Прежде всего он обладает редким сочетанием высокой теплостойкости с легкостью. Плотность алюминия 2,7 г/см3, а температура плавления 660° С. Кубический сантиметр скандия весит 3,0 г, а температура плавления этого металла 1539° С. Плотность стали колеблется (в зависимости от марки) в пределах 7,5-7,9 г/см3, температуры плавления различаются в довольно широких пределах (чистое плавится при температуре 1530° С, на 9° ниже, чем ).

Сравнение этих важнейших характеристик скандия и двух самых важных металлов современной техники явно в пользу элемента № 21. Кроме того, он обладает прекрасными прочностными характеристиками, значительной химической и коррозионной стойкостью.

Благодаря этим свойствам мог бы стать важным конструкционным материалом в авиации и ракетостроении В США была предпринята попытка производства металлического скандия для этих целей, но стало ясно, что скандиевая ракета оказалась бы слишком дорогой. Даже отдельные детали из скандия очень сильно увеличивали ее стоимость.

Пытались найти применение скандию и в металлургии. Рассчитывали использовать его в качестве легирующей добавки к чугуну, стали, титано-алюминиевым сплавам. В ряде случаев были получены обнадеживающие результаты. Например, добавка 1% скандия в увеличивала прочность сплава в полтора раза. Но и немногие проценты металлического скандия слишком удорожали сплав…

Так выглядят содержащие ферриты. Чтобы дать представление об их размерах, ферриты сфотографировали рядом с монетой. Металлический рубль, а не копейка, выбран не случайно; он как бы напоминает, что скандий до сих пор остается одним из самых дорогих металлов

Искали применения скандию и в ядерной технике, и в химической промышленности, но в каждом случае многозначные цифры цены сводили на нет достоинства элемента № 24.

Поскольку окись скандия в несколько раз дешевле чистого металла, ее применение в некоторых случаях могло бы оказаться экономически оправданным. У этого невзрачного, очень обыкновенного на вид порошка не было достоинств, столь очевидных, как у самого металла, но…

С середины 60-х гг. окись скандия используют в составе ферритов для элементов памяти быстродействующих вычислительных машин некоторых типов. Получают окись скандия при комплексной переработке бокситов, оловянных, урановых, вольфрамовых и титановых руд.

Сам же скандий (и на его основе) по-прежнему остается металлом будущего: хорош, конечно, но слишком дорог. Впрочем, специалисты не исключают, что этому металлу в будущем удастся пройти тот же путь, который во второй половине XX в. прошел его сосед по менделеевской таблице - .

УТВЕРДИТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА. «Утвердителями», «укрепителями» периодической системы элементов называл Менделеев ученых, которые своими открытиями подтвердили прогнозы, сделанные им на основе периодического закона. В первую очередь эти «титулы» заслужили трое ученых, обнаруживших в минералах предсказанные Менделеевым элементы, экаалюииний, экабор, экасилиций.

Первым из «утвердителей» был, как известно, французский химик Лекок де Буабодран - в 1875 г. он нашел в цинковой обманке экаалюмииий - .

Нильсон был вторым. Четыре года спустя после открытия Буабодрана ему посчастливилось обнаружить в минерале ауксените предсказанный Менделеевым экабор. А еще через семь лет немецкий ученый Клеменс Винклер впервые получил экасилиций - .

Швед Ларе Фредерик Нильсон, уроженец сурового острова Готланд, был разносторонне образованным ученым - в Упсальском университете он изучал химию, геологию, биологию. Кроме первоклассного образования и природной одаренности, его успехам в науке способствовали еще два крайне важных обстоятельства - работа в молодости под руководством замечательного шведского химика Йенса Якоба Берцелиуса и открытие Менделеевым периодического закона, вооружившее ученых всего мира картой химического континента.

Более всего Нильсон занимался изучением редких элементов. Крупнейшим его достижением, помимо открытия элемента № 21 - скандия, было установление в 1884 г. правильного атомного веса бериллия (совместно с шведским химиком О. Петерсоном).

