Scandium (Sc): egenskaper och tillämpningar

DE skandium, symbol Sc, atomnummer 21, är en övergångsmetall som öppnar ggrupp 3 av Periodiska systemet. Det var ett av de element som förutspåddes av Mendeleev i sin version av det periodiska systemet. Han lämnade ett utrymme mellan kalcium och titan för ett grundämne som han vid den tiden kallade ekaboro.

skandium är rikligare i solen än i jordskorpan, och få är malmerna med hög halt av skandium. Thortveitit är ett exempel på dessa mineraler och på grund av sin sällsynthet blev det dyrare än guld på 1950-talet.

Det finns få användningsområden för scandium, men det är känt för det kan förbättra egenskaperna hos aluminium när de bildar en liga. I USA har det använts vid tillverkning av sportutrustning, såsom hjälmar och basebollträn.

Läs också: Volfram — övergångsmetall som har den högsta smältpunkten bland metaller

Scandium sammanfattning

  • Scandium är en övergångsmetall som finns i grupp 3 i det periodiska systemet.

  • Det förutspåddes av Mendeleev, som fick namnet på ekaboro.

  • Det är rikligare i solen än i jordskorpan.

  • Scandium distribueras som en komponent i flera mineral och malmer med hög skandiumhalt är sällsynta.

  • Scandium har få användningsområden, men det används för att förbättra egenskaperna hos aluminium, högljuslampor och produktion av sportutrustning.

skandiumegenskaper

  • Symbol: Sc.

  • atomnummer: 21.

  • atomisk massa: 44 956 m.u.

  • Fusionspunkt1539°C.

  • Kokpunkt: 2832°C.

  • Elektronisk distribution: [Luft] 4s2 3d1.

  • elektronnegativitet: 1,36.

  • Kemisk serie: övergångsmetall; grupp 3.

Scandium egenskaper

Scandium är en metall med låg hårdhet (lätt repad) och grå till färgen. Otroligt nog har den fler likheter med aluminiummetall än med andra grupp 3-metaller - till exempel tendensen att endast bilda trevärda katjoner.

Metalliskt skandiumprov.
Metalliskt skandiumprov.

När det gäller reaktivitet, denna metall löses i både sura och alkaliska lösningar, förutom att kombinera med halogener. En annan viktig reaktion som skandium kan utföra är med kvävgas, N2bildar ScN.

skandium spelar ingen viktig roll i biosfär, och hittills är ingen levande varelse känd för att behöva skandium för sin överlevnad eller utveckling. Mängden skandium som kommer in i näringskedjorna är mycket låg, i storleksordningen tiondels mikrogram.

Förekomst och erhållande av skandium

99,99 % skandiumprov.
99,99 % skandiumprov.

skandium har ett större kosmiskt överflöd än terrestra. Scandium uppskattas vara det 23:e vanligaste grundämnet i världen. sHej, medan det är den 50:e vanligaste i jordskorpan, i en koncentration nära bly.

Men till skillnad från leda, skandium är mycket spridd i jordskorpan, eftersom det inte finns några geologiska processer som koncentrerar det och därför finns det i små mängder i flera mineraler. Detta låga deltagande gör metallen erhålls vanligtvis som en biprodukt av uranbearbetning, vars Sc-innehåll kan nå cirka 5 ppm (delar per miljon, eller mg/kg) i uranlösningar.

Det finns en skandiummalm, som är sällsynt, vars halt är hög (kan nå 34% i scandia, scandium oxide III, Sc2DE3). Dess namn är thortveitita, komposition Sc2ja2DE7, vanligt förekommande i Iveland, Norge. Dess sällsynthet är sådan att på 1950-talet såldes prover av denna malm för ett värde över dess vikt i guld.

Skandium kan också erhållas från sällsynta jordartsmetaller (lantanider) genom att fälla ut skandium- och kaliumsulfat, som är dåligt lösligt i vatten, eller genom att extrahera skandiumtiocyanat med dietyleter.

Nyfiket, Teblad har en högre skandiumhalt än andra växter, om än i en liten koncentration av 140 ppb, det vill säga 140 mg per ton. Förklaringen till detta faktum är att teblad förmodligen inte gör någon kemisk skillnad mellan aluminium, som de behöver, och scandium.

