамм.
В химии скандия почти полностью доминирует трехвалентный ион Sc. Радиусы ионов M в таблице ниже показывают, что химические свойства ионов скандия имеют больше общего с ионами иттрия, чем с ионами алюминия. Отчасти из-за этого сходства скандий часто классифицируют как элемент, подобный лантаноиду.
Оксид Sc. 2O. 3 и гидроксид Sc (OH). 3являются амфотерным :
α- и γ-ScOOH изоструктурны своему гидроксиду алюминия оксид аналоги. Растворы Sc. в воде являются кислыми из-за гидролиза.
галогенидов ScX 3, где X = Cl, Br, или I, хорошо растворимы в воде, но ScF 3 нерастворим. Во всех четырех галогенидах скандий имеет 6-координацию. Галогениды кислоты Льюиса ; например, ScF 3 растворяется в растворе, содержащем избыток фторид-иона, с образованием [ScF 6 ]. Координационное число 6 типично для Sc (III). В более крупных ионах Y и La обычны координационные числа, равные 8 и 9. Трифлат скандия иногда используется в качестве Льюиса. кислотный катализатор в органической химии.
Скандий образует ряд металлоорганических соединений с циклопентадиенильными лигандами (Cp), аналогично поведению лантаноидов. Одним из примеров является димер с хлорной мостиковой связью, [ScCp 2 Cl] 2 и родственные производные пентаметилциклопентадиенил лигандов.
Соединения, содержащие скандий в степенях окисления, отличных от +3, редки, но хорошо охарактеризованы. Сине-черное соединение CsScCl 3 является одним из самых простых. Этот материал имеет пластинчатую структуру, которая демонстрирует обширную связь между центрами скандия (II). Гидрид скандия не совсем понятен, хотя, похоже, он не является солевым гидридом Sc (II). Как наблюдается для большинства элементов, двухатомный гидрид скандия наблюдался спектроскопически при высоких температурах в газовой фазе. Бориды и карбиды скандия нестехиометричны, что типично для соседних элементов.
Более низкие степени окисления (+2, +1, 0) наблюдаются также в органоскандиевых соединениях.
Дмитрий Менделеев, которого называют отцом таблицы Менделеева, предсказал существование элемента экаборон с атомная масса между 40 и 48 в 1869 году. Ларс Фредрик Нильсон и его команда обнаружили этот элемент в минералах эвксените и гадолините в 1879 году. Нильсон приготовил 2 грамма оксида скандия высокой чистоты. Он назвал элемент скандий от латинского Scandia, что означает «Скандинавия». Нильсон, очевидно, не знал о предсказании Менделеева, но Пер Теодор Клев узнал переписку и уведомил Менделеева.
Металлический скандий был впервые произведен в 1937 году путем электролиза эвтектическая смесь хлоридов калия, лития и скандия при 700–800 ° C. Первый фунт металлического скандия чистотой 99% был произведен в 1960 году. Производство алюминиевых сплавов началось в 1971 году после получения патента США. Алюминиево-скандиевые сплавы были также разработаны в СССР.
Лазерные кристаллы гадолиниево-скандий-галлиевого граната (GSGG) использовались в стратегических оборонных приложениях, разработанных для Strategic Defense Initiative (SDI) в 1980-е и 1990-е годы.
В начале 2018 года были собраны данные спектрометра о значительном скандии, ванадии и иттрий в звездах красных гигантов в ядерном звездном скоплении (NSC) в Центре Галактики. Дальнейшие исследования показали, что это была иллюзия, вызванная относительно низкой температурой (ниже 3500 K) этих звезд, маскирующей сигналы обилия, и что это явление наблюдалось у других красных гигантов.
Части МиГ-29 изготовлены из сплава Al-Sc. Добавление скандия к алюминию ограничивает рост зерен в зоне нагрева сварных алюминиевых деталей. Это имеет два положительных эффекта: осажденный Al 3 Sc образует более мелкие кристаллы, чем в других алюминиевых сплавах, и объем зон без выделений на границах зерен стареющих алюминиевых сплавов. уменьшен. Оба эти эффекта увеличивают полезность сплава. Однако титановые сплавы, аналогичные по легкости и прочности, дешевле и широко используются.
Сплав Al 20Li20Mg10Sc20Ti30такой же прочный, как титан, легкий, как алюминий, и твердая, как керамика.
Основное применение скандия по весу - это сплав алюминия и скандия для небольших компонентов аэрокосмической промышленности. Эти сплавы содержат от 0,1% до 0,5% скандия. Они использовались в российской военной авиации, в частности МиГ-21 Микояна-Гуревича и МиГ-29.
. Некоторые элементы спортивного снаряжения, изготовленные из высококачественных материалов, были изготовлены с использованием скандий-алюминиевые сплавы, включая бейсбольные биты и велосипедные рамы и компоненты. Клюшки для лакросса также изготавливаются из скандия. Американская компания по производству огнестрельного оружия Smith Wesson производит полуавтоматические пистолеты и револьверы с рамой из сплава скандия и цилиндрами из титана или углеродистой стали.
Стоматологи используют иттрий-скандий, легированный эрбием-хромом. лазеры на галлиевом гранате (Er, Cr: YSGG) для препарирования полости и в эндодонтии.
Первые металлогалогенные лампы на основе скандия были запатентованы General Electric и первоначально производились в Северной Америке, хотя сейчас они производятся во всех крупных промышленно развитых странах. Около 20 кг скандия (как Sc 2O 3) ежегодно используется в Соединенных Штатах для газоразрядных ламп высокой интенсивности. Один тип металлогалогенной лампы, аналогичный ртутной лампе, изготавливается из трииодида скандия и йодида натрия. Эта лампа представляет собой источник белого света с высоким индексом цветопередачи , который достаточно напоминает солнечный свет, чтобы обеспечить хорошую цветопередачу с камерами TV. Около 80 кг скандия используется в металлогалогенных лампах / лампочках во всем мире в год.
Радиоактивный изотоп Sc используется на нефтеперерабатывающих заводах в качестве отслеживающего агента.. Трифлат скандия представляет собой каталитический кислоту Льюиса, используемую в органической химии.
Элементарный скандий считается нетоксичным, хотя и широко распространенным животным испытания соединений скандия не проводились. Уровни средней летальной дозы (LD 50) для хлорида скандия для крыс были определены как 755 мг / кг для внутрибрюшинного и 4 г / кг для приема внутрь. В свете этих результатов с соединениями скандия следует обращаться как с соединениями средней токсичности.
 | Найдите scandium в Викисловаре, бесплатном словаре. |
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Скандий. |
Категория: Скандий.