Последние 17 лет своей жизни Нильсоп занимал профессорскую кафедру в Стокгольмской сельскохозяйственной академии. Он сделал немало для повышения урожайности полей в Швеции и особенно на своем родном острове Готланд.

СКАНДИЙ И ФОСФОРЫ. Фосфорами (не путать с фосфором) называются , способные довольно долго светиться в темноте. Одно из таких веществ - сульфид цинка ZnS. Если облучить его инфракрасными лучами, он начинает светиться и еще долго светится после прекращения облучения. Установлено, что добавка скандия к сульфиду цинка, активированному медью, дает более яркое свечение, чем обычно. Скандий увеличивает свечение и других фосфоров, в частности окиси магния MgO.

ЧТОБЫ ВОЗДУХ БЫЛ ЧИЩЕ. При производстве пластмасс, инсектицидов и растворителей выделяются довольно значительные

количества хлористого водорода. Это ядовитый газ, выброс которого в атмосферу недопустим.

Конечно, можно было бы связывать его водой и вырабатывать соляную кислоту, но получение кислоты таким методом, мягко говоря, влетало бы в копеечку. Больших затрат требовало и разложение НС1 электролизом, хотя метод каталитического разложения хлористого водорода был предложен более 100 лет назад. Катализатором служила хлористая . Однако эффективным этот процесс был лишь при 430-475° С. А при этих условиях катализатор улетучивается… Выход был найден: к основному катализатору - хлористой меди -г добавили микроколичества хлоридов иттрия, циркония, тория, урана и скандия. На таком катализаторе температура разложения хлористого водорода снизилась до 330-400° С, и улетучивание хлористой меди стало значительно меньше. Новый катализатор служит гораздо дольше старого, и воздух над химическими заводами надежно очищается от вредного хлористого водорода.

СКАНДИЙ В УСТЬЕ ТЕМЗЫ. Радиоактивный изотоп скандия с атомной массой 46 в 1954-1955 гг. использовали для определения движения ила в устье Темзы. Соль, содержавшую скандий-46, смешивали с толченым стеклом и опускали на морское дпо в контейнере. Там контейнер открывался, и смесь, плотность которой соответствовала плотности ила, рассыпалась по дну. Излучение отмечали с катера специальным прибором. Скандий-46 выбрали потому, что он обладает достаточно интенсивным излучением и идеальным для такого рода исследований периодом полураспада-83,9 суток. Что же оказалось? Большая часть грязи, выносимой Темзой в море, в скором времени возвращается обратно в русло реки. Пришлось разрабатывать новую технику очистки устья реки от наносов. Изучение движения ила и гальки в море с помощью изотопа скандия проводилось также в Польше и Франции.

Побочной подгруппы третьей группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 21. Простое вещество скандий - лёгкий металл серебристого цвета , β-Sc с кубической объёмноцентрированной решёткой , температура перехода α↔β 1336 °C.

Нахождения в природе

Геохимия и минералогия

Среднее содержание скандия в земной коре - 10 г/т. Близки по химическим и физическим свойствам к скандию иттрий, лантан и лантаноиды. Во всех природных соединениях скандий, так же, как и его аналоги алюминий, иттрий, лантан, проявляет положительную валентность, равную трём, поэтому в окислительно-восстановительных процессах он участия не принимает. Скандий является рассеянным элементом и входит в состав многих минералов. Собственно скандиевых минералов известно 2: тортвейтит (Sc, Y) 2 Si 2 O 7 (Sc 2 O 3 до 53,5 %) и стерреттит Sc 2H 2 O (Sc 2 O 3 до 39,2 %). Относительно небольшие концентрации обнаружены примерно в 100 минералах. В связи с тем, что по свойствам скандий близок к , , , 2+ , 2+ , TR (редкоземельным элементам), , , , , главная масса его рассеивается в минералах, содержащих эти элементы. Имеет место изовалентное замещение скандием элементов группы TR, особенно в существенно иттриевых минералах (ксенотим, ассоциация Sc - Y в тортвейтите и замещение Al в берилле). Гетеровалентное замещение скандием Fe 2+ и магния в пироксенах , амфиболах, оливине, биотите широко развито в основных и ультраосновных породах, а замещение циркония - в поздние стадии магматического процесса и в пегматитах.

