Scandium (Sc): ιδιότητες και εφαρμογές

protection click fraud

Ο σκάνδιο, σύμβολο Sc, ατομικός αριθμός 21, είναι α μεταβατικό μέταλλο που ανοίγει το σολομάδα 3 από Περιοδικός Πίνακας. Ήταν ένα από τα στοιχεία που είχε προβλέψει ο Mendeleev στην εκδοχή του για τον Περιοδικό Πίνακα. Άφησε ένα κενό μεταξύ ασβεστίου και τιτανίου για ένα στοιχείο που, εκείνη την εποχή, αποκαλούσε ekaboro.

σκάνδιο είναι πιο άφθονο στον Ήλιο παρά στον φλοιό της Γης, και λίγα είναι τα μεταλλεύματα με υψηλή περιεκτικότητα σε σκάνδιο. Ο θορτβείτης είναι ένα παράδειγμα αυτών των ορυκτών και, λόγω της σπανιότητάς του, έγινε πιο ακριβός από τον χρυσό τη δεκαετία του 1950.

Υπάρχουν λίγες χρήσεις για το σκάνδιο, αλλά είναι γνωστό είναι σε θέση να βελτιώσει τις ιδιότητες του αλουμίνιο όταν σχηματίζουν πρωτάθλημα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αθλητικού εξοπλισμού, όπως κράνη και ρόπαλα του μπέιζμπολ.

Διαβάστε επίσης: Βολφράμιο — μέταλλο μετάπτωσης που έχει το υψηλότερο σημείο τήξης μεταξύ των μετάλλων

Περίληψη σκανδίου

  • Το σκάνδιο είναι ένα μεταβατικό μέταλλο που βρίσκεται στην ομάδα 3 του Περιοδικού Πίνακα.

  • instagram story viewer
  • Είχε προβλεφθεί από τον Mendeleev, λαμβάνοντας το όνομα του ekaboro.

  • Είναι πιο άφθονο στον Ήλιο παρά στον φλοιό της Γης.

  • Το σκάνδιο διανέμεται ως συστατικό σε πολλά ορυκτά και τα μεταλλεύματα με υψηλή περιεκτικότητα σε σκάνδιο είναι σπάνια.

  • Το σκάνδιο έχει λίγες χρήσεις, αλλά χρησιμοποιείται για τη βελτίωση των ιδιοτήτων του αλουμινίου, των λαμπτήρων υψηλής φωτεινότητας και της παραγωγής αθλητικού εξοπλισμού.

ιδιότητες σκανδίου

  • Σύμβολο: Sc.

  • ατομικός αριθμός: 21.

  • ατομική μάζα: 44.956 m.u.

  • Σημείο σύντηξης: 1539°C.

  • Σημείο βρασμού: 2832°C.

  • Ηλεκτρονική διανομή: [Air] 4s2 3d1.

  • ηλεκτραρνητικότητα: 1,36.

  • Χημική σειρά: Μεταβατικό μέταλλο? ομάδα 3.

Χαρακτηριστικά σκανδίου

Το σκάνδιο είναι α μέταλλο χαμηλής σκληρότητας (γρατσουνίζεται εύκολα) και σε γκρι χρώμα. Παραδόξως, έχει περισσότερες ομοιότητες με το μέταλλο αλουμινίου παρά με άλλα μέταλλα της ομάδας 3 — για παράδειγμα, την τάση να σχηματίζει μόνο τρισθενή κατιόντα.

Μεταλλικό δείγμα σκανδίου.
Μεταλλικό δείγμα σκανδίου.

Όσον αφορά την αντιδραστικότητα, αυτό το μέταλλο διαλύεται τόσο σε όξινα όσο και σε αλκαλικά διαλύματα, εκτός από το συνδυασμό με αλογόνα. Μια άλλη σημαντική αντίδραση που μπορεί να πραγματοποιήσει το σκάνδιο είναι με το αέριο άζωτο, το N2, σχηματίζοντας το ScN.

το σκάνδαλο δεν παίζει σημαντικό ρόλο στην βιόσφαιρα, και μέχρι στιγμής, κανένα ζωντανό ον δεν είναι γνωστό ότι χρειάζεται σκάνδιο για την επιβίωση ή την ανάπτυξή του. Η ποσότητα του σκανδίου που εισέρχεται στις τροφικές αλυσίδες είναι πολύ χαμηλή, στην περιοχή των δέκατων του μικρογραμμαρίου.

Εμφάνιση και λήψη σκανδίου

Δείγμα σκανδίου 99,99%.
Δείγμα σκανδίου 99,99%.

το σκάνδαλο έχει μεγαλύτερη κοσμική αφθονία από την επίγεια. Το σκάνδιο εκτιμάται ότι είναι το 23ο πιο άφθονο στοιχείο στον κόσμο. μικρόγεια σας, ενώ είναι το 50ο πιο άφθονο στο φλοιός της γης, σε συγκέντρωση κοντά σε αυτή του μολύβδου.

