skandiyum - Scandium

Skandiyum, ₂₁ Sk
skandiyum
Telaffuz	/ S k æ n d i ə m / ( SKAN -dee-əm )
Dış görünüş	gümüş beyazı
Standart atom ağırlığı A r, std (Sc)	44.955 908 (5)
Periyodik tablodaki skandiyum
	kalsiyum ← skandiyum → titanyum
Atom numarası ( Z )	21
Grup	grup 3
Dönem	4. dönem
Engellemek	d-blok
Elektron konfigürasyonu	[ Ar ] 3d 1 4s 2
Kabuk başına elektron	2, 8, 9, 2
Fiziki ozellikleri
Faz de STP	sağlam
Erime noktası	1814 K (1541 °C, 2806 °F)
Kaynama noktası	3109 K (2836 °C, 5136 °F)
Yoğunluk ( rt yakın )	2.985 g / cc 3.
sıvı olduğunda ( mp'de )	2.80 g / cc 3.
Füzyon ısısı	14.1 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	332.7 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	25.52 J/(mol·K)
atomik özellikler
oksidasyon durumları	0, +1, +2, +3 (bir amfoterik oksit)
elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.36
iyonlaşma enerjileri
atom yarıçapı	ampirik: 162 pm
kovalent yarıçap	170±7 pm
Van der Waals yarıçapı	211 pm
	Spektral skandiyum çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum	ilkel
Kristal yapı	hegzagonal sıkı paket (hcp)
Termal Genleşme	α, poli: 10,2 µm/(m⋅K) ( rt 'de )
Termal iletkenlik	15,8 W/(m⋅K)
elektrik direnci	α, poli: 562 nΩ⋅m (rt'de, hesaplanmış)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Molar manyetik duyarlılık	315,0 x 10 -6 cm 3 / mol (292 K)
Gencin modülü	74.4 GPa
Kayma modülü	29.1 not ortalaması
toplu modül	56.6 GPa
Poisson oranı	0.279
Brinell sertliği	736–1200 MPa
CAS numarası	7440-20-2
Tarih
adlandırma	İskandinavya'dan sonra
Tahmin	Dimitri Mendeleyev (1871)
Keşif ve ilk izolasyon	Lars Fredrik Nilson (1879)
Skandiyumun ana izotopları
y	44 x
ε	44 Ca
y	-
y	-
y	-
	Kategori: Skandiyum; görüş; konuşmak; Düzenle; \| Referanslar

Skandiyum bir olan kimyasal element ile sembolü Sc ve atom numarası 21.

Gümüşi beyaz metalik bir d-blok elementi , tarihsel olarak itriyum ve lantanitlerle birlikte bir nadir toprak elementi olarak sınıflandırılmıştır . Bu spektral analizi ile 1879 yılında keşfedildi mineraller Euxenite ve Gadolinit gelen İskandinavya .

Skandiyum, nadir toprak ve uranyum bileşiklerinin yataklarının çoğunda bulunur , ancak bu cevherlerden dünya çapında sadece birkaç madende çıkarılır. İlk olarak 1937'de yapılan metalik skandiyumun hazırlanmasındaki zorluklar ve düşük mevcudiyet nedeniyle, skandiyum uygulamaları, skandiyumun alüminyum alaşımları üzerindeki olumlu etkilerinin keşfedildiği 1970'lere kadar gelişmedi ve bu tür alaşımlarda kullanımı. tek önemli uygulaması olmaya devam etmektedir. Skandiyum oksitin küresel ticareti yılda 15-20 tondur .

Skandiyum bileşiklerinin özellikleri, alüminyum ve itriyumunkiler arasında orta düzeydedir . Bir çapraz ilişki davranış arasında var olan magnezyum arasında olduğu gibi, ve skandiyum berilyum ve alüminyum. Grup 3'teki elementlerin kimyasal bileşiklerinde baskın oksidasyon durumu + 3'tür .