Основные минералы-носители скандия: флюорит (до 1 % Sc 2 O 3), касситерит (0,005-0,2 %), вольфрамит (0-0,4 %), ильменорутил (0,0015-0,3 %), торианит (0,46 % Sc 2 O 3), самарскит (0,45 %), виикит (1,17 %), ксенотим (0,0015-1,5 %), берилл (0,2 %), баццит (скандиевый берилл, 3-14,44 %). В процессе формирования магматических пород и их жильных производных скандий в главной своей массе рассеивается преимущественно в темноцветных минералах магматических пород и в незначительной степени концентрируется в отдельных минералах постмагматических образований. Наиболее высокие (30 г/т Sc 2 O 3) концентрации скандия приурочены к ультраосновным и основным породам, в составе которых ведущую роль играют железо-магнезиальные минералы (пироксен, амфибол и биотит). В породах среднего состава среднее содержание Sc 2 O 3 10 г/т, в кислых - 2 г/т. Здесь скандий рассеивается также в темноцветных минералах (роговой обманке, биотите) и устанавливается в мусковите, цирконе, сфене. Концентрация в морской воде - 0,00004 мг/лJ.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.

Месторождения

Самые значительные месторождения тортвейтита (минерала, наиболее богатого скандием) расположены на Мадагаскаре и в Норвегии Популярная библиотека химических элементов. Скандий. Книги. Наука и техника .

История

| Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов | Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов

| {{#ifexist: Шаблон:ref-{{{language}}} | {{ref-{{{language}}}}} | ({{{language}}}) }}

}}{{#if:| = {{{оригинал}}} }}{{#switch:{{#if:|а}}{{#if:Журнал Русского химического общества|и}}

}}{{#if:| : {{{тип}}} }}{{#if:| / {{{ответственный}}} }}{{#switch:{{#if:|м}}{{#if:|и}}{{#if:1871|г}}

|миг=. - Шаблон:Указание места в библиоссылке : {{{издательство}}}, 1871 |ми=. - Шаблон:Указание места в библиоссылке : {{{издательство}}} |мг=. - Шаблон:Указание места в библиоссылке , 1871 |иг=. - {{{издательство}}}, 1871 |м=. - Шаблон:Указание места в библиоссылке |и=. - {{{издательство}}} |г=. - 1871

|{{#if: |. - {{#iferror:{{#time:j xg|0000-{{{месяц}}}-{{{день}}}|{{{language}}} }}|{{{день}}} {{{месяц}}} }} |. - {{#iferror:{{#time:F|0000-{{{месяц}}}|{{{language}}} }}|{{{месяц}}} }} }} }}{{#if:III |{{#if: | (Шаблон:Бсокр |. - Шаблон:Бсокр }} }}{{#if: |{{#if: | (vol. {{{volume}}} |. - Vol. {{{volume}}} }} }}{{#if: |{{#if: | (bd. {{{band}}} |. - Bd. {{{band}}} }} }}{{#if: |{{#if:III |, Шаблон:Бсокр |{{#if: | (Шаблон:Бсокр |. - Шаблон:Бсокр }} }} }}{{#if: |{{#if:III |, Шаблон:Бсокр |{{#if: | (Шаблон:Бсокр |. - Шаблон:Бсокр }} }} }}{{#if: |{{#if:III |) }} }}{{#if:25-56|. - Шаблон:Бсокр

}}{{#if:|. - P. {{{pages}}} }}{{#if: |. - S. {{{seite}}}

Физические свойства

{{#ifeq: |none||Шаблон:!class ="ambox-image"Шаблон:! }}

Этот раздел не завершён . {{#if:Вы поможете проекту, исправив и дополнив его{{ #if:

следующей информацией: {{{1}}} }}.|

следующей информацией: {{{1}}} }}.}} {{#if:|Шаблон:!class ="ambox-imageright"Шаблон:! {{{imageright}}} }}

{{#if:||{{#if:||}}}}

Скандий - лёгкий металл серебристого цвета с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с гексагональной решёткой типа магния (a=3,3085 Å; с=5,2680 Å; z=2; пространственная группа P6 3 /mmc ), β-Sc с ="ambox-image"

