Propriétés chimiques du scandium. Application Scandium

Scandium

SCANDIUM-JE; m.Élément chimique (Sc), métal gris avec une résistance élevée et une résistance à la corrosion.

◁ Scandium, oh, oh.

(lat. Scandium), élément chimique Groupe III tableau périodique, fait référence aux éléments des terres rares. Le nom vient de la péninsule scandinave (lat. Scandia), où il a été découvert. Densité 3,02 g/cm 3 t pl 1541°C. Composant d'alliages légers à haute résistance mécanique et à la corrosion, catalyseur pour la conversion para-ortho-hydrogène à haute température, filtre à neutrons en technologie nucléaire.

SCANDIUM (lat. Scandium, en l'honneur de la Scandinavie - la patrie de L.F. Nilsson), Sc (lire « scandium »), un élément chimique de numéro atomique 21, de masse atomique 44,9559. Le scandium naturel est constitué d'un isotope stable avec le numéro de masse 45. Configuration de deux extérieurs couches électroniques 3s 2 p 6 j 1 4s 2 . États d'oxydation +1, +2, +3 (valence I, II, III). Le scandium est un élément des terres rares. Situé dans le groupe IIIB du tableau périodique des éléments, en 4ème période. Rayon atomique 0,164 nm, rayon des ions Sc 3+ 0,089 nm ( numéro de coordination 6). Les énergies d'ionisation successives sont 6,562, 12,8, 24,8, 74,2, 93,9 eV. Électronégativité selon Pauling (cm. PAULING Linus) 1,3.
D. I. Mendeleïev fut le premier à suggérer l'existence du scandium en 1871. (cm. MENDELEEV Dmitri Ivanovitch). Il a proposé le nom « ekabor » et a décrit certaines propriétés du nouvel élément dans le journal de la Société chimique russe. Le scandium a été découvert en 1879 par le chimiste suédois L. F. Nilsson. (cm. NILSON Lars Frederik) en étudiant l'ytterbium (cm. YTTERBIUM). Le premier échantillon de scandium pur (au-dessus de 94 %) a été obtenu en 1937.
La teneur en scandium de la croûte terrestre est de 1,10 à 3 % en masse. Sc est un oligoélément. Plus de 120 minéraux contenant du Sc sont connus. Les minéraux Sc ​​intrinsèques les plus importants sont la bazzite Sc 2 Be 3 Si 6 O 18 et l'eggonite ScPO 4 ·2H 2 O. Sc se trouve en petites concentrations dans les eaux fluviales, souterraines et marines. Accompagne généralement le tungstène , l'étain, l'aluminium, le titane et le vanadium.
Lors de l'obtention du scandium, les déchets de traitement W, Sn, Al, Ti et V sont traités avec des acides ou des alcalis. Une purification plus poussée de Sc est réalisée par des méthodes d'extraction. Pour une purification en profondeur, Sc est distillé sous vide poussé. Le Sc métallique est obtenu par la méthode de réduction thermique calcique du fluorure de scandium :
2ScF3 +3Ca=3CaF2 +2Sc
ou son oxyde : Sc 2 O 3 +3Ca=3CaO+2Sc
Le scandium est un métal argenté avec une teinte jaune. La modification a de Sc avec un réseau hexagonal comme un réseau de magnésium est stable jusqu'à 1336°C (cm. MAGNÉSIUM), a = 0,33085 nm, c = 0,52680 nm, densité 2,989 kg/dm 3. Au-dessus de 1336°C, la modification b avec un réseau cubique centré sur le corps est stable. Point de fusion 1541°C, point d'ébullition 2837°C. Sc est stable dans l'air à température ambiante en raison du film d'oxyde protecteur dense Sc 2 O 3 . Réaction intense du Sc avec l'oxygène (cm. OXYGÈNE) commence à 200-250°C. Lorsque Sc 2 O 3 interagit avec les alcalis et les oxydes métaux alcalino-terreux des scandiates NaScO 2 ou CaSc 2 O 4 se forment. L'oxyde de scandium forme des oxydes mixtes 2Sc 2 O 3 ·3ZrO 2.
Le scandium réagit avec les halogènes lorsqu'il est chauffé (cm. HALOGÈNE), hydrogène (cm. HYDROGÈNE), azote (cm. AZOTE), gris (cm. SOUFRE) et du phosphore (cm. PHOSPHORE). L'oxyde Sc 2 O 3 a des propriétés faiblement basiques ; il correspond à la base amorphe Sc(OH) 3 · nH 2 O, hydroxyde cristallin Sc(OH) 3 et ScО(ОН). Les propriétés des hydroxydes de scandium sont similaires à celles de l'hydroxyde d'aluminium. Chlorure de scandium ScCl 3, nitrate Sc(NO 3) 3, perchlorate Sc(ClO 4) 3, sulfate Sc 2 (SO 4) 3 et quelques autres dans solutions aqueuses hydrolysé et libéré des solutions sous forme d'hydrates. Le scandium est utilisé comme additif d'alliage. L'oxyde de scandium est utilisé dans la production de ferrites (cm. FERRITES), grenats artificiels (cm. GRENADES (synthétiques)), en tant que composant de matériaux céramiques. L'orthophosphate de scandium est à la base des composés fluorescents.

Dictionnaire encyclopédique . 2009 .

