1. Historia del descubrimiento del escandio.
mineral cuántico del átomo de escandio
La existencia del escandio fue predicha por primera vez por D.I. Mendeleev. Basado ley periódica Llegó a la conclusión de que, además del galio, debería haber otro análogo del boro y el aluminio: el ecaborón.
En 1871, en el artículo “Legalidad periódica elementos químicos» D.I. Mendeleev escribió: “Proponen llamar tentativamente a este elemento ekabor, derivando este nombre del hecho de que sigue al boro como primer elemento de grupos pares, y la sílaba eka se deriva de la palabra sánscrita que significa uno... Ekabor individualmente debe representar un metal... en este caso Gravedad específica de este metal debe estar cerca de 3,0... Este metal no será volátil, porque todos los metales en filas pares en todos los grupos (excepto i) no son volátiles; por lo tanto difícilmente se puede abrir de la manera habitual análisis espectral. En cualquier caso, no descompondrá el agua a temperaturas ordinarias, pero con un cierto aumento de temperatura se descompondrá, como lo hacen muchos metales situados en esta región, formando un óxido básico. Por supuesto, se disolverá en ácidos”.
Pasan ocho años y el químico sueco Nilsson descubre un nuevo elemento en uno de los minerales más raros, al que llama escandio en honor a la península escandinava. Después de estudiar el nuevo elemento, Nilsson describió las propiedades del escandio. Imaginemos la sorpresa de Nilsson cuando, al comparar las características del escandio con las del ecaborón de Mendeleev, descubrió una similitud casi completa entre estas características. "No hay duda de que el ekabor fue descubierto en el escandio...", escribió Nilsson y, además, sorprendido por este acontecimiento, subrayó: "Esto confirma de la manera más visual los pensamientos del químico ruso, que permitieron no sólo prever la existencia del nombrado cuerpo simple, pero también indicar de antemano sus propiedades más importantes”.
A modo de comparación, presentamos algunos datos que D.I. Mendeleev caracterizó el escandio (ekabo) antes de su descubrimiento, y Nilsson, después de estudiar las propiedades del elemento descubierto por él.
Peso atómico 45
El óxido de ecaborón consta de dos átomos de ecaborón y tres átomos de oxígeno.
La gravedad específica del óxido es 3,5.
La sal de sulfato de ekaboro consta de dos átomos de eka-boro y tres residuos de ácido sulfúrico.
Las sales de sulfato doble no tendrán una forma cristalina similar a la del alumbre.
Peso atómico 45,1.
El óxido de escandio consta de dos átomos de escandio y tres átomos de oxígeno.
La gravedad específica del óxido es 3,8.
La sal de sulfato de escandio consta de dos átomos de escandio y tres residuos de ácido sulfúrico,
La sal doble sulfato de escandio y potasio no se parece en la forma de sus cristales al alumbre.
Como puede verse por las características dadas, no existe una diferencia notable entre ellos. El escandio fue el segundo de una serie de elementos químicos descubiertos después de la predicción de su existencia y propiedades por D.I. Mendeleev basado en la ley periódica. Scandium es una clara confirmación de la validez de este la ley mas importante Ciencias Naturales.
2. Estructura electrónica escandinavia
El número ordinal de un elemento Z = 21 significa: la carga del núcleo de un átomo del elemento (escandio): 21 Sc - 21 p 1 1 - +21; número de protones p 1 1: 21 Sc - 21 p 1 1; número de electrones e: 21 Sc - 21e; número de neutrones n 1 0 = Ar - Z = 65 - 21 = 44 - 44n 1 0
Fórmula de composición atómica
o como abreviatura: 3d 1 4s 2
fórmula electrónica en forma de células cuánticas
El escandio es un elemento d. La estructura electrónica de un átomo termina con s - electrones, por lo que el elemento exhibirá propiedades metálicas.
Fórmula óxido superior- Sc 2 O 3 , hidróxido - Sc(OH) 3 tienen propiedades básicas débiles. No forma compuestos con hidrógeno.
El número de serie 34 tiene selenio Se. El elemento está en el período IV, lo que significa que hay 4 en el átomo. niveles de energía. El está en subgrupo principal Grupo VI; su electrones de valencia Distribuido en subniveles de 4s y 4p.