Özellikler

kimyasal özellikler

Skandiyum gümüşi bir görünüme sahip yumuşak bir metaldir. Hava ile oksitlendiğinde hafif sarımsı veya pembemsi bir döküm geliştirir . Hava koşullarına karşı hassastır ve seyreltik asitlerin çoğunda yavaşça çözünür . 1:1 nitrik asit karışımı ile reaksiyona girmez ( HNO.
3) ve % 48 hidroflorik asit ( HF ), muhtemelen geçirimsiz bir pasif tabaka oluşumundan dolayıdır . Skandiyum talaşları havada parlak sarı bir alevle tutuşarak skandiyum oksit oluşturur .

izotoplar

Doğada, skandiyum yalnızca nükleer spini 7/2 olan izotop ⁴⁵ Sc olarak bulunur ; bu onun tek kararlı izotopudur. Yirmi beş radyoizotop , en kararlı olan, 83,8 günlük bir yarı ömre sahip olan ⁴⁶ Sc ; ⁴⁷ Sık iğne, 3.35 gün; pozitron yayıcı ⁴⁴ Sc , 4 saat; ve ⁴⁸ Sk, 43.7 saat. Kalan tüm radyoaktif izotopların yarılanma ömrü 4 saatten azdır ve bunların çoğunluğunun yarılanma ömrü 2 dakikadan azdır. Bu elementin ayrıca beş nükleer izomeri vardır ve en ^{kararlısı 44m2} Sc'dir ( t _1/2 = 58.6 h).

Skandiyum izotopları ³⁶ Sc ile ⁶⁰ Sc arasında değişmektedir. Tek kararlı izotop olan ⁴⁵ Sc'den daha düşük kütlelerdeki birincil bozunma modu elektron yakalamadır ve bunun üzerindeki kütlelerdeki birincil mod beta emisyonudur . ⁴⁵ Sc'nin altındaki atom ağırlıklarındaki birincil bozunma ürünleri kalsiyum izotopları, daha yüksek atom ağırlıklarındaki birincil ürünler ise titanyum izotoplarıdır.

oluşum

In yerkabuğunun , skandiyum nadir değildir. Tahminler, kobaltın (20-30 ppm) bolluğu ile karşılaştırılabilir olan 18 ila 25 ppm arasında değişmektedir . Skandiyum, Dünya'daki en yaygın 50. elementtir (kabukta en bol 35.), ancak Güneş'teki en yaygın 23. elementtir . Bununla birlikte, skandiyum seyrek olarak dağılır ve birçok mineralde eser miktarda bulunur . Tortveitit , öksenit ve gadolinit gibi İskandinavya ve Madagaskar'dan gelen nadir mineraller , bu elementin bilinen tek konsantre kaynaklarıdır. Tortveitit, skandiyum oksit formunda %45'e kadar skandiyum içerebilir .

Kararlı skandiyum formu, süpernovalarda r-prosesi aracılığıyla yaratılır . Ayrıca, skandiyum, daha bol demir çekirdeklerinin kozmik ışın parçalanmasıyla yaratılır .

²⁸ Si + 17n → ⁴⁵ Sc (r-prosesi)
⁵⁶ Fe + p → ⁴⁵ Sc + ¹¹ C + n (kozmik ışın parçalanması)

Üretme

Skandiyumun dünya üretimi, skandiyum oksit formunda yılda 15-20 ton civarındadır . Talep yaklaşık %50 daha fazla ve hem üretim hem de talep artmaya devam ediyor. 2003 yılında sadece üç mayın skandiyum üretti: uranyum ve demir madenleri Zhovti Vody içinde Ukrayna , nadir toprak madenleri Bayan Obo , Çin ve içinde apatit mayın Kola yarımadasında , Rusya ; o zamandan beri diğer birçok ülke 5 ton/yıl (7.5 ton/yıl Sc) dahil olmak üzere skandiyum üreten tesisler inşa etti.
2Ö
3) Filipinler'de Nickel Asia Corporation ve Sumitomo Metal Mining tarafından yapılmıştır . Amerika Birleşik Devletleri'nde, NioCorp Development, güneydoğu Nebraska'daki Elk Creek sahasında yılda 95 tona kadar skandiyum oksit üretebilecek bir niyobyum madeni açmak için 1 milyar dolar toplamayı umuyor . Her durumda, skandiyum diğer elementlerin ekstraksiyonunun bir yan ürünüdür ve skandiyum oksit olarak satılır.