Voyez ce qu'est « scandium » dans d'autres dictionnaires :

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- (symbole Sc), élément blanc argenté du groupe III tableau périodique, métal. Il a été prédit (sous le nom d'ekabor) par D. MENDELEEV. Découvert en 1879. Présent dans la tortvéitite et en petites quantités dans d'autres minéraux. Est malléable... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

Sc (du latin Scandia Scandinavia * a. scandium ; n. Skandium ; f. scandium ; i. escandio), chimique. élément du groupe III périodique. le système de Mendeleïev ; fait référence aux éléments des terres rares, at.n. 21, à. m.44.9559. Natural C. est représenté par un... ... Encyclopédie géologique

SCANDIUM, scandia, pl. pas de mari (chim.). Métal rare qui n'existe pas dans la nature à l'état libre, mais qui existe uniquement sous forme d'oxyde, ayant la forme poudre blanche. (Du nom de la péninsule scandinave.) Dictionnaire explicatif d’Ouchakov. D.N. Ouchakov. 1935… Dictionnaire explicatif d'Ouchakov

- (Scandium), Alors, chim. élément du groupe III périodique. systèmes d'éléments, à. numéro 21, à. masse 44,95591, élément de terre rare. Dans la nature, il est représenté par un nucléide stable 45Sс. Configurationext. coques électroniques 3s2p6d14s2.Énergie… … Encyclopédie physique

Nom, nombre de synonymes : 3 métal (86) ekabor (1) élément (159) Dictionnaire de synonymes ASIS. V.N.... Dictionnaire de synonymes

scandium- Sc Élément chimique extrait de déchets industriels, par ex. uranium [A.S. Goldberg. Dictionnaire de l'énergie anglais-russe. 2006] Thèmes énergie en général Synonymes Sc EN scandium ... Guide du traducteur technique

Scandium- (Scandium), Sc, élément chimique du groupe III du tableau périodique, numéro atomique 21, masse atomique 44,95591, appartient aux éléments des terres rares ; métal, point de fusion 1541°C. Découvert par le chimiste suédois L. Nilsson en 1879. ... Dictionnaire encyclopédique illustré

SCANDIUM- chimie. élément, symbole Sc (lat. Scandium), at. n. 21, à. m. 44,96, appartient aux éléments des terres rares ; métal argenté avec une teinte jaune caractéristique, densité 3020 kg/m3, température de fusion = 1541 °C, présente des propriétés chimiques assez élevées. activité. Dans la nature… … Grande encyclopédie polytechnique

Livres

• Chimie inorganique et analytique du scandium, L. N. Komissarova. La monographie résume les informations sur les principaux groupes composés inorganiques scandium (composés intermétalliques, composés binaires sans oxygène, dont halogénures et thiocyanates, oxydes complexes,…

Être dans la nature

Géochimie et Minéralogie

La teneur moyenne en scandium de la croûte terrestre est de 10 g/t. Fermer en produits chimiques et propriétés physiques au scandium, à l'yttrium, au lanthane et aux lanthanides. Dans tous les composés naturels, le scandium, tout comme ses analogues aluminium, yttrium, lanthane, présente une valence positive de trois, il ne participe donc pas aux processus redox. Le scandium est un oligoélément présent dans de nombreux minéraux. Actuellement, 2 minéraux de scandium sont connus : la tortvéitite (Sc, Y) 2 Si 2 O 7 (Sc 2 O 3 jusqu'à 53,5 %) et la sterrettite (kolbeckite Sc 2H 2 O (Sc 2 O 3 jusqu'à 39,2 %). des concentrations se trouvent dans environ 100 minéraux.

Du fait que les propriétés du scandium sont proches de , , , 2+ , 2+ , TR (éléments des terres rares), , , , , masse principale il est dispersé dans les minéraux contenant ces éléments. Une substitution isovalente du scandium par des éléments du groupe TR se produit, notamment dans les minéraux essentiellement yttrium (xénotime, association Sc - Y dans le thorthwaite et substitution de Al dans le béryl). La substitution hétérovalente du Fe2+ et du magnésium par le scandium dans les pyroxènes, les amphiboles, l'olivine et la biotite est répandue dans les roches mafiques et ultramafiques, et la substitution du zirconium aux stades avancés processus magmatique et dans les pegmatites.

Les principaux supports minéraux du scandium : fluorite (jusqu'à 1 % Sc 2 O 3), cassitérite (0,005-0,2 %), wolframite (0-0,4 %), ilménorutile (0,0015-0,3 %), thorianite (0,46 % Sc 2 O 3), samarskite (0,45 %), viikite (1,17 %), xénotime (0,0015-1,5 %), béryl (0,2 %), bazzite (scandium béryl, 3-14,44 %). Lors de la formation des roches ignées et de leurs dérivés filoniens, la majeure partie du scandium est dispersée principalement dans les minéraux de couleur foncée des roches ignées et est concentrée dans une faible mesure dans les minéraux individuels des formations post-magmatiques. Les concentrations les plus élevées (30 g/t Sc 2 O 3) de scandium sont confinées aux roches ultrabasiques et basiques, dans lesquelles le rôle prédominant est joué par les minéraux de fer et de magnésium (pyroxène, amphibole et biotite). Dans les roches de composition moyenne, la teneur moyenne en Sc 2 O 3 est de 10 g/t, dans les roches acides - 2 g/t. Ici, le scandium est également dispersé dans les minéraux de couleur foncée (hornblende, biotite) et s'établit dans la muscovite, le zircon et le sphène. La concentration dans l'eau de mer est de 0,00004 mg/l.

Lieu de naissance

Les gisements les plus importants de tortvéitite (le minéral le plus riche en scandium) se situent à Madagascar et en Norvège.