Ион Sc 3+ бесцветный диамагнитный, координационное число в водных растворах - 6. Как и в случае алюминия, гидроксид скандия амфотерен и растворяется как в избытке кислот, так и в избытке щелочей; с разбавленным раствором аммиака не реагирует. Хлорид, бромид, иодид и сульфат скандия хорошо растворимы в воде, раствор имеет кислую реакцию вследствие частичного гидролиза, при этом гидратация безводных солей сопровождается бурным выделением тепла. Фторид и фосфат скандия в воде не растворимы, но фторид растворятся в присутствии избытка фторид-ионов с образованием ScF 6 3- . Карбид, нитрид, фосфид, сульфид и карбонат скандия водой нацело гидролизуются. Органические соединения скандия термически относительно устойчивы, но бурно реагируют с водой и воздухом. Они построены в основном при помощи σ-связей Sc-C и представлены алкильными производными и полимерными циклопентадиенидами.

Известны также соединения с низшими степенями окисления скандия (+2, +1, 0). Одно из простейших - тёмно-синее твёрдое вещество CsScCl 3 . В этом веществе представлены связи между атомами скандия. {{#if:Corbett

|{{#if: |[[{{{authorlink}}}|{{#if: Corbett |Corbett{{#if: J.D. |, J.D. }} |{{{author}}} }}]] |{{#if:Corbett |Corbett{{#if: J.D. |, J.D. }} |{{{author}}} }} }}

|{{#if: | ; {{{coauthors}}} }}

| ({{{date}}}) |{{#if:1981 |{{#if: | ({{{month}}} 1981) | (1981) }} }} | .

}}{{#if:Corbett1981

|

| no | | {{#if: |“|«}} }}{{#if: |[{{{url}}} Extended metal-metal bonding in halides of the early transition metals] |Extended metal-metal bonding in halides of the early transition metals

| no | | {{#if: |”|»}} }}{{#if: | ({{{language}}})

| ({{{format}}})

}}{{#if:Acc. Chem. Res.

|. Acc. Chem. Res.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Скандий - двадцать первый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Sc от латинского «scandium». Расположен в четвертом периоде, IIIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 21.

Скандий содержится в земной коре в количествах порядка 10 -3 % (масс.). В свободном состоянии он представляет собой серебристо-белый металл (рис.1) с высокой температурой плавления (1541 o С). Плотность - 3,0 г/см 3 . По химической активности скандий уступает лишь щелочным и щелочноземельным металлам. Вследствие пассивирования скандий не растворяется в воде и с ней не взаимодействует.

Рис. 1. Скандий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса скандия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии скандий существует в виде одноатомных молекул Sc, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 44,9559.

Изотопы скандия

Известно, что в природе скандий может находиться в виде единственного стабильного изотопа 45 Sc. Массовое число равно 45, ядро атома содержит двадцать один протон и двадцать четыре нейтрона.

Существуют искусственные изотопы скандия с массовыми числами от 36-ти до 60-ти, среди которых наиболее стабильным является 46 Sc с периодом полураспада равным 83,79 суток, а также десять ядерных изотопов.

Ионы скандия

На внешнем энергетическом уровне атома скандия имеется три электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 .

В результате химического взаимодействия скандий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Sc 0 -3e → Sc 3+ .

Молекула и атом скандия

В свободном состоянии скандий существует в виде одноатомных молекул Sc. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу скандия:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Толковый словарь русского языка. Д.Н. Ушаков

скандий

скандия, мн. нет, м. (хим.). Редкий металл, не встречающийся в природе в свободном состоянии, а существующий только в окиси, имеющей вид белого порошка. (От названия полуострова Скандинавия.)

Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.

скандий

м. Редкоземельный химический элемент, серебристо-белый металл, не встречающийся в природе в свободном состоянии.

Энциклопедический словарь, 1998 г.