Metalik skandiyum üretmek için oksit skandiyum florüre dönüştürülür ve daha sonra metalik kalsiyum ile indirgenir .

Norveç'teki Madagaskar ve Iveland - Evje bölgesi, skandiyum içeriği yüksek olan thortveitit (Sc,Y) minerallerinin tek yataklarına sahiptir.
2(Si
2Ö
7) ancak bunlar istismar edilmiyor. Mineral kolbeckite ScPO
4·2H ₂ O çok yüksek bir skandiyum içeriğine sahiptir ancak daha büyük tortularda mevcut değildir.

Güvenilir, güvenli, istikrarlı, uzun vadeli üretimin olmaması, skandiyumun ticari uygulamalarını sınırlamıştır. Bu düşük kullanım seviyesine rağmen, skandiyum önemli faydalar sunar. Özellikle %0,5 kadar az skandiyum ile alüminyum alaşımlarının güçlendirilmesi umut vericidir. Skandiyum stabilize zirkonya , katı oksit yakıt hücrelerinde yüksek verimli elektrolit olarak kullanım için artan bir pazar talebine sahiptir .

Fiyat

USGS ABD'de 2019 2015, skandiyum külçe az miktarda fiyat gram başına 107 $ için $ 134 olmuştur ve skandiyum oksit gram başına 4 $ için 5 $ olduğunu, bildirdi.

Bileşikler

Skandiyum kimyasına neredeyse tamamen üç değerlikli iyon Sc ³⁺ hakimdir . Aşağıdaki tabloda M ³⁺ iyonlarının yarıçapları, skandiyum iyonlarının kimyasal özelliklerinin alüminyum iyonlarından ziyade itriyum iyonlarıyla daha fazla ortak noktaya sahip olduğunu gösterir. Kısmen bu benzerlik nedeniyle, skandiyum genellikle lantanit benzeri bir element olarak sınıflandırılır.

İyonik yarıçap (pm)
Al	sc	Y	La	lu
53,5	74.5	90.0	103.2	86.1

Oksitler ve hidroksitler

oksit Sc
₂Ö
₃ve hidroksit Sc(OH)
₃olan amfoterik :

sc(OH)
₃+ 3OH^-
→ [Sc(OH)
₆]^3–
(skandat iyonu)

sc(OH)
₃+ 3 Saat⁺
+ 3 Saat
₂O → [Sc(H
₂Ö)
₆]³⁺

α- ve γ-ScOOH, alüminyum hidroksit oksit benzerleriyle birlikte yapısaldır . Sc Çözümleri³⁺
suda hidroliz nedeniyle asidiktir .

Halidler ve pseudohalides

halidler SCX
3, burada X= Cl , Br veya I , suda çok çözünür, ancak ScF
3çözünmez. Dört halidde de skandiyum 6 koordinelidir. Halojenürler Lewis asitleridir ; örneğin, ScF
3[ScF oluşturmak üzere fazla florür iyonu içeren bir çözelti içinde çözülür.
6] ³⁻ . Koordinasyon sayısı 6, Sc(III) için tipiktir. Daha büyük Y ³⁺ ve La ³⁺ iyonlarında, 8 ve 9 koordinasyon sayıları ortaktır. Scandium triflat bazen organik kimyada bir Lewis asidi katalizörü olarak kullanılır .

Organik türevler

Scandium , lantanitlerin davranışına benzer şekilde, siklopentadienil ligandları (Cp) ile bir dizi organometalik bileşik oluşturur . Bir örnek, klor köprülü dimerdir , [ScCp
2cl]
2ve pentametilsiklopentadienil ligandlarının ilgili türevleri .