Histoire

Propriétés physiques

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques du scandium sont similaires à celles de l'aluminium. Dans la plupart des composés, le scandium présente un état d'oxydation de +3. Lorsqu’il est exposé à l’air, le métal compact se recouvre en surface d’un film d’oxyde. Lorsqu'il est chauffé au rouge, il réagit avec le fluor, l'oxygène, l'azote, le carbone et le phosphore. À température ambiante, il réagit avec le chlore, le brome et l'iode. Réagit avec dilué acides forts; les acides oxydants concentrés et le HF sont passivés. Réagit avec les solutions alcalines concentrées.

L'ion Sc 3+ est incolore, diamagnétique, le nombre de coordination dans les solutions aqueuses est de 6. Comme dans le cas de l'aluminium, l'hydroxyde de scandium est amphotère et se dissout à la fois dans les excès d'acides et dans les excès d'alcalis ; ne réagit pas avec une solution d’ammoniaque diluée. Le chlorure, le bromure, l'iodure et le sulfate de scandium sont très solubles dans l'eau, la solution a une réaction acide due à une hydrolyse partielle et l'hydratation des sels anhydres s'accompagne d'un dégagement rapide de chaleur. Le fluorure et le phosphate de scandium sont insolubles dans l'eau, mais le fluorure se dissout en présence d'ions fluorure en excès pour former ScF 6 3- . Le carbure, le nitrure, le phosphure, le sulfure et le carbonate de scandium sont complètement hydrolysés par l'eau. Composés organiques le scandium est thermiquement relativement stable, mais réagit violemment avec l'eau et l'air. Ils sont construits principalement à l'aide de liaisons Sc-C σ et sont représentés par des dérivés alkyles et des cyclopentadiénides polymères.

Des composés avec des états d'oxydation inférieurs du scandium (+2, +1, 0) sont également connus. L'un des plus simples - bleu foncé solide CsScCl3. Cette substance contient des liaisons entre les atomes de scandium. Le monohydrure de scandium ScH a été observé spectroscopiquement à haute température en phase gazeuse. En outre, des états d'oxydation inférieurs du scandium se trouvent dans les composés organométalliques. .

Reçu

Il est à noter qu'il existe des ressources importantes en scandium dans les cendres charbons durs et le problème du développement d'une technologie d'extraction du scandium lors de la transformation du charbon en combustible liquide artificiel.

Ressources mondiales en scandium

Le scandium est un élément trace lithophile (élément rochers), par conséquent, pour la technologie d'extraction de cet élément, il est important de l'extraire complètement des minerais traités, et à mesure que la métallurgie des minerais contenant du scandium se développera, son volume de production annuel augmentera. Vous trouverez ci-dessous les principaux minerais porteurs et la masse de scandium associé qui en est libéré :

• Bauxites - 71 millions de tonnes de traitement par an, contiennent du scandium associé à hauteur de 710 à 1 420 tonnes ;
• Minerais d'uranium - 50 millions de tonnes par an, scandium associé 50 à 500 tonnes par an ;
• Ilménites - 2 millions de tonnes par an, scandium associé 20 à 40 tonnes par an ;
• Wolframites - scandium associé environ 30 à 70 tonnes par an ;
• Cassitérites - 200 000 tonnes par an, scandium associé 20 à 25 tonnes par an ;
• Zircons - 100 000 tonnes par an, scandium associé 5 à 12 tonnes par an.

Le scandium est présent dans le charbon et son extraction peut être réalisée par le traitement des scories de fer des hauts fourneaux, qui a commencé en dernières années dans un certain nombre de pays développés.

Production et consommation de scandium

Scandium (Sc)– métal des terres rares, numéro atomique 21, masse atomique 44,96, point de fusion 1539°C, densité 2,99 g/cm3.
Scandium, le premier des trois, en numéro atomique croissant, métaux des terres rares pas les lanthanides (scandium, yttrium et lanthane).
Scandium, l'un de ceux prédits par D.I. Mendeleev éléments chimiques basé loi périodique, et cela fut par la suite une confirmation claire de la validité de cette loi essentielle de la nature. Propriétés du scandium - masse atomique, composition chimique les oxydes, la densité et les propriétés de ses sels ont été prédits par D.I. Mendeleïev huit ans avant sa découverte en 1888 et ont été pleinement confirmés après la découverte et l'isolement de cet élément.
Il y a beaucoup de scandium dans la croûte terrestre (2,2x10-3%), ce qui est proche de la teneur en plomb, mais il est très dispersé, ce qui complique et augmente considérablement le coût de son extraction. Le scandium est le composant principal (jusqu'à 43 %) d'un seul minéral naturel, la tortvéitite ; dans d'autres minéraux (stérettite, kolbeckite, bolcite), il est contenu en petite quantité. pourcentage. On le trouve également dans le fer et minerais d'uranium, dans les charbons de basse qualité. Des études spectroscopiques en ont montré des quantités importantes dans la composition de certaines étoiles.
Le métal scandium a été obtenu en 1914 en très petite quantité. Le scandium est un métal légèrement argenté, mou, réagit bien avec les acides, s'oxyde faiblement à l'air, très cassant et possède des propriétés paramagnétiques.

REÇU.