Ωστόσο, σε αντίθεση με το οδηγω, το σκάνδιο είναι πολύ διασκορπισμένο σε όλο τον φλοιό της γης, καθώς δεν υπάρχουν γεωλογικές διεργασίες που το συγκεντρώνουν και, ως εκ τούτου, υπάρχει σε μικρές ποσότητες σε αρκετά ορυκτά. Αυτή η χαμηλή συμμετοχή κάνει το μέταλλο λαμβάνεται συνήθως ως υποπροϊόν της επεξεργασίας ουρανίου, του οποίου η περιεκτικότητα σε Sc μπορεί να φτάσει περίπου τα 5 ppm (μέρη ανά εκατομμύριο, ή mg/kg) σε διαλύματα ουρανίου.

Υπάρχει ένα μετάλλευμα σκανδίου, το οποίο είναι σπάνιο, του οποίου η περιεκτικότητα είναι υψηλή (μπορεί να φθάσει το 34% σε scandia, scandium oxide III, Sc2Ο3). Το όνομά του είναι thortveitita, σύνθεση Sc2Ναί2Ο7, που βρίσκεται συνήθως στο Iveland της Νορβηγίας. Η σπανιότητά του είναι τέτοια που, στη δεκαετία του 1950, δείγματα αυτού του μεταλλεύματος πωλούνταν για τιμή μεγαλύτερη από το βάρος του σε χρυσό.

Σκάνδιο μπορεί επίσης να ληφθεί από μέταλλα σπάνιων γαιών (λανθανίδες) με καθίζηση σκανδίου και θειικού καλίου, που είναι ελάχιστα διαλυτά στο νερό, ή με εκχύλιση θειοκυανικού σκανδίου χρησιμοποιώντας διαιθυλαιθέρα.

Περιέργως, Τα φύλλα τσαγιού έχουν υψηλότερη περιεκτικότητα σε σκάνδιο από άλλα φυτά, αν και σε μικρή συγκέντρωση 140 ppb, δηλαδή 140 mg ανά τόνο. Η εξήγηση για αυτό το γεγονός είναι ότι τα φύλλα τσαγιού πιθανότατα δεν κάνουν χημική διάκριση μεταξύ του αλουμινίου που χρειάζονται και του σκανδίου.

Δείτε το στο podcast μας:Σκληρό σαν διαμάντι: τι σημαίνει;

εφαρμογές σκανδίου

Γενικά, οι χρήσεις του σκανδίου είναι αρκετά περιορισμένες. Μία από τις χρήσεις του είναι να κατασκευή λαμπτήρων υψηλής φωτεινής ικανότητας, γιατί όταν προστίθεται ιωδιούχο σκάνδιο στον υδράργυρο σε λαμπτήρες ατμού αυτού του στοιχείου, λαμβάνεται μια πηγή φωτός υψηλής απόδοσης, παρόμοια με το ηλιακό φως. Τέτοιες συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ανακλαστήρες για αθλητικές εκδηλώσεις, για παράδειγμα.

Η προσθήκη 0,5% Sc στο αλουμίνιο αυξάνει την αντοχή αυτού του μετάλλου, διατηρώντας την ελαφρότητά του και αυξάνοντας επίσης το σημείο τήξης του κατά 800 °C. Τέτοιες ιδιότητες επιτρέπουν, για παράδειγμα, τη συγκόλληση του κράματος, κάτι που δεν είναι δυνατό με το καθαρό αλουμίνιο.

Ο Η Ρωσία διατηρεί ακόμη και σκάνδαλο για στρατηγικούς λόγους, αφού πολλά μέρη των μαχητικών αεροσκαφών MiG κατασκευάζονται με κράματα σκανδίου.

 Ένα μαχητικό MiG-35 ρωσικής κατασκευής.
 Ένα μαχητικό MiG-35 ρωσικής κατασκευής.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, τα κράματα σκανδίου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αθλητικού εξοπλισμού, όπως μπαστούνια του μπέιζμπολ, μπαστούνια λακρός και σκελετό ποδηλάτων.

ιστορία του σκανδίου

Το 1869, όταν ανέπτυξε τον Περιοδικό Πίνακα, ο Ρώσος χημικός Ντμίτρι Μεντελέεφ άφησε κενά στη δημιουργία του, δικαιολογώντας ότι θα γεμίσουν από στοιχεία που δεν είχαν ανακαλυφθεί ακόμη. Το 1871, Ο Mendeleev προέβλεψε ότι στο κενό μεταξύ ασβέστιο και τιτάνιο, θα υπήρχε ένα στοιχείο με ατομική μάζα κοντά στους 44 c.u., δίνοντάς του το όνομα του ekaboro. Το πρόθεμα eka- σημαίνει «ένας» στα σανσκριτικά και στην πράξη υποδηλώνει «ο πρώτος που ακολουθεί», δηλαδή το στοιχείο κάτω από το βόριο.

