Властивості скандію

Скандію (Scandium; від лат. Scandia – Скандинавія), Sc – хім. елемент III групи періодичної системи елементів; ат. н. 21, ат. м. 44,9559; відноситься до рідкоземельних елементів. Метал сріблястого кольору з жовтуватим відливом. У з’єднаннях виявляє ступінь окислення +3, іноді +2 і +1. Складається з стабільного ізотопу 45Sc. Найважливіший з штучних – бета-активний ізотоп 46Sc з періодом напіврозпаду 84 дня. С. передбачив рус. вчений Д. І. Менделєєв в 1870, а виявив в 1879 швед, хімік Л. Ф. Нільсон в скандинавському мінералі гадолините. Вміст С. в земній корі 6 • +10 4%. С.- розсіяний елемент, в незначних кількостях (не більше 0,5%) міститься в багатьох мінералах (вольфраміти, касситеритах, уранових рудах та ін.).
Власні мінерали С. (тортвей-тит Sc2Si207, стереттіт ScP04-2H20), що зустрічаються вкрай рідко, практичного значення не мають. З існує у двох кристалічних модифікаціях: до т-ри тисячі триста тридцять чотири ° С стабільна альфа-модифікація з гексагональної плотноупакованноі. гратами і періодами а = 3,309 А і с – 5,2733 А, вище температури 1 334 ° С-бета-модифікація про кубічної об’емноцентрірованной гратами. Щільність альфа-Скадден (т-ра
259 С) 3,020 г / см3; tпл 1539 ± 5lantan; tкип +2700 ° С вище температури 1600 ° С хмар. Переходи. лінійного розширення 11,4 • 10 град -1, теплоємність (т-ра 25 ° С) 6,01 ккал / г • град, електрікеское опір (54 – 70,7) 10 ом-см. С. слабкий парамагнетик, його атомна магнітна сприйнятливість (т-ра 20 ° С)
236 • 10-6. Межа міцності на розтяг 25-30 кгс / мл2, на стиск 100 кгс / мм2, НВ = 75-100. У безкисневому середовищі С. легко піддається обробці: його можна штампувати, прокатувати, кувати і зварювати. С. хімічно активний, особливо при підвищеній т-рі. На повітрі навіть при порівняно низькій т-рі покривається плівкою окису. З киснем реагує вже при т-рі 200 ° С (реакція прискорюється при наявності парів води), утворюючи окис Sc203-тугоплавкое безбарвна кристалічна речовина.
При т-рі 400-600 ° С легко взаємодіє з галогенами і воднем, вище т-ри 600 ° С – з азотом і халькогенами, близько т-ри 1000 ° С – з вуглецем, бором і кремнієм. З водою С. не реагує навіть при т-рі 100 ° С. Легко розчиняється в розчинах мінеральних к-т середньої концентрації, стійкий до дії лугів. Розроблено кілька технологічних схем отримання С. з вольфраміти, відходів уранового, чавунного і олов’яного произова. У цих схемах використана комбінована методика: застосування носіїв, екстракція органічними розчинниками, фракційне осадження, перегонка і т. Д. У кінцевому підсумку отримують ScF3 або ScCl3, к-які відновлюють кальцієм. Металевий С. дистилюють у високому вакуумі.
Вартість С. набагато перевищує вартість золота. Діаграми стану побудовані для невеликого числа систем С, кристалічні структури визначені приблизно для 200 з’єднань, переважно. металлідов. У С. досить чітко виражена аналогія, з одного боку, – з магнієм, з іншого боку, – з титаном і цирконієм. Подібність С. з ін. Рідкоземельними елементами, Актиноїди і лужноземельними металами виражено менше. Розроблено перспективні сплави С. (жароміцні деформуються сплави системи магній – скандій – ітрій – марганець, конструкц. Сплави скандій – мідь – алюміній, скандій – титан та ін.). Окис С. застосовують для одержання спец. стекол, глазурі, керамічних виробів, в произове феритів з малою індукцією. У деяких металлідов С. (зокрема, у ScIn) виявлені феромагнітні св-ва. Халькогеніди С. використовують в радіотехніці та радіоелектроніки як матеріали для виготовлення оксидних катодів, термісторів і т. П. Деякі з’єднання С. входять до складу змішаних каталізаторів розкладання хлористого водню, деяких крісталлофосфбров і люмінофорів. Можливе застосування С. і його сплавів як геттеров, а також в атомній енергетиці.
Скандій – в природі зустрічається у вигляді стійкого ізотоп 45Sc (100%). У літосфері міститься скандію 2 ⋅ 10⁻⁴. Зустрічаються мінерали досить багаті цим елементом, наприклад, тортвейтіт Sc2Si2O7, проте ці мінерали настільки розпорошені, що переробка пов’язана з концентруванням (відділенням великих кількостей порожньої породи), що пов’язано з великими енерговитратами.
Оскільки скандій має від’ємне значення стандартних електронних потенціалів, отримують його електролізом розплавлених хлоридів або нітратів, а для пониження температур плавлення додають солі інших металів.
Крім електролізу його отримують відновлюючи при високих температурах з їхніх хлоридів або фторидів найбільш активними металами (калієм і кальцієм):

ScCl3 + 3K = Sc + 3KCl

Фізичні і хімічні властивості.
Скандій – сріблясто – білий метал, який існує у кристалічних видозмінах з різними типами і параметрами решіток.
У хімічних реакціях атом скандію втрачає по три електрона і поводиться як сильний відновник.
При звичайних температурах поверхня його окислюється киснем з утворенням захисних плівок. Але при нагріванні в кисні горить і утворюються оксиди Sc2O3.
Інші окислювачі (фтор, хлор, бром, йод, сірка, азот, водень) також взаємодіють зі скандієм при нагріванні (виходять Галогеніди, сульфіди, нітриди, гідриди).
З водою скандій взаємодіє повільно, що утворюються при цьому гідроксиди покривають його захисною плівкою:

2Sc + 6H2O = 2Sc (OH) 3 ↓ + 3H2 ↑

З кислот скандій легко витісняє водень:

2Sc + 3H2SO4 = Sc2 (SO4) 3 + 3H2 ↑

і розчиняється в кислотах.

З’єднання скандію.
Виявляє ступінь окислення +3, їх іони мають на зовнішньому рівні по 8 електронів, великий заряд цих іонів Е³⁺обусловлівается схильність скандію до комплексоутворення.
Його оксиди відповідають формулою Sc2O3, безбарвні, тугоплавки, виходять розкладанням нітратів:

4Sc (NO3) 3 = 2ScO3 + 12NO2 ↑ + 3O2 ↑

Він володіє основним характером, енергійно реагувати з водою, утворюючи гідроксиди:

Sc2O3 + 3H2O = 2Sc (OH) 3

Він мало розчинний у воді, але легко розчиняється в кислотах, гідроксид скандію Sc (OH) 3 проявляє ознаки амфотерности.
Солі скандію з води кристалізуються у вигляді аквасоедіненій. Хлориди, нітрати і ацетати розчинні у воді і гідролізуються в незначній мірі.
Мало розчинні у воді фториди, карбонати і оксалати скандію переходять в розчин під дією надлишку осадителя з утворенням комплексних сполук.
Позитивні іони скандію мають координаційні числа від 3 до 6. Найважливіші ліганди в комплексі металу – це фторид -, карбонат -, сульфат -, оксалат- іони. Іон скандію Sc³⁺ утворює з фторид – іонами комплексні сполуки:

KF + ScF3 = K [ScF4]

3KF + ScF3 = K3 [ScF6]

Посилання на основну публікацію