Химический элемент Скандий

Скандий - это мягкий редкоземельный элемент серебристого цвета, который находится в группе 3 периодической таблицы. Как редкоземельный элемент, скандий чрезвычайно пластичен, проводящий и реактивный. В результате этих характеристик, помимо того, что они блестящие, люминесцентные и обладают способностью действовать как сильные постоянные магниты, скандий обычно используется в качестве сплава с алюминием для самолетов и спортивного инвентаря.

Десять забавных фактов о скандии
Ларс Фредерик Нельсон и Пер Теодор Клив открыли скандий в Уппсале, Швеция (1879).
Элемент получил свое название от латинского слова Scandia или Скандинавия.
Менделеев предсказал существование скандия, который он назвал эка-бор.
Скандий часто совпадает с другими редкоземельными элементами, такими как иттрий или иттербий.
Скандий имеет химический состав, аналогичный алюминию.
Трифлат скандия (III): неорганический катализатор для реакций образования углерод-углеродных связей.
Ион скандия имеет конфигурацию d0, в результате чего образуются бесцветные комплексы металлов.
Элемент обычно встречается в земной коре.
Химики не считают скандий “редким” из-за его обилия. На самом деле его содержание аналогично содержанию кобальта.
У скандия есть только один природный изотоп, 45 Sc.
Скандий в периодической таблице
Скандий имеет атомный символ Sc. Он имеет атомный номер 21 с атомным весом 44,95 а.е.м. Его электронная конфигурация равна [Ar] 3d 1 4 s 2. Это элемент группы 3 и периода 4, найденный в d-блоке. Электроотрицательность скандия, согласно шкале Полинга, составляет 1,36.

Где находится скандий?
Минералы, содержащие скандий и другие редкоземельные элементы, часто встречаются в Китае, Казахстане, Мадагаскаре, Норвегии и России. Скандий часто встречается в форме оксида скандия, Sc2O3.

Выделение скандия
Как упоминалось ранее, скандий часто встречается в виде оксида скандия Sc2o3 в минералах тортвейтит, кольбекит, баззит, джервизит, каскандит, юонниит, претулит, скандиобабингтонит и кристиансенит. Для выделения скандия оксид скандия превращается во фторид скандия.

Sc2O3 + 6HF > 2scf3 + 3H2O

Затем происходит окислительно-восстановительная реакция с кальцием для выделения скандия.

2ScF3 + 3Ca > 3CaF2 + 2Sc

Современные применения скандия
Скандий обычно используется в алюминиевых и титановых сплавах. Скандий-алюминиевые сплавы используются для изготовления легкого спортивного инвентаря, такого как бейсбольные биты и клюшки для лакросса. Скандий-титановые сплавы считаются более легкими и прочными по сравнению со скандий-алюминиевыми сплавами. Существует исследование, изучающее возможное использование скандий-титановых сплавов в инфраструктуре. Аналогичным образом, скандий используется в металлогалогенных лампах.

Металлогалогенные лампы
Металлогалогенная лампочка
Чарльз Протей Штайнмец впервые работал над разработкой металлогалогенных ламп в 1912 году. Они представляют собой разновидность разрядной газовой лампы большой интенсивности или (HID). Потребители обычно используют эти лампы для внутреннего и наружного освещения, автомобильных фар и выращивания рифов в помещении. Металлогалогенные лампы, по сравнению со светодиодными лампами, менее энергоэффективны, но более эффективны, чем лампы накаливания.

Металлогалогенная лампа
К важным частям металлогалогенной лампы относятся дуговая трубка, внешняя колба, основание и балласты. Скандий обычно содержится в дуговой трубке, где генерируется свет. Дуговая трубка имеет два электрода из вольфрама, легированного торием, которые соединены друг с другом с напряжением переменного тока, герметизированным молибденом, запаянным в кремнезем. Свет, излучаемый дуговой трубкой, проходит через газовую смесь ртути и галогенидов металлов. Добавление йодидов или бромидов скандия, натрия, таллия или индия приводит к появлению разноцветных огней. General Electric разработала металлогалогенные лампы на основе скандия в 1960-х годах. Примечательно, что металлогалогенные лампы на основе скандия могут имитировать солнечный свет в кино и на телевидении благодаря своему интенсивному белому цвету.

Детали металлогалогенной лампы
Помимо дуговой трубки, внешняя колба предотвращает выделение тепла и ультрафиолетового излучения при выделении паров ртути. Основание обычно представляет собой металлическое основание с винтом Эдисона, которое можно увидеть в лампах накаливания и светодиодах. Балласт регулирует ток, чтобы продлить срок службы лампы. Из-за увеличения тока и снижения напряжения, проходящего через дуговую трубку, балласт действует, уменьшая ток.

Открытие скандия
В 1869 году Менделеев предположил существование скандия как “эка-бора”. Скандий был обнаружен двумя разными исследовательскими группами, одной из которых руководил Ларс Фредерик Нильсон, а другой - Пер Теодор Клив в Упсале, Швеция. Команда Нильсона извлекла оксид скандия из минералов эвксенита и гадолинита. Аналогичным образом команда Клива обнаружила скандий в Уппсале. Пер Теодор Клив, ранее общавшийся с Менделеевым, уведомил Менделеева о существовании предложенного им элемента.

Химия элементов скандия
Соединения и реакции скандия
Галогениды скандия: ScF 3 (нерастворимый в воде), ScCl 3, ScBr 3, ScI 3
Оксид скандия: Sc2o3
Гидроксид скандия: Sc(OH) 3
Органосканадиевые соединения: (C5 Me5)2 ScCl, [ScCp 2 Cl]2
Примечательно, что трифлат скандия, или трифторметансульфонат скандия, служит катализатором кислоты Льюиса для органических реакций. Эти реакции включают алкилирование Фриделя-Крафтса и Дильса Адлера, оба из которых являются реакциями образования углерод-углеродных связей.

Трифлат скандия
Степень окисления скандия
В отличие от большинства переходных металлов, скандий не имеет широкого диапазона степеней окисления. Скандий обычно занимает 3+, Sc 3 + или Sc (III). Иногда он занимает состояния 0, 1 + и 2 +, когда находится в органосканадиевом, металлоорганическом, включающем скандий.

Свойства элемента скандий
Температура плавления: 1814 К; 1541 ?C; 2806 ?F
Температура кипения: 3109 К; 2836 ?C; 5136 ?F
Плотность при STP: 2,985 г / см3
Теплота плавления: 14,1 кДж / моль
Теплота испарения: 332,7 кДж /моль
Молярная теплоемкость: 25,52 Дж/(моль *К)
Электроотрицательность: 1,36
Классификация: редкоземельный элемент; Переходный металл
Естественное содержание на Земле: ~ 25 частей на миллион
Электронная конфигурация: [Ar] 3d 1 4 s 2
Встречается в природе в минералах: тортвейтит, кольбекит, баззит, джервизит, каскандит, юонниит, претулит, скандиобабингтонит и кристиансенит
Токсичность: Не токсичен

Где купить скандиевый элемент?
Переработка скандия требует дорогостоящей обработки; однако вы покупаете его онлайн. Оксид скандия может стоить от 300 до 1000 долларов США от MSE Supplies. Реселлеры на Ebay и Etsy продают скандий примерно за 25 долларов.