L'obtention du scandium est un processus en plusieurs étapes très laborieux.
Il existe une méthode pour obtenir du scandium, lorsque l'hydroxyde de scandium est d'abord obtenu en brûlant des déchets de minerai de tungstène, puis en les traitant avec de l'acide sulfurique, avec l'ajout d'eau et d'ammoniac. Ensuite, l'hydroxyde est séché, calciné (600-700°C) et on obtient de l'oxyde de scandium avec des impuretés, qui sont ensuite éliminées par dissolution dans de l'acide chlorhydrique et isolement de diverses fractions. Ensuite, après un processus complexe de raffinage et de recalcination, l’oxyde de scandium est obtenu.
Une autre méthode consiste à convertir l’oxyde de scandium en fluorure en le traitant avec du fluorure d’hydrogène. Ce processus est répété à nouveau, le Sc2O3 étant presque complètement converti en ScF3. Le fluorure de scandium est ensuite réduit en utilisant calcium métal dans une atmosphère neutre. Après cela, le mélange de scandium métallique et de scories est refondu et séparé sous vide, puis un processus de distillation sous vide est effectué, après quoi du scandium d'une teneur de 95 % est obtenu, qui est ensuite processus complexes porté à 99%.

APPLICATION.

Métallurgie. Le scandium, en tant que métal à point de fusion élevé, est utilisé dans les microligatures pour la production d'alliages réfractaires. L'oxyde de scandium est utilisé pour la fabrication de poches de coulée d'acier lors de la coulée d'aciers fortement alliés. Le scandium confère aux alliages d'aluminium une résistance supplémentaire. L'isotope scandium-46 est utilisé pour contrôler les processus métallurgiques.

• Fabrication de fusées et d'avions. Le scandium est utilisé pour créer des matériaux structurels en aluminium à haute résistance, car les alliages alliés au scandium dans le cadre des microligatures ont une faible densité et un point de fusion élevé.

• La technologie informatique. Le scandium, sous forme de microadditifs, est utilisé pour créer des ferrites pour les éléments de mémoire informatique.

• Phosphores. Les microadditifs de scandium dans la composition des luminophores augmentent l'efficacité de leur éclat. Il est utilisé dans la production de lampes fluorescentes, pour créer des écrans pour les appareils à faisceau électronique et des écrans pour les machines à rayons X.

• Production de verre et de céramique. Les microadditifs de scandium dans les produits en verre et en céramique leur confèrent un degré élevé de résistance à la chaleur et aux chocs thermiques.

• Énergie nucléaire. Les microadditifs de scandium dans les éléments des réacteurs nucléaires leur confèrent des propriétés très efficaces en tant que modérateurs de neutrons.

• Tout d’abord, il présente une rare combinaison de résistance élevée à la chaleur et de légèreté. La densité de l'aluminium est de 2,7 g/cm3 et son point de fusion est de 660°C. Centimètre cube le scandium pèse 3,0 g et le point de fusion de ce métal est de 1539°C. La densité de l'acier varie (selon la marque) dans la plage de 7,5 à 7,9 g/cm3, les températures de fusion varient dans une plage assez large (acier pur fond à 1530° C, 9° de moins que ).

  Comparaison de ceux-ci les caractéristiques les plus importantes le scandium et les deux métaux les plus importants technologie moderne clairement en faveur de l'élément n°21. De plus, il présente d'excellentes caractéristiques de résistance et une résistance chimique et à la corrosion importante.

  Grâce à ces propriétés, il pourrait devenir un matériau structurel important dans l'aviation et les fusées. Aux États-Unis, on a tenté de produire du scandium métallique à ces fins, mais il est devenu évident qu'une fusée au scandium serait trop chère. Même les pièces individuelles en scandium augmentaient considérablement son coût.

  Ils ont essayé de trouver des applications au scandium en métallurgie. On espérait l'utiliser comme additif d'alliage pour les alliages de fonte, d'acier et de titane-aluminium. Dans un certain nombre de cas, des résultats encourageants ont été obtenus. Par exemple, l'ajout de 1 % de scandium a augmenté la résistance de l'alliage d'une fois et demie. Mais même quelques pour cent de scandium métallique rendaient l’alliage trop cher…

  Voici à quoi ressemblent les ferrites. Pour donner une idée de leur taille, les ferrites ont été photographiées à côté de la pièce. Le rouble métallique, et non le kopeck, n'a pas été choisi par hasard ; cela semble rappeler que le scandium reste toujours l'un des métaux les plus chers

  Ils recherchaient des applications du scandium à la fois dans la technologie nucléaire et dans l'industrie chimique, mais dans chaque cas, les prix à plusieurs chiffres annulaient les avantages de l'élément n°24.

  L’oxyde de scandium étant plusieurs fois moins cher que le métal pur, son utilisation pourrait dans certains cas être économiquement justifiée. Cette poudre discrète et d'apparence très ordinaire n'avait pas d'avantages aussi évidents que le métal lui-même, mais...

  Depuis le milieu des années 60. l'oxyde de scandium est utilisé comme composant des ferrites pour les éléments de mémoire à grande vitesse des ordinateurs certains types. L'oxyde de scandium est obtenu à partir du traitement complexe des minerais de bauxite, d'étain, d'uranium, de tungstène et de titane.

  Le scandium lui-même (et ceux qui en dérivent) reste encore le métal du futur : bon certes, mais trop cher. Cependant, les experts n'excluent pas qu'à l'avenir ce métal puisse suivre le même chemin que dans la seconde moitié du 20e siècle. son voisin est passé par là tableau périodique - .