Yaygın olmayan oksidasyon durumları

+3 dışındaki oksidasyon durumlarında skandiyum içeren bileşikler nadirdir ancak iyi karakterize edilmiştir. Mavi-siyah bileşik CsScCl
3en basitlerinden biridir. Bu malzeme, skandiyum(II) merkezleri arasında geniş bir bağ sergileyen tabaka benzeri bir yapıyı benimser. Sc(II)'nin tuzlu su hidriti gibi görünmemesine rağmen, skandiyum hidrit iyi anlaşılmamıştır . Çoğu element için gözlemlendiği gibi, gaz fazında yüksek sıcaklıklarda spektroskopik olarak iki atomlu bir skandiyum hidrit gözlenmiştir. Komşu elemanlar için tipik olduğu gibi, skandiyum borürler ve karbürler, stokiyometrik değildir .

Organoskandiyum bileşiklerinde daha düşük oksidasyon durumları (+2, +1, 0) da gözlenmiştir.

Tarih

Periyodik tablonun babası olarak anılan Dmitri Mendeleev , 1869 yılında atom kütlesi 40 ile 48 arasında olan bir ekaboron elementinin varlığını öngörmüştür . Lars Fredrik Nilson ve ekibi, bu elementi öksenit ve gadolinit minerallerinde tespit etmiştir . 1879. Nilson, 2 gram yüksek saflıkta skandiyum oksit hazırladı . O gelen, eleman skandiyum adlı Latince Scandia "İskandinavya" anlamına gelir. Nilson, görünüşe göre Mendeleev'in tahmininden habersizdi, ancak Per Teodor Cleve yazışmaları fark etti ve Mendeleev'i bilgilendirdi.

Metalik skandiyum 1937 ilk kez hazırlanır elektroliz a ötektik karışımı potasyum , lityum ve skandiyum klorürler 700-800 °, C . İlk pound %99 saf skandiyum metali 1960'da üretildi. Alüminyum alaşımlarının üretimi, bir ABD patentinin ardından 1971'de başladı. Alüminyum-skandiyum alaşımları da SSCB'de geliştirildi .

Gadolinyum-skandiyum-galyum granatın (GSGG) lazer kristalleri , 1980'lerde ve 1990'larda Stratejik Savunma Girişimi (SDI) için geliştirilen stratejik savunma uygulamalarında kullanıldı .

Galaktik Merkez yakınlarındaki kırmızı dev yıldızlar

2018'in başlarında , Galaktik Merkez'deki Nükleer Yıldız Kümesi'ndeki (NSC) kırmızı dev yıldızlardaki önemli skandiyum, vanadyum ve itriyum bolluklarının spektrometre verilerinden kanıtlar toplandı . Daha fazla araştırma, bunun, bolluk sinyallerini maskeleyen bu yıldızların nispeten düşük sıcaklığının (3,500 K'nin altında) neden olduğu bir yanılsama olduğunu ve bu fenomenin diğer kırmızı devlerde gözlemlenebilir olduğunu gösterdi.

Uygulamalar

Parçaları MiG-29 El-Sc alaşımdan imal edildi.

Alüminyuma skandiyum eklenmesi, kaynaklı alüminyum bileşenlerin ısı bölgesindeki tane büyümesini sınırlar. Bunun iki faydalı etkisi vardır: çöktürülmüş Al
3Sc , diğer alüminyum alaşımlarından daha küçük kristaller oluşturur ve yaşla sertleşen alüminyum alaşımlarının tane sınırlarındaki çökeltisiz bölgelerin hacmi azalır. Al
3Sc çökeltisi, dislokasyon hareketini (yani, plastik deformasyon) engelleyen elastik gerinim alanları uygulayarak alüminyum matrisi güçlendiren uyumlu bir çökeltidir. Al
3Sc , bu sisteme özel bir denge L1 ₂ süper örgü yapısına sahiptir. İnce bir nano ölçekli çökelti dağılımı, alaşımları sipariş sertleştirme yoluyla da güçlendirebilen ısıl işlem yoluyla elde edilebilir. Son gelişmeler, Zr gibi geçiş metallerinin ve Er gibi nadir toprak metallerinin küresel Al'ı çevreleyen kabukları üretmesini içerir.
3Sc irileşmesi azaltmak çökelti. Bu kabuklar, alaşım elementinin yayılımı tarafından belirlenir ve stabiliteyi korurken daha az Sc'nin kısmen Zr ile ikame edilmesi ve çökelti oluşturmak için daha az Sc'nin gerekli olması nedeniyle alaşımın maliyetini düşürür. Bunlar Al yaptı
3Sc , geniş bir uygulama yelpazesi ile birlikte titanyum alaşımları ile biraz rekabetçi. Ancak hafiflik ve mukavemet açısından benzer olan titanyum alaşımları daha ucuzdur ve çok daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