3. Propiedades químicas escandinavia
Químicamente, el escandio es bastante activo y presenta un estado de oxidación de +3. En este caso, primero se pierden los electrones 4S2 y sólo después los electrones 3d. No interactúa con el agua incluso cuando se calienta, pero se disuelve bien en ácidos para formar sales Sc3+. En términos de capacidad de formación de sales, el escandio es similar a metales alcalinotérreos; Al igual que el calcio, forma carbonato, fosfato, fluoruro y sulfato poco solubles, mientras que el cloruro y el nitrato de escandio son muy solubles. Las peculiaridades de los compuestos de escandio están asociadas con su naturaleza anfótera: las sales en soluciones están algo hidrolizadas. EN solución acuosa El ion escandio se hidrata para formar un ion complejo 3+, y cuando el álcali actúa sobre las soluciones de sus sales, precipita hidróxido insoluble Sc(OH) 3, su precipitación comienza ya a pH = 4,8. La naturaleza electropositiva del escandio determina su alta afinidad por los no metales. En el aire, como el aluminio, se vuelve grueso (150-600A) película protectoraóxido Sc2O3 y sólo por encima de 200-250 °C la película pierde su propiedades protectoras y se produce una mayor oxidación del escandio;
4Sc + 3 O2 = 2Sc203 + ~1500 kJ
El óxido puro se obtiene por descomposición del hidróxido cuando se calienta:
2Sc(OH)3Sc203 + 3p0
Es ligeramente soluble en ácidos y con agua forma un precipitado de hidróxido blanco. Una característica de los compuestos de escandio es la anfotericidad, consecuencia de la proximidad al aluminio y un pequeño radio iónico de 0,83 A. La anfotericidad se manifiesta en la capacidad del escandio para disolverse (aunque con dificultad) en álcalis con la formación de hidroxoscandato complejo:
Sc(OH) 3 + 3 NaOH = Na3,
El hidróxido se disuelve fácilmente en ácidos:
Sc(OH)3 + 3HN08 = Sc(N03)3 + 3p0
Cuando se calienta, el escandio reacciona fácilmente con halógenos y otros no metales:
2Sc + 3CI2 = 2ScCl3 + 1800 kJ
Los haluros generalmente se obtienen por precipitación de sales.
Sc(N03) 3 + 3HF = ScF3 + 3HN03
o calcinando óxido SC2O3 con carbón en una corriente de cloro. Las sales de haluro de escandio son compuestos relativamente refractarios capaces de formar estables. compuestos complejos tipo M, MI, Mi (donde G-F, en menor medida, C1), así como sulfatos dobles M y Mi similares al alumbre (aunque se diferencian del alumbre en su estructura estereométrica). La existencia de estados de oxidación del escandio distintos del +3 no está del todo clara. Los compuestos de escandio se obtuvieron en forma sólida, en la que su estado de oxidación es formalmente igual a +2 - carburo ScC2 (que consiste, presumiblemente, en iones Sc2+ y C2~2), hidruro de Scp y subcloruro de ScCl2. Todos estos compuestos tienen muy alta conductividad eléctrica, lo que sólo puede explicarse por el hecho de que contienen hohl^Sc3* y electrones libres(formalmente Sc2+ = Sc3+ + e). Es cierto que hay motivos para creer que durante la electrólisis de soluciones Sc3+ se forman iones Sc2+ como productos intermedios, pero son muy inestables.
4. Encontrar escandio en la naturaleza
En la naturaleza, los compuestos de escandio están presentes en muchos minerales que contienen itrio, lantano, lantánidos y otros elementos en cantidades predominantes. Estos minerales son bastante raros: se encuentran en Escandinavia, los Urales, Brasil y, con menos frecuencia, en Estados Unidos y Australia. De los minerales propios del escandio, sólo se conocen la esteretita Sc(P04)*2H2O y la torveitita Sc2 (Si2O7), encontradas en Noruega y Madagascar, algo contaminadas principalmente con itrio. Pero la tortveitita también es interesante en otros aspectos: es el único mineral que contiene más hafnio que circonio. Los iones de estos metales reemplazan parcialmente al escandio en la red cristalina de la tortveitita. La relación completamente inusual entre el hafnio y el circonio se explica por el hecho de que los radios iónicos de Hf 4+ y Sc 3+ son más cercanos que los de Zr4+ y Sc3+. Por lo tanto, el ion hafnio se “incorpora” al cristal de tortveitita más fácilmente que el ion circonio. Sin embargo, también son muy raros. De 1911 a 1952 sólo se encontraron 22 kg de tortveitita y, durante todo el período, incluso teniendo en cuenta el creciente interés por el escandio, apenas más de 100 kg. Por tanto, el escandio pertenece al grupo de las tierras raras. Sin embargo, es más bien un oligoelemento: tiene un valor de Clarke de 6 * 10 -4 (hay mucho más que oro), pero su contenido en la corteza terrestre no está del todo definido. El escandio natural es un elemento "puro": consta de un solo isótopo no radiactivo, 45 Sc. 14 más ya han sido obtenidos artificialmente isótopos radioactivos, de los cuales el más estable es el p-activo 46 Sc, cuya vida media es de 84 días.
5. Tecnologías de extracción de escandio
Actualmente, los principales productores de escandio (óxido de escandio) en el mundo son siguientes países: Rusia, China, Ucrania y Kazajstán. También cabe señalar que las reservas de materias primas de tierras raras en Mongolia que contienen escandio también están fuente prometedora escandio para la industria del escandio y el desarrollo de la metalurgia del escandio.