  APPROBATION DE LA LOI PÉRIODIQUE. Mendeleev a qualifié les scientifiques qui, avec leurs découvertes, ont confirmé les prédictions qu'il avait faites sur la base de la loi périodique, d'« affirmants » et de « renforçateurs » du système périodique des éléments. Tout d’abord, ces « titres » ont été remportés par trois scientifiques qui ont découvert dans les minéraux les éléments prédits par Mendeleïev, l’ékaaluminium, l’écaboron et l’écasilicium.

  Le premier des «affirmateurs» fut, comme on le sait, le chimiste français Lecoq de Boisbaudran - en 1875, il découvrit de l'eka-aluminium dans une mélange de zinc.

  Nilsson était deuxième. Quatre ans après la découverte de Boisbaudran, il eut la chance de découvrir l'écaboron, prédit par Mendeleev, dans le minéral auxénite. Et sept ans plus tard, le scientifique allemand Clemens Winkler a obtenu pour la première fois de l'eca-silicium - .

  Le Suédois Lare Frederik Nilsson, originaire de la rude île de Gotland, était un scientifique polyvalent : à l'Université d'Uppsala, il a étudié la chimie, la géologie et la biologie. Outre une éducation de premier ordre et un talent naturel, deux autres circonstances extrêmement importantes ont contribué à son succès scientifique : ses travaux dans sa jeunesse sous la direction du remarquable chimiste suédois Jens Jakob Berzelius et la découverte par Mendeleev de la loi périodique, qui a armé scientifiques du monde entier avec une carte du continent chimique.

  Surtout, Nilsson a étudié éléments rares. Sa plus grande réalisation, outre la découverte de l'élément n° 21 - le scandium, fut l'établissement en 1884 du poids atomique correct du béryllium (en collaboration avec le chimiste suédois O. Peterson).

  Au cours des 17 dernières années de sa vie, Nilsop a été professeur à l'Académie agricole de Stockholm. Il a fait beaucoup pour augmenter la productivité des champs en Suède et en particulier sur son île natale de Gotland.

  SCANDIUM ET PHOSPHORE. Les phosphores (à ne pas confondre avec le phosphore) sont ceux qui peuvent briller assez longtemps dans le noir. L'une de ces substances est le sulfure de zinc ZnS. Si vous l'irradiez avec des rayons infrarouges, il commence à briller et brille longtemps après l'arrêt de l'irradiation. Il a été établi que l'ajout de scandium au sulfure de zinc activé par le cuivre produit une lueur plus brillante que d'habitude. Le scandium augmente également l'éclat d'autres luminophores, en particulier l'oxyde de magnésium MgO.

  POUR GARDER LE PURIFICATEUR D'AIR. La production de plastiques, d'insecticides et de solvants dégage des rejets assez importants

  quantités chlorure d'hydrogène. Ce gaz toxique, dont le rejet dans l’atmosphère est inacceptable.

  Bien sûr, il serait possible de le lier avec de l'eau et de produire acide hydrochlorique, mais obtenir de l'acide par cette méthode, c'est un euphémisme, coûterait un joli centime. La décomposition du HC1 par électrolyse a également nécessité des dépenses importantes, bien que la méthode de décomposition catalytique du chlorure d'hydrogène ait été proposée il y a plus de 100 ans. Le catalyseur était du chlorure. Cependant, ce procédé n'a été efficace qu'à 430-475°C. Et dans ces conditions, le catalyseur s'évapore... Une solution a été trouvée : des traces de chlorures d'yttrium, de zirconium, de thorium, d'uranium et de scandium ont été ajoutées au catalyseur principal - chlorure de cuivre. Avec un tel catalyseur, la température de décomposition du chlorure d'hydrogène a diminué jusqu'à 330-400 ° C et la volatilisation du chlorure de cuivre est devenue nettement moindre. Le nouveau catalyseur dure beaucoup plus longtemps que l'ancien, et l'air au-dessus plantes chimiques Purifié de manière fiable du chlorure d’hydrogène nocif.

  SCANDIUM À LA BOUCHE DE LA TAMISE. Isotope radioactif Scandia avec masse atomique 46 en 1954-1955. utilisé pour déterminer le mouvement du limon dans l’estuaire de la Tamise. Du sel contenant du scandium 46 a été mélangé avec du verre concassé et déposé dans un conteneur au dépôt maritime. Là, le récipient était ouvert et le mélange, dont la densité correspondait à la densité des boues, était dispersé au fond. Les radiations ont été détectées depuis le bateau grâce à un appareil spécial. Le Scandium-46 a été choisi car il présente un rayonnement assez intense et une demi-vie idéale pour ce type de recherche - 83,9 jours. Ce qui s'est passé? La plupart de la boue entraînée par la Tamise dans la mer retourne bientôt dans le lit du fleuve. J'ai dû développer nouvelle technologie nettoyer l'embouchure de la rivière des sédiments. L'étude du mouvement des limons et des galets dans la mer à l'aide de l'isotope du scandium a également été réalisée en Pologne et en France.

