Скандий (Scandium), Sc
Химические элементы / Скандий (Scandium), Sc

Скандий - химический элемент III группы периодической системы Менделеева: атомный номер 21, атомная масса 44,9559; лёгкий металл с характерным жёлтым отливом, который появляется при контакте металла с воздухом. Известен один природный стабильный изотоп 45Sc. Из 10 искусственных радиоактивных изотопов важнейший 46Sc с периодом полураспада 84 сут. С. был предсказан Д. И. Менделеевым в 1870 и выделен в 1879 Л. Ф. Нильсоном из минералов гадолинита и эвксенита, найденных в Скандинавии (лат. Scandia), отсюда и название элемента.

Распространение в природе. Среднее содержание С. в земной коре (кларк) 2,2×10-3% по массе. В горных породах содержание С. различно: в ультраосновных 5×10-4, в основных 2,4×10-3, в средних 2,5×10-4, в гранитах и сиенитах 3.10-4; в осадочных породах (1-1,3).10-4. С. концентрируется в земной коре в результате магматических, гидротермальных и гипергенных (поверхностных) процессов. Известно два собственных минерала С. - тортвейтит и стерреттит; они встречаются чрезвычайно редко. В целом С. - типичный рассеянный элемент, слабый мигрант (см. также Рассеянных элементов руды). Содержание С. в морской воде 4×10-5 г/л.

Физические и химические свойства. С. существует в двух кристаллических модификациях: a и b; при обычной температуре устойчива a-модификация с гексагональной решёткой (а = 3,3080 ?и с = 5,2653 ), выше 1350 °C - b-модификация с кубической объёмноцентрированной решёткой. Плотность С. в а-форме при 25 °C 3,020 г/см3, атомной радиус 1,64 , ионный радиус 0,75 , tпл 1539 = 5 °C, tkип 2700 ?C, выше 1600 °C летуч. При 25 °C удельная теплоёмкость 25,158 кдж/(кг. К)[6,01 ккал/ (г×°C)], удельное электрическое сопротивление (54-70,7).10-6 ом×см, С. слабый парамагнетик, его атомная магнитная восприимчивость 236-10-6 (20 °C). Sc - первый переходный элемент с одним 3d электроном; конфигурация внешних электронов атома 3d14s2.

С.- мягкий металл, в чистом состоянии легко поддаётся обработке - ковке, прокатке, штамповке.

По хим. поведению сходен с др. переходными элементами в степени окисления +3 (например, Ti3+, Fe3+, Мп3+), элементами подгруппы Al, Be, а также элементами иттриевой подгруппы, вместе с которыми его иногда относят к редкоземельным элементам. На воздухе покрывается защитной окисной плёнкой толщиной до 600Ǻ, заметное окисление начинается при 250 °C. При взаимодействии с водородом (450 °C) образуется гидрид ScH2, с азотом (600-800 °C) - нитрид ScN, с галогенами (400-600 °C) - соединения типа ScCI3; С. реагирует также с бором и кремнием при температуре выше 1000 °C. Металл легко растворяется в соляной, азотной и серной кислотах (с понижением концентрации кислоты скорость растворения С. резко падает и с 0,001 н. растворами он не реагирует). Соли соляной, серной, азотной, роданистоводородной и уксусной кислот хорошо растворяются в воде, а соли фосфорной, щавелевой и плавиковой кислот мало растворимы; некоторой летучестью обладают ацетилацетонат и его фторпроизводные. На С. практически не действуют разбавленные растворы NaOH (10%) и смесь концентрированных HNO3 и HF (1: 1). В воде соединения С. заметно гидролизуются с образованием основных солей. Ионы Sc3+ склонны к полимеризации, образованию комплексных ионов различного типа, состав которых зависит от природы аниона и pH среды, например Sc (CO3)-2, Sc (SO4)3-3. Основные соли в растворе легко переходят в аморфную гидроокись.

Получение и применение. С. преимущественно в виде окислов извлекают попутно при гидро- и пирометаллургической переработке вольфрамовых, оловянных, титановых, урановых руд и бокситов. Окислы хлорируют или фторируют при повышенной температуре, а затем компактный металлический С. (выход ~ 99,5?о) получают термическим восстановлением его хлорида или фторида металлическим кальцием с последующей дистилляцией (возгонкой) Sc в высоком вакууме 133,3×10-6 н/м2 (10-6 мм рт. cm.)при 1600-1700 °C.

Масштабы применения С. весьма ограничены. Окись С. идёт на изготовление ферритов для элементов памяти быстродействующих вычислительных машин. Радиоактивный 46Sc используется в нейтронно-активационном анализе и в медицине. Сплавы С., обладающие небольшой плотностью и высокой температурой плавления, перспективны как конструкционные материалы в ракето- и самолётостроении, а ряд соединений С. может найти применение при изготовлении люминофоров, оксидных катодов, в стекольном и керамических производствах, в химической промышленности (в качестве катализаторов) и в других областях.
 

      Смотрите также

      Химия и технология производства 2–нафтола щелочным плавлением
      Щелочное плавление - процесс взаимодействия металлических солей сульфокислот со щелочами, приводящих к замещению сульфогруппы гидроксильной группой. Данный метод является одним из основных ...

      Кальций и его роль для человечества
      Кальций — элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calci ...

      Химические способы нанесения металлических покрытий
      Металлические слои можно получать на очень большом числе самых разнообразных материалов, таких, как стекло, кварц, фарфор, слюда, целлулоид, а также текстиль. Насколько многочисленны примен ...