A continuación se muestran los principales minerales portadores y la masa de escandio asociado que se libera de ellos:
Bauxitas: se procesan 71 millones de toneladas por año y contienen escandio asociado en una cantidad de 710 a 1420 toneladas;
Minerales de uranio: 50 millones de toneladas por año, escandio asociado, entre 50 y 500 toneladas por año;
Ilmenitas: 2 millones de toneladas por año, escandio asociado entre 20 y 40 toneladas por año;
Wolframitas: escandio asociado, entre 30 y 70 toneladas por año;
Casiteritas: 200 mil toneladas por año, escandio asociado, 20-25 toneladas por año;
Circonitas: 100 mil toneladas por año, escandio asociado, entre 5 y 12 toneladas por año.
Existen las siguientes tecnologías de extracción de escandio: electrólisis de la masa fundida de cloruro de escandio, que produce el metal de escandio más puro; existe un método para extraer escandio de soluciones que contienen escandio mediante extracción con un extractante sólido (TVEX); El escandio metálico se produce actualmente reduciendo el fluoruro de escandio. calcio metal en una atmósfera de nitrógeno.
6. Aplicación de escandio
Según sus propiedades, el escandio tiene perspectivas de uso en energía nuclear, cohetes, aviación, etc. Este elemento tiene una rara y feliz combinación de propiedades, pero su uso ha sido limitado hasta hace poco. Alto costo metal escandio. Consideremos las principales áreas de aplicación del escandio y sus compuestos:
Metalurgia.
El uso de escandio en forma de impureza de microaleación tiene un efecto significativo en varias aleaciones prácticamente importantes, por ejemplo, la adición de un 0,4% de escandio a las aleaciones de aluminio y magnesio aumenta la resistencia a la tracción en un 35% y el límite elástico en 65-84% y, al mismo tiempo, el alargamiento relativo se mantiene en el nivel del 20-27%. La adición de 0,3-0,67% al cromo aumenta su resistencia a la oxidación hasta una temperatura de 1290 °C, y tiene un efecto similar pero aún más pronunciado en aleaciones resistentes al calor como el “nicrom” y en este ámbito el uso de escandio. Es mucho más eficaz que el itrio. El óxido de escandio tiene una serie de ventajas sobre otros óxidos para la producción de cerámicas de alta temperatura, ya que la resistencia del óxido de escandio aumenta cuando se calienta y alcanza un máximo a 1030 °C, al mismo tiempo el óxido de escandio tiene una conductividad térmica mínima y mayor durabilidad al choque térmico. El escandato de itrio es uno de los los mejores materiales para estructuras que operan a altas temperaturas. Para la producción de vidrios germanados para optoelectrónica se consume constantemente una cierta cantidad de óxido de escandio.
Aleaciones de escandio.
La principal aplicación del escandio en términos de volumen es su uso en aleaciones de aluminio y escandio utilizadas en equipos deportivos (motocicletas, bates de béisbol, etc.), siempre que se requieran materiales de alta resistencia. Cuando se alea con aluminio, el escandio proporciona resistencia y maleabilidad adicionales. El uso de aleaciones de escandio en la aviación y los cohetes reducirá significativamente el costo del transporte y aumentará considerablemente la confiabilidad de los sistemas operativos, mientras que al mismo tiempo, con los precios más bajos del escandio y su uso para la producción de motores de automóviles, también aumentará significativamente aumentar su vida útil y en parte su eficiencia. Las aleaciones de escandio son los materiales más prometedores en la producción de misiles guiados. EN últimos años El importante papel del escandio (y en parte del itrio y del lutecio) se reveló en la producción de algunos aceros martensíticos superresistentes, algunas muestras de los cuales mostraron una resistencia de más de 700 kg/mm² (más de 7000 MPa).
Materiales superduros
El escandio se utiliza para producir materiales superduros. Particularmente interesantes son las aleaciones de escandio con berilio, que tienen características únicas en términos de resistencia y resistencia al calor. Por ejemplo, el berilio de escandio (1 átomo de escandio y 13 átomos de berilio) tiene la combinación más favorable de densidad, resistencia y alto punto de fusión, y puede ser el mejor material para la construcción de tecnología aeroespacial, superando en este sentido a las mejores aleaciones de conocido por la humanidad a base de titanio y una serie de materiales compuestos (incluidos varios materiales a base de filamentos de carbono y boro).
Microelectrónica
El óxido de escandio (punto de fusión 2450 °C) tenía papel vital en la producción de supercomputadoras: las ferritas de baja inducción, cuando se utilizan en dispositivos de almacenamiento de información, permiten aumentar varias veces la velocidad del intercambio de datos.
Fuentes de luz.
Para la producción de elementos de iluminación de alta intensidad se utilizan unos 80 kg de escandio (compuesto de Sc2O3) al año. Se añade yoduro de escandio a las lámparas de gas de mercurio, lo que produce fuentes muy plausibles luz artificial, cerca del sol, que proporcionan una buena reproducción cromática al disparar con una cámara de televisión.
El isótopo escandio-47 (vida media de 3,35 días) es uno de mejores fuentes positrones.
La industria nuclear utiliza con éxito hidruro y deuteruro de escandio: excelentes moderadores de neutrones y un objetivo (refuerzo) en generadores de neutrones potentes y compactos.