Ήδη από το 1879, ο Σουηδός χημικός Lars Fredrik Nilson, ενώ ανέλυε δείγματα του ορυκτού ευξενίτη και άλλων υπολειμμάτων σπάνιων γαιών, ανακάλυψε οξείδιο του σκανδίου, που ονομάζεται σκάντια. Ο Nilson παρατήρησε τότε ότι ένα από τα εξαγόμενα μέταλλα είχε φασματικές γραμμές ενός άγνωστου μέχρι τώρα στοιχείου. Οι φασματικές γραμμές ήταν τα αποτελέσματα της φασματοσκοπικής ανάλυσης, μιας τεχνικής που χρησιμοποιείται ευρέως για την αναγνώριση χημικών στοιχείων.

Επίσης την ίδια χρονιά, ο Σουηδός Per Teodor Cleve κατάφερε να απομονώσει μια ποσότητα σκανδίου και έτσι να καθορίσει ατομική μάζα, επιβεβαιώνοντας ότι ήταν το ekaboro του Μεντελέεφ. Ο νέο στοιχείο ονομάστηκε σκάνδιο, σε σχέση με την περιοχή της Σκανδιναβίας.

Λυμένες ασκήσεις στο σκάνδιο

ερώτηση 1

Η διαμόρφωση ηλεκτρονίων του μετάλλου σκανδίου, 21Sc, στη βασική του κατάσταση είναι:

α) 1δ2 2s26 3s26 4s2 3d1

β) 1δ2 2s26 3s26 3d3

γ) 1δ2 2s26 3s25 4s1 3d4

δ) 1δ2 2s2 2p6 3s2 3p4 4s1 3d5

Απάντηση:

όταν κάνετε το ηλεκτρονική διανομή σκάνδιο, συνειδητοποιούμε ότι έχει ατομικό αριθμό 21, δηλαδή 21 πρωτόνια. Στη βασική κατάσταση, ο αριθμός των πρωτόνια ισούται με τον αριθμό των ηλεκτρόνια, επειδή το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Έτσι, 21 ηλεκτρόνια πρέπει να κατανεμηθούν στα υποεπίπεδα. Ένα υποεπίπεδο μπορεί να λάβει ένα ηλεκτρόνιο μόνο εάν το προηγούμενο είναι πλήρως γεμάτο. Έτσι, η σωστή κατανομή είναι αυτή του γράμματος Α.

Ερώτηση 2

Το 1871, ο Ρώσος χημικός Ντμίτρι Μεντελέεφ, εφευρέτης του Περιοδικού Πίνακα, προέβλεψε την ύπαρξη ενός στοιχείου που θα έπρεπε, λόγω της μάζας του, να βρίσκεται μεταξύ ασβεστίου και τιτανίου. Αυτό το στοιχείο ονομάστηκε τότε ekaboro από τον Mendeleev. Επί του παρόντος, αυτό το στοιχείο βρίσκεται ήδη στον Περιοδικό Πίνακα, και ανακαλύφθηκε αρχικά από τον Lars Fredrik Nilson το 1879.

Αυτό το στοιχείο είναι:

α) βόριο.

β) σκάνδιο.

γ) βανάδιο.

δ) στρόντιο.

ε) ταντάλιο.

Απάντηση

Κατά την αξιολόγηση του Περιοδικού Πίνακα, σημειώνεται ότι το στοιχείο που βρίσκεται μεταξύ ασβεστίου και τιτανίου είναι το στοιχείο σκάνδιο (γράμμα Β), το οποίο μάλιστα είχε προβλεφθεί από τον Mendeleev ως ekaboro.

Του Stefano Araújo Novais
Καθηγητής Χημείας

Teachs.ru
ASEAN. Ένωση Εθνών Νοτιοανατολικής Ασίας

ASEAN. Ένωση Εθνών Νοτιοανατολικής Ασίας

Δημιουργήθηκε στις 8 Αυγούστου 1967, ο ASEAN (Ένωση Εθνών της Νοτιοανατολικής Ασίας) προέκυψε από...

read more

Άστεγος πληθυσμός.

Σύμφωνα με την έκθεση της πρώτης εθνικής συνάντησης για τον άστεγο πληθυσμό, που οργανώθηκε και π...

read more

Οι οικονομικές πτυχές της Αργεντινής

Η Αργεντινή είναι μια χώρα στη Νότια Αμερική με περίπου 40 εκατομμύρια κατοίκους. Παρουσιάζει ένα...

read more
instagram viewer