скандий

СКАНДИЙ (лат. Scandium) Sc, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 21, атомная масса 44,95591, относится к редкоземельным элементам. Назван от Скандинавского п-ова (лат. Scandia), где был открыт. Плотность 3,02 г/см3, tпл 1541°С. Компонент легких сплавов с высокими прочностью и коррозионной устойчивостью, катализатор высокотемпературной пара-орто-конверсии водорода, нейтронный фильтр в ядерной технике.

Скандий

(лат. Scandium), Sc, 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 ╟С ≈ b-модификация с кубической объёмноцентрированной решёткой. Плотность С. в а-форме при 25 ╟С 3,020 г/см3, атомной радиус 1,64 , ионный радиус 0,75 , tпл 1539 ╠ 5 ╟С, tkип 2700 ╟C, выше 1600 ╟С летуч. При 25 ╟С удельная теплоёмкость 25,158 кдж/(кг. К) , удельное электрическое сопротивление (54≈70,7).10-6ом×см, С. слабый парамагнетик, его атомная магнитная восприимчивость 236-10-6 (20 ╟С). 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 ╟С. При взаимодействии с водородом (450 ╟С) образуется гидрид ScH2, с азотом (600≈800 ╟С) ≈ нитрид ScN, с галогенами (400≈600 ╟С) ≈ соединения типа ScCI3; С. реагирует также с бором и кремнием при температуре выше 1000 ╟С. 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 133,3×10-6н/м2 (10-6мм рт. cm.) при 1600≈1700 ╟С.

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.

Лит.: Борисенко Л. Ф., Скандий, М, 1961; Фаворская Л. В., Химическая технология скандия, А.-А., 1969; Коган Б. И., Названова В. А., Скандий, М., 1961; Справочник но редким металлам, пер. с англ., М., 1965; Vickery R. С., The chemistry of yttrium and scandium, Oxf., 1960.

Л. Н. Комиссарова

Википедия

Скандий

Ска́ндий (; обозначается символом Sc ) - элемент побочной подгруппы третьей группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 21. Простое вещество скандий - лёгкий металл серебристого цвета с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с гексагональной решёткой типа магния, β-Sc с кубической объёмноцентрированной решёткой, температура перехода α↔β 1336 °C.

Примеры употребления слова скандий в литературе.

Это прежде всего элементы рассеяния -- литий, йод, бром, галлий, индий, скандий , иттрий, цезий и рубидий, а затем, конечно, радиоактивные элементы.

Четырнадцать элементов, следующих в таблице Менделеева за лантаном, и еще иттрий со скандием - вот они и образуют группу редкоземельных элементов, которые в природе всегда встречаются совместно.

В результате целой гаммы искусственных превращений возникают редкие и рассеянные элементы - германий, галлий, скандий , иттрий и многие другие, получение которых обычными методами металлургии чрезвычайно сложно и стоит дорого.

Железо пруссы брали и набегами и торговлей в Скандии - горной стране, на северном берегу Волчьего моря.

Надо лишь убедиться в том, что скандий на Багровой не выдумка и что месторождение годится для промышленной разработки, тогда мы сможем продать сведения об этой планете за сумму, которой хватит нам обоим на всю оставшуюся жизнь.

Все дело в том, что использовать месторождение здешнего скандия невозможно.

Ты полагаешь, открытое месторождение скандия на ее поверхности появилось случайно?

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «ХИМИЯ»

на тему: «Химический элемент - Скандий»

Подготовил студент

4 ЭФ 2 Тарасов С.В.

Научный руководитель:

Патрушева О.А.

МОСКВА 2010

· История Скандия и происхождение его названия

· Физические свойства Скандия

· Химические свойства Скандия

· Мировые ресурсы Скандия

· Распространение Скандия в природе

· Получение и производство Скандия

· Применение Скандия

· Металлургия

· Сплавы скандия

· Сверхтвёрдые материалы

· Микроэлектроника

· Источники света

· Изотопы скандия

· Ядерная энергетика

· Медицина

· Лазерные материалы

· Производство солнечных батарей

· МГД-генераторы

· Рентгеновские зеркала

· Огнеупорные материалы

· Производство фианитов

· Люминофоры

· Литература

История Скандия и происхождение его названия

Ска́ндий - элемент побочной подгруппы третьей группы, четвёртого периода периодической системы химических элементовД. И. Менделеева, с атомным номером 21 и атомной массой 44,9559, обозначается символом Sc (лат. Scandium ). Простое вещество скандий (CAS-номер: 7440-20-2) - легкий металл серебристого цвета с характерным желтым отливом, который появляется при контакте металла с воздухом.