El diboruro de escandio (punto de fusión 2250 °C) se utiliza como componente de aleaciones resistentes al calor y también como material catódico. dispositivos electrónicos. En la industria nuclear, el berilio de escandio se utiliza como reflector de neutrones y, en particular, este material, así como el berilio de itrio, se ha propuesto como reflector de neutrones en el diseño de una bomba atómica.
Medicamento.
El óxido de escandio puede desempeñar un papel importante en la medicina (prótesis dentales de alta calidad).
Superconductividad de alta temperatura, producción de materiales láser (HSGG).
Producción paneles solares.
El óxido de escandio aleado con óxido de holmio se utiliza como revestimiento en la producción de fotoconvertidores a base de silicio. Este recubrimiento tiene un amplio rango de transparencia (400-930 nm) y reduce la reflectancia espectral de la luz del silicio al 1-4%, y cuando se usa, la corriente de dicha célula solar modificada aumenta. cortocircuito en un 35-70%, lo que a su vez permite aumentar la potencia de salida de los fotoconvertidores en 1,4 veces.
Espejos de rayos X.
El escandio se utiliza ampliamente para la producción de espejos de rayos X multicapa (composiciones: escandio-tungsteno, escandio-cromo, escandio-molibdeno). El telururo de escandio es un material muy prometedor para la producción de termoelementos (alta fem térmica, 255 μV/K y baja densidad y alta resistencia).
En años recientes interés significativo para la ingeniería aeroespacial y nuclear, compramos aleaciones refractarias (compuestos intermetálicos) de escandio con renio (punto de fusión hasta 2575°C), rutenio (punto de fusión hasta 1840°C), hierro (punto de fusión hasta 1600°C), (resistencia al calor, densidad moderada, etc.).
Materiales ignífugos.
Papel importante como material refractario. proposito especial El óxido de escandio (punto de fusión 2450 °C) desempeña un papel importante en la producción de boquillas de vertido de acero para la fundición de aceros de alta aleación. En términos de resistencia al flujo de metal líquido, el óxido de escandio supera a todos los materiales conocidos y utilizados (por ejemplo, el El óxido de itrio (el más estable es 8,5 veces inferior al óxido de escandio) y en este ámbito, se podría decir, es insustituible.
Conclusión
En conclusión, cabe señalar que el escandio es bastante elemento interesante, desde la historia de su descubrimiento hasta sus propiedades químicas y aplicaciones. El escandio puede considerarse con seguridad el metal del siglo XXI y se puede predecir un fuerte aumento de su producción, un aumento de los precios y de la demanda debido al procesamiento. cantidad inmensa brasas(especialmente el procesamiento de hullas rusas) en combustible líquido. Su uso generalizado sólo se impide por muy precio alto, y en hasta cierto punto solución alternativa en esta área está el uso de escandatos de itrio reforzados con bigotes de óxido de aluminio para aumentar la resistencia), así como el uso de tantalato de escandio. Scandium tiene una gama bastante amplia de aplicaciones, que no pueden dejar de motivar a la ciencia a crear y desarrollar nuevos métodos de extracción y extracción de este elemento.
Bibliografía
mineral de estructura del átomo de escandio
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2. Prokófiev N. B., Buchachenko M. S. Buchachenko Editorial "Nauka" 117864 GSP-7, Moscú, B-S85, calle Profsoyuznaya, 90 2.ª imprenta de la editorial "Nauka" 121099, Moscú, G-99, Shubinsky, 10.
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4. Heraldos de Shalinets Alexander Borisovich era atómica. Elementos Grupo III tabla periódica DI. Mendeleev. Un manual para estudiantes. M., “Ilustración”, 1975. 192 p. con enfermo.
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Escandio(lat. Scandium), Sc, elemento químico del grupo III del sistema periódico de Mendeleev; número atómico 21, masa atómica 44,9559; un metal liviano con un característico tinte amarillo que aparece cuando el metal entra en contacto con el aire. Hay un natural conocido. isótopo estable 45 Sc. De los isótopos radiactivos artificiales, el más importante es el 46 Sc con una vida media de 84 días. El escandio fue predicho por D. I. Mendeleev en 1870 y aislado en 1879 por L. F. Nilson a partir de los minerales gadolinita y euxenita que se encuentran en Escandinavia (latín Scandia), de ahí el nombre del elemento.
Distribución del escandio en la naturaleza. El contenido medio de escandio en la corteza terrestre (Clarke) es de 2,2·10 -3% en masa. EN rocas el contenido de escandio es diferente: en ultrabásico 5·10 -4, en básico 2,4·10 -3, en medio 2,5·10 -4, en granitos y sienitas 3·10 -4; en rocas sedimentarias (1-1,3)·10 -4. El escandio se concentra en la corteza terrestre como resultado de procesos magmáticos, hidrotermales y supergénicos (superficiales). Se conocen dos de los minerales propios del escandio: tortveitita y esterretita; son extremadamente raros. En general, el escandio es un elemento típico disperso, un migrante débil. Contenidos de Scandium agua de mar 4·10 -5 g/l.