alaşım Al
20Li
20Mg
10sc
20Ti
30 titanyum kadar güçlü, alüminyum kadar hafif ve bazı seramikler kadar serttir.

Ağırlıkça skandiyumun ana uygulaması, küçük havacılık endüstrisi bileşenleri için alüminyum-skandiyum alaşımlarındadır. Bu alaşımlar %0,1 ile %0,5 arasında skandiyum içerir. Rus askeri uçaklarında, özellikle Mikoyan-Gurevich MiG-21 ve MiG-29'da kullanıldılar .

Hafif yüksek performanslı malzemelere dayanan bazı spor ekipmanları, beyzbol sopaları , çadır direkleri ve bisiklet çerçeveleri ve bileşenleri dahil olmak üzere skandiyum-alüminyum alaşımlarından yapılmıştır . Lakros çubukları da skandiyum ile yapılır. Amerikan ateşli silah imalat şirketi Smith & Wesson , skandiyum alaşımlı çerçeveler ve titanyum veya karbon çeliği silindirleri olan yarı otomatik tabancalar ve revolverler üretiyor.

Diş hekimleri kavite hazırlığı ve endodontide erbiyum-krom katkılı itriyum-skandiyum-galyum granat ( Er,Cr:YSGG ) lazerler kullanırlar.

İlk skandiyum bazlı metal halojenür lambalar General Electric tarafından patentlendi ve şu anda tüm büyük sanayileşmiş ülkelerde üretilmelerine rağmen Kuzey Amerika'da yapıldı. Yaklaşık 20 kg skandiyum ( Sc olarak
2Ö
3) Amerika Birleşik Devletleri'nde yüksek yoğunluklu deşarj lambaları için yıllık olarak kullanılır . Bir tip metal halojenür lamba benzer cıva buharlı lamba , yapılır skandiyum triiodide ve sodyum iyodür . Bu lamba, TV kameralarıyla iyi bir renk üretimine olanak sağlamak için güneş ışığına yeterince benzeyen , yüksek renksel geriverim indeksine sahip bir beyaz ışık kaynağıdır . Metal halojenür lambalarda/ampullerde yılda yaklaşık 80 kg skandiyum kullanılmaktadır.

Radyoaktif izotop, ⁴⁶ Sc kullanılan petrol rafinerileri , bir izleme ajanı olarak kullanılabilir. Scandium triflat , organik kimyada kullanılan katalitik bir Lewis asididir .

Sağlık ve güvenlik

Skandiyum bileşiklerinin kapsamlı hayvan testleri yapılmamasına rağmen, elemental skandiyum toksik değildir. Ortalama letal dozun (LD ₅₀ ) için seviyeleri skandiyum klorür sıçanlar için 755 mg / kg olarak belirlenmiştir intraperitonal , oral uygulama için ve 4 g / kg. Bu sonuçların ışığında, skandiyum bileşikleri orta derecede toksisiteye sahip bileşikler olarak ele alınmalıdır.

Ayrıca bakınız

Nadir toprak elementi

Portallar
Erişim ile ilgili konulara

kimya portalı

Referanslar

daha fazla okuma

Scerri, Eric R. (2007). Periyodik Sistem: Hikayesi ve Önemi . Oxford, Birleşik Krallık: Oxford University Press. ISBN'si 9780195305739. OCLC 62766695 .

Dış bağlantılar

Skandiyum de video Periyodik Tablo (Nottingham Üniversitesi)
WebElements.com – Skandiyum
"Skandiyum" . Ansiklopedi Britannica (11. baskı). 1911.

Languages

In other projects