Известен один природный стабильный изотоп 45 Sc. Из искусственных радиоактивных изотопов важнейший 46 Sc с периодом полураспада 84 сут.

Скандий был предсказан Д. И. Менделеевым в 1870 году и выделен в 1879 году Л. Ф. Нилъсоном из минералов гадолинита и эвксенита, найденных в Скандинавии (лат. Scandia), отсюда и название элемента.

Скандий существует в двух кристаллических модификациях: α и β; при обычной температуре устойчива α-модификация с гексагональной решеткой (а = 3,3080 Å и с = 5,2653 Å), выше 1350 °С - β-модификация с кубической объемноцентрированной решеткой. Плотность Скандия в α-форме при 25 °С 3,020 г/см 3 , атомный радиус 1,64 Å, ионный радиус 0,75Å, (t пл 1539 °С, t кип 2700 °С, выше 1600 °С летуч. При 25 °С удельная теплоемкость 25,158 кдж/(кг·К) , удельная электрическое сопротивление (54-70,7)·10 -6 ом·см;

Скандий слабый парамагнетик, его атомная магнитная восприимчивость 236·10 -6 (20 °С). Скандий - мягкий металл, в чистом состоянии легко поддается обработке - ковке, прокатке, штамповке.

Sc - первый переходный элемент с одним 3d-электроном; конфигурация внешних электронов атома 3d 1 4s 2 . По химическому поведению сходен с другими переходными элементами в степени окисления +3 (например, Ti 3+ , Fe 3+ , Mn 3+), элементами подгруппы Al, Be, а также элементами иттриевой подгруппы, вместе с которыми его иногда относят к редкоземельным элементам.

На воздухе покрывается защитной оксидной пленкой толщиной до 600Å, заметное окисление начинается при 250 °С. При взаимодействии с водородом (450 °С) образуется гидрид ScH 2 , с азотом (600-800 °С) - нитрид ScN, с галогенами (400-600 °С) - соединения типа SсСl 3 .

Также Скандий реагирует с бором и кремнием при температуре выше 1000 °С.

В воде соединения Скандия заметно гидролизуются с образованием основных солей. Ионы Sc 3+ склонны к полимеризации, образованию комплексных ионов различного типа, состав которых зависит от природы аниона и рН среды, например Sс(СО 3) 2 - , Sc (SO 4) 3 3- . Основные соли в растворе легко переходят в аморфный гидрооксид.

Металл легко растворяется в соляной, азотной и серной кислотах (с понижением концентрации кислоты скорость растворения Скандия 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 Скандий практически не действуют разбавленные растворы NaOH (10%) и смесь концентрированных HNO 3 и HF (1: 1).

Колоссальные ресурсы скандия сосредоточены в России и бывшем Советском Союзе (данные по добыче весьма разрозненны, но объёмы добычи по оценкам независимых специалистов равны или превышают официальную мировую добычу). В целом по оценкам независимых специалистов в настоящее время, основными продуцентами скандия (оксида скандия) являются Россия, Китай, Украина и Казахстан. В определённой степени в ближайшие годы ожидается значительный объём поступлений скандиевого сырья из Австралии, Канады, Бразилии.

Следует также отметить, что запасы редкоземельного сырья в Монголии, содержащего скандий, это также перспективный источник скандия для скандиевой промышленности и развития металлургии скандия.

Распространение Cкандия в природе

Известно два собственных минерала Скандия: тортвейтит (Sc, Y)2 Si 2 O 7 (Sc2O3 до 53,5%) и стерреттит Sc 2H 2 O (Sc 2 O 3 до 39,2%), но встречаются они чрезвычайно редко.

Скандий является типичным рассеянным элементом и слабым мигрантом и входит в состав многих минералов.