Propiedades físicas del escandio. El escandio existe en dos modificaciones cristalinas: α y β; a temperaturas ordinarias, la modificación α con una red hexagonal es estable (a = 3,3080 Å y c = 5,2653 Å), por encima de 1350 °C la modificación β con una red cúbica centrada en el cuerpo es estable. Densidad del escandio en forma α a 25 °C 3,020 g/cm 3, radio atómico 1,64 Å, radio iónico 0,75 Å (fundido 1539 °C, hervor t 2700 °C, volátil por encima de 1600 °C. A 25 °C calor especifico 25,158 kJ/(kg·K), específico resistencia eléctrica(54-70,7) 10 -6 ohmios cm; El escandio es un paramagnético débil, su susceptibilidad magnética atómica es 236·10 -6 (20 °C). Escandio - metal blando, en estado limpio es fácil de procesar: forjar, laminar, estampar.
Propiedades químicas del escandio. Sc es el primer elemento de transición con un electrón 3d; la configuración de los electrones externos del átomo es 3d 1 4s 2. El comportamiento químico es similar a otros. elementos de transición en el estado de oxidación +3 (por ejemplo, Ti 3+, Fe 3+, Mn 3+), elementos del subgrupo Al, Be, así como elementos del subgrupo itrio, junto con los cuales a veces se clasifica como tierras raras. elementos. En el aire se cubre con una película protectora de óxido de hasta 600 Å de espesor; la oxidación comienza a notarse a 250 °C; Al interactuar con hidrógeno (450 °C) se forma el hidruro ScH 2, con nitrógeno (600-800 °C) - nitruro de ScN, con halógenos (400-600 °C) - compuestos del tipo ScCl 3; El escandio también reacciona con el boro y el silicio a temperaturas superiores a 1000 °C. El metal se disuelve fácilmente en ácidos clorhídrico, nítrico y sulfúrico (a medida que disminuye la concentración de ácido, la velocidad de disolución del escandio cae bruscamente y no reacciona con soluciones 0,001 N). Sales de tiocianato de hidrógeno, clorhídrico, sulfúrico, nítrico y ácido acético se disuelve bien en agua y sales de fósforo, oxálicas y ácido fluorhídrico ligeramente soluble; El acetilacetonato y sus derivados del flúor tienen cierta volatilidad. El escandio prácticamente no se ve afectado por soluciones diluidas de NaOH (10%) y una mezcla de HNO 3 concentrado y HF (1: 1). En el agua, los compuestos de escandio se hidrolizan notablemente para formar sales básicas. Los iones Sc 3+ son propensos a la polimerización y la formación de iones complejos. varios tipos, cuya composición depende de la naturaleza del anión y del pH del medio, por ejemplo Sc(CO 3) 2 -, Sc (SO 4) 3 3-. Las sales básicas en solución se transforman fácilmente en hidróxido amorfo.
Obtención de escandio. El escandio se extrae principalmente en forma de óxidos durante el procesamiento hidrometalúrgico y pirometalúrgico de tungsteno, estaño, titanio, minerales de uranio y bauxita. Los óxidos se cloran o fluoran a temperaturas elevadas y luego se obtiene el escandio metálico compacto (rendimiento ~99,5%) mediante la reducción térmica de su cloruro o fluoruro con calcio metálico, seguido de la destilación (sublimación) de Sc en alto vacío 133,3·10-6 n/m2 (10-6 mm Hg) a 1600-1700 °C.
Aplicación del escandio. El óxido de escandio se utiliza para producir ferritas para elementos de memoria de alta velocidad. ordenadores. El 46 Sc radiactivo se utiliza en el análisis de activación de neutrones y en medicina. Las aleaciones de escandio, que tienen una densidad baja y un punto de fusión alto, son prometedoras como materiales estructurales en la construcción de cohetes y aviones, y varios compuestos de escandio pueden encontrar aplicación en la fabricación de fósforos, cátodos de óxido, en la producción de vidrio y cerámica, en industria química(como catalizadores) y en otras áreas.
AGENCIA FEDERAL DE EDUCACIÓN DE LA RF
UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE MOSCÚ "MAMI"
PRUEBA
en la disciplina "QUÍMICA"
sobre el tema: "Elemento químico - Escandio"
preparado por estudiante
4 EF 2 Tarasov S.V.
Consejero científico:
Patrusheva O.A.
MOSCÚ 2010
· Historia de Escandia y origen de su nombre
Propiedades físicas del escandio
Propiedades químicas del escandio
· Recursos mundiales Scandia
Distribución del escandio en la naturaleza.
· Obtención y producción de escandio
Aplicación de escandio
Metalurgia
Aleaciones de escandio
· Materiales superduros
Microelectrónica
· Fuentes de luz
Isótopos de escandio
· Energía nuclear
· Medicamento
Materiales láser
· Producción de paneles solares.
generadores MHD
· Espejos de rayos X
Materiales ignífugos
· Producción de circonita cúbica.