  Rayon atomique 162h Énergie d'ionisation
  (premier électron) 630,8 (6,54) kJ/mol (eV) Configuration électronique 3j 1 4s 2 Propriétés chimiques Rayon covalent 144h Rayon ionique (+3e) 192h30 Électronégativité
  (d'après Pauling) 1,36 Le potentiel de l'électrode 0 États d'oxydation 3 Propriétés thermodynamiques d'une substance simple Densité 2,99 g/cm³ Capacité thermique molaire 25,51 J/(Kmol) Conductivité thermique 15,8 W/(m·K) Température de fusion 1 814 Ko Chaleur de fonte 15,8 kJ/mole Température d'ébullition 3 110 K Chaleur de vaporisation 332,7 kJ/mole Volume molaire 15,0 cm³/mole Réseau cristallin d'une substance simple La structure en treillis hexagonal (α-Sc) Paramètres de réseau a=3,309 c=5,268 (α-Sc) Å rapport c/a 1,592 Débye température s/o K

  Sc	21
  44,95591
  3j 1 4s 2
  Scandium

  Scandium- élément sous-groupe latéral troisième groupe, quatrième période du système périodique des éléments chimiques par D.I. Mendeleev, avec le numéro atomique 21. Désigné par le symbole Sc (lat. Scandium). La substance simple scandium (numéro CAS : 7440-20-2) est un métal argenté clair avec une teinte jaune caractéristique. Il existe sous deux modifications cristallines : α-Sc avec un réseau hexagonal de type magnésium, β-Sc avec un réseau cubique centré, température de transition α↔β 1336 °C.

  Histoire

  L'élément a été prédit par D.I. Mendeleev (sous le nom d'eka-bore) et découvert en 1879 par le chimiste suédois Lars Nilsson.

  origine du nom

  L. Nilsson a nommé l'élément en l'honneur de la Scandinavie.

  Propriétés physiques

  Le scandium est un métal de couleur argenté clair avec une teinte jaune caractéristique. Il existe sous deux modifications cristallines : α-Sc avec un réseau hexagonal comme le magnésium (a=3,3085 Å ; c=5,2680 Å ; z=2 ; groupe spatial P6 3/mmc), β-Sc avec un réseau cubique centré sur le corps, température de transition α↔β 1336 °C, transition ΔH 4,01 kJ/mol. Point de fusion 1541 °C, point d'ébullition 2837 °C. Le scandium est un métal mou, d'une pureté de 99,5 % ou plus (en l'absence d'O 2 ) et peut être facilement usiné.

  Propriétés chimiques

  Reçu

  Il convient de noter qu'il existe des ressources importantes en scandium dans les cendres de charbon et le problème du développement d'une technologie d'extraction du scandium lors de la transformation du charbon en combustible liquide artificiel.

  Ressources mondiales en scandium

  Le scandium est un élément lithophile dispersé (élément rocheux), par conséquent, pour la technologie d'extraction de cet élément, il est important de l'extraire complètement des minerais traités, et à mesure que la métallurgie des minerais contenant du scandium se développe, son volume de production annuel augmentera. Vous trouverez ci-dessous les principaux minerais porteurs et la masse de scandium associé qui en est libéré :

  • Bauxites - 71 millions de tonnes de traitement par an, contiennent du scandium associé à hauteur de 710 à 1 420 tonnes ;
  • Minerais d'uranium - 50 millions de tonnes par an, scandium associé 50 à 500 tonnes par an ;
  • Ilménites - 2 millions de tonnes par an, scandium associé 20 à 40 tonnes par an ;
  • Wolframites - scandium associé environ 30 à 70 tonnes par an ;
  • Cassitérites - 200 000 tonnes par an, scandium associé 20 à 25 tonnes par an ;
  • Zircons - 100 000 tonnes par an, scandium associé 5 à 12 tonnes par an.

  Au total, plus d'une centaine de minéraux contenant du scandium sont connus ; ses propres minéraux (tortvéitite, jervisite) sont très rares.

  Le scandium est présent dans le charbon et pour son extraction, il est possible de traiter les scories de fonderie de haut fourneau, ce qui a été commencé ces dernières années dans un certain nombre de pays développés.

  Production et consommation de scandium

  En 1988, la production mondiale d'oxyde de scandium était de :

  Un pays	Volume de production, pas moins kg/an
  Chine	50
  France	100
  Norvège	120
  Etats-Unis	500
  Japon	30
  Kazakhstan	700
  Ukraine	610
  Russie	958

  Il faut prendre en compte les ressources colossales de scandium en Russie et dans l'ex-Union soviétique (les données sur la production sont très dispersées, mais les volumes de production, selon des experts indépendants, sont égaux ou supérieurs à la production mondiale officielle). En général, selon des experts indépendants, les principaux producteurs de scandium (oxyde de scandium) sont actuellement la Russie, la Chine, l'Ukraine et le Kazakhstan. Les volumes de scandium/oxyde de scandium publiés dans la presse aux USA, au Japon, en France sont majoritairement des métaux secondaires et des métaux achetés sur le marché mondial. DANS dans une certaine mesure Dans les années à venir, un volume important de matières premières scandium est attendu en provenance d'Australie, du Canada et du Brésil.

  Il convient également de noter que les réserves de matières premières de terres rares en Mongolie contenant du scandium sont également source prometteuse scandium pour l'industrie du scandium et le développement de la métallurgie du scandium.

  Le scandium peut être appelé en toute sécurité le métal du 21e siècle et on peut prédire une forte augmentation de sa production, une hausse des prix et de la demande due à la transformation. énorme montant houilles (en particulier transformation des houilles russes), pour combustible liquide. Au cours des cinq dernières années, les prix du scandium métallique sur le marché mondial ont fluctué entre 12 000 et 20 000 dollars le kg (de temps en temps, il y a eu de fortes hausses des prix du scandium et de son oxyde, difficilement explicables du point de vue de Selon les spécialistes, par exemple en 1991, selon le bureau américain de Gorny, l'oxyde de scandium était estimé à 3 500 $/kg (99,9 %), 10 000 $/kg (99,999 %), poudre métallique 250 microns (distillat 99,9 %) - 296 000 $/kg, morceaux de dendrites (99,9%) - 248 000 $/kg), selon la pureté du métal, et l'oxyde de scandium est en moyenne de 3 500 $/kg).

