Скандий

Скандий (лат. Scandіum; Sc) — элементтердің периодтық жүйесінің ІІІ тобындағы химиялық элемент. Бір тұрақты табиғи изотопы 45Sc бар. Радиоактивті изотоптары жасанды жолмен алынған. Д.И. Менделеев алдын ала болжаған элемент (1870). С-ді 1879 ж. швед химигі Л.Ф. Нильсон (1840 — 99) алғаш рет Скандинавиядан табылған гадолонит пен эвксенит минералдарынан бөліп алған, сондықтан элемент “Cкандий” деп аталды. Табиғатта тау жыныстарының құрамында кездеседі. Жер қыртысындағы нағыз шашыранды элемент.

21 Кальций ← Скандий → Титан Sc ↓ Y Периодическая система элементов 21Sc
Жай заттың сыртқы бейнесі
Орташа жұмсақ, жеңіл сирек кездесетін күміс түсті металл, сары реңкпен
Атом қасиеті
Атауы, символ, нөмірі	Скандий, 21
Топ типі	Ауыр металдар
Топ, период, блок	3, 4, d
Атомдық масса (молярлық масса)	44.955908(5) м. а. б. (г/моль)
Электрондық конфигурация	[Ar] 3d1 4s2
Қабықшалар бойынша электрондар	2, 8, 9, 2
Атом радиусы	162 пм
Химиялық қасиеттері
Ковалентті радиус	144 пм
Ван-дер-Ваальс радиусы	211 пм
Ион радиусы	(+3e) 72,3 пм
Электртерістілігі	1,36 (Полинг шкаласы)
Электродты потенциал	0
Тотығу дәрежелері	3
Иондалу энергиясы	1-ші: 633.1 кДж/моль (эВ) 2-ші: 1235.0 кДж/моль (эВ) 3-ші: 2388.6 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Термодинамикалық фаза	Қатты дене
Тығыздық (қ.ж.)	2,99 г/см³
Балқу температурасы	1 814 K
Қайнау температурасы	3 110 K
Балқу жылуы	15,8 кДж/моль
Булану жылуы	332,7 кДж/моль
Молярлық жылусыйымдылық	25,51 Дж/(K·моль)
Молярлық көлем	15,0 см³/моль
Қаныққан бу қысымы P (Па) 1 10 100 1000 10 000 100 000 T (К) 1645 1804 (2006) (2266) (2613) (3101)
Жай заттың кристаллдық торы
Тор құрылымы	алтыбұрышты (α-Sc)
Тор параметрлері	a=3,309 c=5,268 (α-Sc) Å
c/a қатынас	1,592
Басқа да қасиеттері
Жылуөткізгіштік	(300 K) 15,8 Вт/(м·К)
Юнг модульі	74.4 ГПа
Пуассон коэффициенті	0.279
Бринеллий қаттылығы	736–1200 МПа
CAS нөмірі	7440-20-2

Скандий Sc

Маңызды минералдары тортвейтит, истеретит. Скандийдің кристалдық торы гексагоналды (Sc, 1336^оС-қа дейін) және көлемді центрленген кубтық (Sc). Кесек Cкандий жұмсақ, сарғыш реңді, күмістей жылтыр, ақ металл; тығызд. 3,020 г/см³, балқу t 1541^оС, қайнау t 2831^оС, әлсіз парамагнетик. Ауада оңай жанып, оксид пленкасын (Sc₂O₃) түзеді. Тотығу дәрежелері +3, кейде +2, сумен, сұйытылған сілті ерітінділерімен әрекеттеспейді.

Cұйытылған HCl, H₂SO₄, HNO₃ ерітінділерімен, 450^оС-та сутекпен, ал 400 — 600^оС-та галогендермен әрекеттеседі. Металдармен қатты ерітінділер және интерметалидтер түзеді. Cкандийді алу үшін хлоридін немесе фторидін арнаулы пештерде терм. әдіспен тотықсыздандырып, соңынан терең вакуумда (10–6 сынап бағанасы мм, 1700^оС) буландырады. Cкандийсирек ұшырасатын, әрі қымбат элемент болғандықтан аз қолданылады.

Химиялық және физикалық қасиеттері бойынша иттрий, лантан және лантаноидтар скандиясына жақын. Скандийдің барлық табиғи қосылыстарында, сондай-ақ оның аналогтары алюминий, иттрий, лантан сияқты үшке тең оң валенттілік танытады, сондықтан тотығу-қалпына келтіру процестеріне ол қатыспайды. Скандий шашыраңқы элемент болып табылады және көптеген минералдардың құрамына кіреді. Өзіндік скандиевых минералдардың белгілі 2: тортвейтит (Sc, Y)2 Si2O7 (Sc2O3 53,5% - ға дейін) және стерреттит (кольбекит Sc[PO4]·2H2O (Sc2O3 39,2 %). Салыстырмалы түрде аз концентрациялар шамамен 100 минералдарда табылды.

Химиялық қасиеті

Скандийдің химиялық қасиеттері алюминийдікіне ұқсас. Көптеген қосылыстарда скандий +3 тотығу дәрежесін көрсетеді. Ауадағы ықшам металл бетінен оксидті пленкамен жабылған. Қызыл ыстыққа дейін қыздырғанда фтормен, оттегімен, азотпен, көміртегімен, фосформен әрекеттеседі. Бөлме температурасында хлор, бром және йодпен әрекеттеседі. Сұйылтылған күшті қышқылдармен әрекеттеседі; концентрлі қышқылдар-тотықтырғыштар және HF пассивтелген. Концентрлі сілті ерітінділерімен әрекеттеседі.

Sc3+ ионы түссіз диамагнитті, сулы ерітінділердегі координациялық саны 6. Алюминийдегі сияқты скандий гидроксиді де амфотерлі және қышқылдардың артық мөлшерінде де, сілтілердің артық мөлшерінде де ериді; сұйылтылған аммиак ерітіндісімен әрекеттеспейді. Скандий хлориді, бромид, йодид және сульфат суда оңай ериді, ерітінді ішінара гидролизге байланысты қышқылдық реакцияға ие, ал сусыз тұздардың гидратациясы жылудың күшті бөлінуімен бірге жүреді. Скандий фториді мен фосфаты суда ерімейді, бірақ фторид ScF63- түзу үшін фторид иондарының артық болуы кезінде ериді. Скандий карбиді, нитриді, фосфид, сульфид және карбонат сумен толығымен гидролизденеді. Скандийдің органикалық қосылыстары салыстырмалы түрде термиялық тұрақты, бірақ сумен және ауамен күшті әрекеттеседі. Олар негізінен Sc-C σ-байланыстар арқылы құрастырылған және алкил туындыларымен және полимерлі циклопентадиенидтермен ұсынылған.

Скандийдің тотығу дәрежесі төмен (+2, +1, 0) қосылыстары да белгілі. Қарапайымдардың бірі - қара көк түсті қатты CsScCl3. Бұл заттың құрамында скандий атомдары арасындағы байланыс бар. Скандий моногидриді ScH газ фазасында жоғары температурада спектроскопиялық түрде байқалды. Сондай-ақ скандийдің ең төменгі тотығу дәрежелері металлорганикалық қосылыстарда табылды.