· Fósforos
· Literatura
Historia Scandia y el origen de su nombre
Escandio - elemento subgrupo lateral tercer grupo, cuarto período de la tabla periódica de elementos químicos D. I. Mendeleev, con número atómico 21 y masa atomica 44.9559, denotado por el símbolo Sc (lat. Escandio). Elemento escandio (número CAS: 7440-20-2) - metal ligero color plata con un característico tinte amarillo que aparece cuando el metal entra en contacto con el aire.
Se conoce un isótopo estable natural, el 45 Sc. De los isótopos radiactivos artificiales, el más importante es el 46 Sc con una vida media de 84 días.
El escandio fue predicho por D. I. Mendeleev en 1870 y aislado en 1879 por L. F. Nilson a partir de los minerales gadolinita y euxenita que se encuentran en Escandinavia (latín Scandia), de ahí el nombre del elemento.
El escandio existe en dos modificaciones cristalinas: α y β; a temperaturas ordinarias, la modificación α con una red hexagonal es estable (a = 3,3080 Å y c = 5,2653 Å), por encima de 1350 °C la modificación β con una red cúbica centrada en el cuerpo es estable. La densidad del escandio en forma α a 25 °C es 3,020 g/cm 3, radio atómico 1,64 Å, radio iónico 0,75 Å, (fundir 1539 °C, hervir 2700 °C, volátil por encima de 1600 °C. A 25 °C capacidad calorífica específica 25,158 kJ/(kg K), resistividad eléctrica (54 -70,7)·10 - 6 ohmios·cm;
El escandio es un paramagnético débil, su susceptibilidad magnética atómica es 236·10 -6 (20 °C). El escandio es un metal blando, en su estado puro se puede procesar fácilmente: forjado, laminado, estampado.
Sc es el primer elemento de transición con un electrón 3d; la configuración de los electrones externos del átomo es 3d 1 4s 2. Por comportamiento químico similar a otros elementos de transición en el estado de oxidación +3 (por ejemplo, Ti 3+, Fe 3+, Mn 3+), elementos del subgrupo Al, Be, así como elementos del subgrupo itrio, junto con los cuales es a veces clasificados como elementos de tierras raras.
En el aire se cubre con una película protectora de óxido de hasta 600 Å de espesor; la oxidación comienza a notarse a 250 °C; Al interactuar con hidrógeno (450 °C) se forma hidruro ScH 2, con nitrógeno (600-800 °C) - nitruro de ScN, con halógenos (400-600 °C) - compuestos del tipo SсCl 3.
El escandio también reacciona con el boro y el silicio a temperaturas superiores a 1000 °C.
En el agua, los compuestos de escandio se hidrolizan notablemente para formar sales básicas. Los iones Sc 3+ son propensos a la polimerización, la formación de iones complejos de varios tipos, cuya composición depende de la naturaleza del anión y del pH del medio, por ejemplo Sc(CO 3) 2 -, Sc (SO 4 ) 3 3-. Las sales básicas en solución se transforman fácilmente en hidróxido amorfo.
El metal se disuelve fácilmente en ácidos clorhídrico, nítrico y sulfúrico (a medida que disminuye la concentración de ácido, la velocidad de disolución del escandio cae bruscamente y no reacciona con soluciones 0,001 N). Las sales de los ácidos clorhídrico, sulfúrico, nítrico, hidrotiocianato y acético son muy solubles en agua, mientras que las sales de los ácidos fosfórico, oxálico y fluorhídrico son poco solubles; El acetilacetonato y sus derivados del flúor tienen cierta volatilidad. El escandio prácticamente no se ve afectado por soluciones diluidas de NaOH (10%) y una mezcla de HNO 3 concentrado y HF (1: 1).
En Rusia y la antigua Unión Soviética se concentran enormes recursos de escandio (los datos de producción están muy dispersos, pero los volúmenes de producción, según expertos independientes, son iguales o superiores a la producción mundial oficial). En general, según expertos independientes, actualmente los principales productores de escandio (óxido de escandio) son Rusia, China, Ucrania y Kazajstán. EN hasta cierto punto En los próximos años se espera un volumen importante de materias primas de escandio procedentes de Australia, Canadá y Brasil.
También cabe señalar que las reservas de materias primas de tierras raras en Mongolia que contienen escandio también son una fuente prometedora de escandio para la industria del escandio y el desarrollo de la metalurgia del escandio.
Distribución del escandio en la naturaleza.
Se conocen dos minerales propios del escandio: tortveitita (Sc, Y)2 Si 2 O 7 (Sc2O3 hasta 53,5%) y esterrettita Sc 2H 2 O (Sc 2 O 3 hasta 39,2%), pero son extremadamente raros.
El escandio es un oligoelemento típico y un migrante débil y se encuentra en muchos minerales.