  Application

  Le scandium est un élément monoisotopique et est composé à 100 % d'atomes de scandium-45.

  Métallurgie

  L'utilisation de scandium sous forme d'impureté de microalliage a un effet significatif sur un certain nombre d'alliages pratiquement importants, par exemple, l'ajout de 0,4 % de scandium aux alliages aluminium-magnésium augmente la résistance à la traction de 35 % et la limite d'élasticité de 65-84%, et en même temps l'allongement relatif reste au niveau de 20-27%. L'ajout de 0,3 à 0,67 % au chrome augmente sa résistance à l'oxydation jusqu'à une température de 1 290 °C, et a un effet similaire mais encore plus prononcé sur les alliages résistants à la chaleur tels que le « nichrome » et dans ce domaine l'utilisation de scandium est beaucoup plus efficace que l'yttrium. L'oxyde de scandium présente un certain nombre d'avantages par rapport aux autres oxydes pour la production de céramiques à haute température, car la résistance de l'oxyde de scandium augmente lorsqu'il est chauffé et atteint un maximum à 1030 °C, tandis qu'en même temps l'oxyde de scandium a une conductivité thermique minimale et la la plus haute résistance aux chocs thermiques. Le scandate d’yttrium est l’un des meilleurs matériaux pour les structures fonctionnant à haute température. Une certaine quantité d'oxyde de scandium est constamment consommée pour la production de verres germanates destinés à l'optoélectronique.

  Alliages de scandium

  La principale application du scandium en termes de volume est son utilisation dans les alliages aluminium-scandium utilisés dans les équipements sportifs (motos, battes de baseball, etc.) - partout où des matériaux à haute résistance sont nécessaires. Lorsqu'il est allié à l'aluminium, le scandium offre une résistance et une malléabilité supplémentaires. La résistance à la traction du scandium pur est d'environ 400 MPa (40 kg/mm), pour le titane par exemple de 250 à 350 MPa et pour l'yttrium non allié de 300 MPa. L'utilisation d'alliages de scandium dans l'aviation et les fusées réduira considérablement le coût du transport et augmentera considérablement la fiabilité des systèmes d'exploitation, tandis que dans le même temps, avec la baisse des prix du scandium et son utilisation pour la production de moteurs automobiles, elle réduira également considérablement augmenter leur durée de vie et partiellement leur efficacité. Il est également très important que le scandium renforce alliages d'aluminium dopé au hafnium. Un domaine d'application important et pratiquement inexploré du scandium est le fait que, comme l'alliage de l'aluminium avec l'yttrium, l'alliage de l'aluminium pur avec le scandium augmente également la conductivité électrique des fils et a un fort effet de renforcement. de belles perspectives pour l'utilisation d'un tel alliage pour le transport d'électricité (lignes électriques). Les alliages de scandium sont les matériaux les plus prometteurs pour la production de missiles guidés. Un certain nombre d'alliages spéciaux de scandium et de composites de liaison au scandium sont très prometteurs dans le domaine de la conception du squelette des cyborgs. Ces dernières années, le rôle important du scandium (et en partie de l'yttrium et du lutécium) a été révélé dans la production de certains aciers maraging ultra-résistants, dont certains échantillons ont montré une résistance supérieure à 700 kg/mm ​​(plus de 7000 MPa

  Matériaux ultra-durs

  Le scandium est utilisé pour produire des matériaux ultra-durs. Par exemple, l'alliage du carbure de titane avec du carbure de scandium augmente très fortement la microdureté (2 fois), ce qui en fait nouveau matériel quatrième en dureté après le diamant (environ 98,7 - 120 GPa), le nitrure de bore (borazon) (environ 77-87 GPa), l'alliage bore-carbone-silicium (environ 68-77 GPa) et bien plus que le carbure de bore (43,2 - 52 GPa), carbure de silicium (37 GPa), la microdureté de l'alliage de carbure de scandium et de carbure de titane est d'environ 53,4 GPa (pour le carbure de titane par exemple 29,5 GPa). Les alliages de scandium et de béryllium sont particulièrement intéressants, qui présentent des caractéristiques uniques en termes de résistance et de résistance à la chaleur.

  Par exemple, le béryllide de scandium (1 atome de scandium et 13 atomes de béryllium) possède la combinaison la plus favorable de densité, de résistance et de point de fusion élevé, et peut être le meilleur matériel pour la construction de la technologie aérospatiale, surpassant à cet égard les meilleurs alliages de connu de l'humanitéà base de titane et un certain nombre de matériaux composites (dont un certain nombre de matériaux à base de filaments de carbone et de bore).

  Microélectronique

  L'oxyde de scandium (point de fusion 2450°C) a rôle vital dans la production de supercalculateurs : les ferrites à faible induction, lorsqu'elles sont utilisées dans les dispositifs de stockage d'informations, permettent d'augmenter plusieurs fois la vitesse d'échange de données grâce à la réduction induction résiduelle de 2 à 3 KGauss à 0,8 à 1 KGauss.)

  Sources de lumière

  Environ 80 kg de scandium (composé de Sc 2 O 3) par an sont utilisés pour la production d'éléments d'éclairage à haute intensité. L'iodure de scandium est ajouté aux lampes à gaz au mercure, produisant des sources de lumière artificielle très réalistes proches du soleil, qui offrent un bon rendu des couleurs lorsqu'elles sont filmées sur une caméra de télévision.