По химическим и физическим свойствам к скандию близки иттрий, лантан и лантаноиды. Во всех природных соединениях скандий, так же как и его аналоги алюминий, иттрий, лантан, проявляет положительную валентность, равную трём, поэтому в окислительно-восстановительных процессах он участия не принимает.

В процессе формирования магматических пород и их жильных производных скандий в главной своей массе рассеивается преимущественно в тёмноцветных минералах магматических пород и в незначительной степени концентрируется в отдельных минералах постмагматических образований.

Основные минералы-носители скандия: флюорит (до 1% Sc2O3), касситерит (0,005-0,2%), вольфрамит (0-0,4%), ильменорутил (0,0015-0,3%), торианит (0,46% Sc2O3), самарскит (0,45%), виикит (1,17%), ксенотим (0,0015-1,5%), берилл (0,2%), баццит (скандиевый берилл, 3-14,44%). Всего известно более сотни скандий-содержащих минералов

Так как, в горных породах содержание Скандия различно, и в связи с тем, что по свойствам скандий близок к Mg, Al, Ca, Mn 2 +,Fe 2 +, TR, Hf, Th, U, Zr, то главная его масса рассеивается в минералах, содержащих эти элементы.

Наиболее высокие (30 г/т Sc 2 O 3) концентрации скандия приурочены к ультраосновным и основным породам, в составе которых ведущую роль играют железо-магнезиальные минералы (пироксен, амфибол и биотит), в которых широко развито гетеровалентное замещение скандием Fe 2 + и магния, а замещение циркония – в поздние стадии магматического процесса и в пегматитах.

В породах среднего состава среднее содержание Sc 2 O 3 - 10 г/т, в кислых – 2 г/т, здесь скандий рассеивается также в тёмноцветных минералах (роговой обманке, биотите) и устанавливается в мусковите, цирконе, сфене.

Также имеет место изовалентное замещение скандием элементов группы TR, особенно в существенно иттриевых минералах (ксенотим, ассоциация Sc – Y в тортвейтите и замещение Al в берилле).

Скандий является рассеянным литофильным элементом (элемент горных пород), поэтому для технологии добычи этого элемента важно полное извлечение его из перерабатываемых руд и по мере развития металлургии руд-носителей скандия, его ежегодный объём добычи будет возрастать.

Скандий преимущественно в виде оксидов извлекают попутно при гидро- и пирометаллургической переработке вольфрамовых, оловянных, титановых, урановых руд и бокситов. Оксиды хлорируют или фторируют при повышенной температуре, а затем компактный металлический Скандий (выход ~99,5%) получают термическим восстановлением его хлорида или фторида металлическим кальцием с последующей дистилляцией (возгонкой) Sc в высоком вакууме 133,3·10 -6 н/м 2 (10 -6 мм рт. ст.) при 1600-1700 °С.

Скандий смело можно назвать металлом XXI века и прогнозировать резкий рост его добычи, рост цен и спрос в связи с переработкой огромного количества каменных углей (особенно переработка каменных углей России) на жидкое топливо.

Применение Скандия

Скандий моноизотопный элемент и на 100 % состоит из атомов скандий-45.

Металлургия

Применение скандия в виде микролегирующей примеси оказывает значительное влияние на ряд практически важных сплавов, так например прибавление 0,4 % скандия к сплавам алюминий-магний повышает временное сопротивление на 35 %, а предел текучести на 65-84 %, и при этом относительное удлинение остаётся на уровне 20-27 %. Добавка 0,3-0,67 % к хрому, повышает его устойчивость к окислению вплоть до температуры 1290°C, и аналогичное, но ещё более ярко выраженное действие оказывает на жаростойкие сплавы типа «нихром» и в этой области применение скандия куда как эффективнее иттрия. Оксид скандия обладает рядом преимуществ для производства высокотемпературной керамики перед другими оксидами, так как прочность оксида скандия при нагревании возрастает и достигает максимума при 1030 °C, в то же время оксид скандия обладает минимальной теплопроводностью и высочайшей стойкостью к термоудару. Скандат иттрия это один из лучших материалов для конструкций работающих при высоких температурах. Определённое количество оксида скандия постоянно расходуется для производства германатных стёкол для оптоэлектроники.