Sobre productos químicos y propiedades físicas El itrio, el lantano y los lantánidos están cerca del escandio. En todos los compuestos naturales, el escandio, al igual que sus análogos el aluminio, el itrio y el lantano, presenta una valencia positiva de tres, por lo que no participa en los procesos redox.
Durante la formación de rocas ígneas y sus derivados de vetas, la mayor parte del escandio se dispersa predominantemente en minerales de color oscuro de rocas ígneas y se concentra en pequeña medida en minerales individuales de formaciones posmagmáticas.
Los principales portadores minerales de escandio: fluorita (hasta 1% Sc2O3), casiterita (0,005-0,2%), wolframita (0-0,4%), ilmenorutilo (0,0015-0,3%), torianita (0,46% Sc2O3), samarskita. (0,45%), viikita (1,17%), xenotima (0,0015-1,5%), berilo (0,2%), bazzita (berilo escandio, 3-14, 44%). En total se conocen más de cien minerales que contienen escandio.
Dado que el contenido de escandio en las rocas es diferente, y debido al hecho de que las propiedades del escandio son cercanas a las de Mg, Al, Ca, Mn 2 +, Fe 2 +, TR, Hf, Th, U, Zr, entonces su principal Masa dispersa en minerales que contienen estos elementos.
Las concentraciones más altas de escandio (30 g/t Sc 2 O 3) se limitan a rocas ultrabásicas y básicas, en las que el papel principal lo desempeñan los minerales de hierro y magnesio (piroxeno, anfíbol y biotita), en los que la sustitución heterovalente de Fe 2 + y el escandio es magnesio generalizado y el reemplazo del circonio se produce en etapas tardías proceso magmático y en pegmatitas.
En rocas de composición media, el contenido medio de Sc 2 O 3 es de 10 g/t, en rocas ácidas es de 2 g/t, aquí el escandio también se encuentra disperso en minerales de color oscuro (hornblenda, biotita) y se encuentra en la moscovita; , circón y esfena.
También se produce sustitución isovalente de escandio por elementos del grupo TR, especialmente en minerales esencialmente de itrio (xenotima, asociación Sc-Y en thorthwaite y sustitución de Al en berilo).
El escandio es un elemento litófilo disperso (elemento de roca), por lo tanto, para la tecnología de extracción de este elemento, es importante extraerlo por completo de los minerales procesados y, a medida que se desarrolle la metalurgia de los minerales que contienen escandio, su volumen de producción anual aumentará.
El escandio se extrae principalmente en forma de óxidos durante el procesamiento hidrometalúrgico y pirometalúrgico de minerales de tungsteno, estaño, titanio, uranio y bauxita. Los óxidos se cloran o fluoran a temperaturas elevadas y luego se obtiene escandio metálico compacto (rendimiento ~99,5%) mediante reducción térmica de su cloruro o fluoruro con calcio metálico, seguido de destilación (sublimación) de Sc en un alto vacío de 133,3·. 10 -6 n/m 2 (10 -6 mm Hg) a 1600-1700 °C.
El escandio se puede llamar con seguridad el metal del siglo XXI y se puede predecir un fuerte aumento en su producción, aumento de precios y demanda debido al procesamiento de una gran cantidad de hulla (especialmente el procesamiento de hulla rusa) en combustible líquido.
Aplicación de escandio
El escandio es un elemento monoisotópico y está compuesto 100% por átomos de escandio-45.
Metalurgia
El uso de escandio como impureza de microaleación tiene un efecto significativo en varias aleaciones prácticamente importantes, por ejemplo, agregar un 0,4% de escandio a las aleaciones de aluminio y magnesio aumenta la resistencia a la tracción en un 35% y el límite elástico en un 65-84%, y Al mismo tiempo, el alargamiento relativo se mantiene en el nivel del 20-27%. La adición de 0,3-0,67% al cromo aumenta su resistencia a la oxidación hasta una temperatura de 1290°C, y tiene un efecto similar, pero aún más pronunciado, en aleaciones resistentes al calor como el “nicrom” y en esta área el uso de El escandio es mucho más eficaz que el itrio. El óxido de escandio tiene una serie de ventajas sobre otros óxidos para la producción de cerámicas de alta temperatura, ya que la resistencia del óxido de escandio aumenta cuando se calienta y alcanza un máximo a 1030 °C, mientras que al mismo tiempo el óxido de escandio tiene una conductividad térmica mínima y la Mayor resistencia al choque térmico. El escandato de itrio es uno de los mejores materiales para estructuras que operan a altas temperaturas. Para la producción de vidrios germanados para optoelectrónica se consume constantemente una cierta cantidad de óxido de escandio.
El escandio es un metal plateado claro con un tinte amarillento. Aunque es un elemento bastante raro, se encuentra en muchos minerales. El hecho es que en sus propiedades el escandio se acerca al magnesio, calcio, aluminio, hierro y elementos de tierras raras, por lo que a menudo los reemplaza en minerales. Se conocen alrededor de cien minerales en los que se puede encontrar escandio. En realidad, sólo dos minerales de escandio son: tortveitita (Sc, Y)₂Si₂O₇ y esterrettita Sc(PO₄)2H₂O.