  Isotopes du scandium

  L'isotope radioactif Sc-46 (demi-vie 83,83 jours) est utilisé comme « étiquette » dans l'industrie du raffinage du pétrole, pour contrôler les processus métallurgiques et pour traiter le cancer.

  L'isotope scandium-47 (demi-vie 3,35 jours) est l'une des meilleures sources de positrons.

  Énergie nucléaire

  L'industrie nucléaire utilise avec succès l'hydrure de scandium et le deutérure - un excellent modérateur de neutrons et une cible (booster) dans les générateurs de neutrons puissants et compacts.

  Le diborure de scandium (point de fusion 2 250 °C) est utilisé comme composant d'alliages résistants à la chaleur, ainsi que comme matériau de cathode. appareils électroniques. Dans l'industrie nucléaire, le béryllide de scandium est utilisé comme réflecteur de neutrons, et en particulier ce matériau, ainsi que le béryllure d'yttrium, a été proposé comme réflecteur de neutrons dans la conception d'une bombe atomique.

  Médecine

  L'oxyde de scandium peut jouer un rôle important en médecine (prothèses dentaires de haute qualité).

  Matériaux laser

  Supraconductivité à haute température, production de matériaux laser (HSGG). Le grenat gallium-scandium-gadolinium, dopé aux ions chrome et néodyme, a permis d'obtenir un rendement de 4,5 % et d'enregistrer des paramètres en mode fréquence de génération d'impulsions ultracourtes, ce qui fournit des conditions préalables très optimistes pour la création de systèmes laser ultra-puissants pour produire dans un avenir très proche des microexplosions thermonucléaires à base de deutérium pur (fusion inertielle). Par exemple, on s'attend à ce qu'au cours des 10 à 13 prochaines années, les matériaux laser à base de GSGG et de borates de scandium joueront un rôle de premier plan dans le développement et l'équipement de systèmes de défense active laser pour avions et hélicoptères dans les pays développés, et en parallèle avec ceci, le développement de l'énergie thermonucléaire à grande échelle utilisant l'hélium-3 (extrait sur la Lune), en mélange avec l'hélium-3, une micro-explosion thermonucléaire laser a déjà été obtenue.

  Production de panneaux solaires

  L'oxyde de scandium allié à l'oxyde d'holmium est utilisé comme revêtement dans la production de photoconvertisseurs à base de silicium. Ce revêtement a une large plage de transparence (400 à 930 nm) et réduit la réflectance spectrale de la lumière du silicium à 1 à 4 %, et lorsqu'il est utilisé dans une telle cellule photoélectrique modifiée, le courant de court-circuit augmente de 35 à 70 % , ce qui permet à son tour d'augmenter la puissance de sortie des photoconvertisseurs de 1,4 fois.

  Générateurs MHD

  La chromite de scandium est utilisée comme l'un des matériaux les meilleurs et les plus durables pour la fabrication d'électrodes de générateurs MHD ; du chrome pré-oxydé est ajouté à la masse céramique principale et fritté, ce qui confère au matériau une résistance et une conductivité électrique accrues. Outre le dioxyde de zirconium utilisé comme matériau d'électrode pour les générateurs MHD, la chromite de scandium présente une résistance plus élevée à l'érosion par les composés de césium (utilisés comme additif générateur de plasma).

  Miroirs à rayons X

  Le scandium est largement utilisé pour la réalisation de miroirs à rayons X multicouches (compositions : scandium-tungstène, scandium-chrome, scandium-molybdène). Le tellurure de scandium est un matériau très prometteur pour la production de thermoéléments (fém thermique élevée, 255 μV/K et faible densité et haute résistance).

  Ces dernières années, des alliages réfractaires (composés intermétalliques) de scandium avec du rhénium (point de fusion jusqu'à 2575 °C), du ruthénium (point de fusion jusqu'à 1840 °C), du fer (point de fusion jusqu'à 1600 °C), (résistance à la chaleur, densité modérée, etc.).

  Matériaux ignifuges

  L'oxyde de scandium (point de fusion 2450 °C) joue un rôle important en tant que matériau réfractaire spécial dans la production de buses de coulée d'acier pour la coulée d'aciers fortement alliés. En termes de résistance dans un écoulement de métal liquide, l'oxyde de scandium surpasse tous ceux connus. et les matériaux utilisés (par exemple, l'oxyde d'yttrium le plus stable est 8,5 fois inférieur à l'oxyde de scandium) et peut être considéré comme irremplaçable dans ce domaine. Son utilisation généralisée n'est freinée que par son prix très élevé, et dans une certaine mesure, une solution alternative dans ce domaine est l'utilisation de scandates d'yttrium renforcés de moustaches d'oxyde d'aluminium pour augmenter la résistance), ainsi que l'utilisation de tantalate de scandium.

  Production de zircone cubique

  L'oxyde de scandium joue un rôle important dans la production de zircone cubique, où il constitue le meilleur stabilisant.

  Une certaine quantité de scandium est utilisée pour allier des alliages de nickel résistants à la chaleur avec du chrome et du fer (nichrome et féchral) afin d'augmenter considérablement la durée de vie lorsqu'il est utilisé comme enroulement de chauffage pour les fours à résistance.

  Phosphores

  Le borate de scandium, ainsi que le borate d'yttrium, sont utilisés dans l'industrie électronique comme matrice pour les luminophores.