¿Cómo se descubrió el escandio?
La existencia del escandio fue predicha por D.I. Mendeleev en 1869, cuando se descubrió una brecha entre el calcio (el elemento 20) y el titanio (el elemento 22). Mendeleev propuso el nombre “ekabor” para el nuevo elemento. En 1879, el químico sueco Lars Frederik Nilsson utilizó la espectrometría para descubrir un nuevo elemento en el mineral euxenita, que contenía varios elementos raros. El científico nombró el nuevo elemento en honor a Escandinavia. Sin embargo, Nilsson logró conseguir una pequena cantidad deóxido de escandio, pero el lingote de escandio finalmente no se obtuvo hasta 1937. EN la corteza terrestre El escandio contiene muy poco, por lo que su extracción es un proceso complejo y que requiere mucha mano de obra.
¿Dónde se usa el escandio?
El principal ámbito de aplicación del escandio es la creación de aleaciones y cerámicas. Pequeñas adiciones (fracciones de porcentaje) de escandio aumentan significativamente la resistencia a la tracción de las aleaciones de magnesio y aluminio y aumentan la resistencia a la oxidación del cromo y el nicromo. Las cerámicas con la adición de óxido de escandio son resistentes a altas temperaturas y choque térmico. Los aceros de aleación de escandio son súper resistentes y adecuados para trabajo largo a altas temperaturas. Las aleaciones de aluminio y escandio han encontrado su aplicación en la industria aeroespacial; en particular, con ellas se fabrican partes de los aviones militares rusos MiG-21 y MiG-29. El óxido de escandio se utiliza para crear supercomputadoras con alta velocidad el intercambio de datos. Los compuestos de escandio se pueden utilizar en la producción de láseres, células solares y generadores MHD. Para crear espejos de rayos X se utilizan compuestos de escandio y tungsteno, cromo y molibdeno.
mineral cuántico del átomo de escandio
La existencia del escandio fue predicha por primera vez por D.I. Mendeleev. Basándose en la ley periódica, llegó a la conclusión de que, además del galio, debería haber otro análogo del boro y el aluminio: el ecaborón.
En 1871, en el artículo “Ley periódica de los elementos químicos” D.I. Mendeleev escribió: “Se propone llamar tentativamente a este elemento ekabor, derivando este nombre del hecho de que sigue al boro como primer elemento de grupos pares, y la sílaba eka se deriva de la palabra sánscrita que significa uno... Ekabor individualmente debería representar un metal... mientras que la gravedad específica de este metal debe ser cercana a 3,0... Este metal no será volátil, porque todos los metales en filas pares en todos los grupos (excepto i) no son volátiles; por lo tanto, difícilmente puede descubrirse mediante un análisis espectral ordinario. En cualquier caso, no descompondrá el agua a temperaturas ordinarias, pero con un cierto aumento de temperatura se descompondrá, como lo hacen muchos metales situados en esta región, formando un óxido básico. Por supuesto, se disolverá en ácidos”.
Pasan ocho años y el químico sueco Nilsson descubre un nuevo elemento en uno de los minerales más raros, al que llama escandio en honor a la península escandinava. Después de estudiar el nuevo elemento, Nilsson describió las propiedades del escandio. Imaginemos la sorpresa de Nilsson cuando, al comparar las características del escandio con las del ecaborón de Mendeleev, descubrió una similitud casi completa entre estas características. "No hay duda de que el ekabor fue descubierto en el escandio...", escribió Nilsson y, además, sorprendido por este acontecimiento, subrayó: "Así se confirman de la manera más visual los pensamientos del químico ruso, que hicieron posible no sólo para prever la existencia del cuerpo simple nombrado, sino también para indicarle de antemano las propiedades más importantes."
A modo de comparación, presentamos algunos datos que D.I. Mendeleev caracterizó el escandio (ekabo) antes de su descubrimiento, y Nilsson, después de estudiar las propiedades del elemento descubierto por él.
Peso atómico 45
El óxido de ecaborón consta de dos átomos de ecaborón y tres átomos de oxígeno.
La gravedad específica del óxido es 3,5.
La sal de sulfato de ekaboro consta de dos átomos de eka-boro y tres residuos de ácido sulfúrico.
Las sales de sulfato doble no tendrán una forma cristalina similar a la del alumbre.
Peso atómico 45,1.
El óxido de escandio consta de dos átomos de escandio y tres átomos de oxígeno.
La gravedad específica del óxido es 3,8.
La sal de sulfato de escandio consta de dos átomos de escandio y tres residuos de ácido sulfúrico,
La sal doble sulfato de escandio y potasio no se parece en la forma de sus cristales al alumbre.
Como puede verse por las características dadas, no existe una diferencia notable entre ellos. El escandio fue el segundo de una serie de elementos químicos descubiertos después de la predicción de su existencia y propiedades por D.I. Mendeleev basado en la ley periódica. El escandio es una clara confirmación de la validez de esta importante ley de las ciencias naturales.