Kolla in den i vår podcast:Hård som en diamant: vad betyder det?

skandiumapplikationer

I allmänhet är användningen av scandium ganska begränsad. En av dess användningsområden är att tillverkning av lampor med hög ljuskapacitet, för när skandiumjodid tillsätts kvicksilver i ånglampor av detta element erhålls en högeffektiv ljuskälla, liknande solljus. Sådana anordningar kan användas som reflexer för till exempel sportevenemang.

Tillsatsen av 0,5 % Sc i aluminium ökar styrkan hos denna metall, bibehåller dess lätthet och ökar även dess smältpunkt med 800 °C. Sådana egenskaper gör att till exempel legeringen kan svetsas, något som inte är möjligt med ren aluminium.

DE Ryssland har till och med skandium av strategiska skäl, eftersom många delar av MiG-stridsflygplan är tillverkade med scandium-legeringar.

 En rysktillverkad MiG-35 jaktplan.
 En rysktillverkad MiG-35 jaktplan.

I USA används scandium-legeringar vid tillverkning av sportutrustning som basebollträn, lacrosse-pinnar och cykelramar.

scandiums historia

1869, när den ryske kemisten Dmitri Mendeleev utvecklade det periodiska systemet, lämnade luckor i dess skapelse, vilket motiverade att de skulle fyllas av element som ännu inte upptäckts. 1871, Mendeleev förutspådde det i gapet mellan kalcium och titan, skulle det finnas ett grundämne med en atommassa nära 44 c.u., ger den namnet på ekaboro. Prefixet eka- betyder "en" på sanskrit och indikerar i praktiken "den första som följer", det vill säga elementet under bor.

Redan 1879 upptäckte den svenske kemisten Lars Fredrik Nilson, medan han analyserade prover av mineralet euxenit och andra sällsynta jordartsmetaller, skandiumoxid, kallad scandia. Nilson märkte då att en av de extraherade metallerna hade spektrallinjer av ett hittills okänt grundämne. Spektrallinjerna var resultatet av spektroskopisk analys, en teknik som ofta används för att identifiera kemiska grundämnen.

Även samma år lyckades svensken Per Teodor Cleve isolera en mängd skandium och på så sätt fastställa dess atomisk massa, bekräftar att det var ekaboro av Mendeleev. DE nytt element fick namnet scandium, med hänvisning till regionen Skandinavien.

Lösta övningar på scandium

fråga 1

Elektronkonfigurationen av skandiummetall, 21Sc, i dess grundtillstånd är:

a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3

c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 4s1 3d4

d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 4s1 3d5

Svar:

när man gör elektronisk distribution scandium inser vi att det har atomnummer 21, det vill säga 21 protoner. I grundtillståndet är antalet protoner är lika med antalet elektroner, eftersom atomen är elektriskt neutral. Alltså måste 21 elektroner fördelas i undernivåerna. En undernivå kan bara ta emot en elektron om den föregående är helt fylld. Den korrekta fördelningen är alltså den i bokstaven A.

fråga 2

År 1871 förutspådde den ryske kemisten Dmitri Mendeleev, uppfinnaren av det periodiska systemet, förekomsten av ett grundämne som på grund av sin massa borde vara mellan kalcium och titan. Detta element kallades då ekaboro av Mendeleev. För närvarande finns detta grundämne redan i det periodiska systemet, som ursprungligen upptäcktes av Lars Fredrik Nilson 1879.

Detta element är:

a) bor.

b) skandium.

c) vanadin.

d) strontium.

e) tantal.

Svar

När man utvärderar det periodiska systemet, noteras det att grundämnet som är mellan kalcium och titan är grundämnet scandium (bokstav B), vilket faktiskt förutspåddes av Mendeleev som ekaboro.

Av Stefano Araújo Novais
Kemilärare

Dessa är de mest smärtsamma sätten att dö, enligt vetenskapen

Alla människor kommer att dö och är medvetna om detta, dock är det en stor tröst att föreställa s...

read more

Är pensionen livet ut? När slutar barn att få?

Varaktigheten av dödsfallsersättning den definieras enligt tidpunkten för bidraget från den avlid...

read more

Glöm det berömda ljudet! WhatsApp kommer snart att skicka videomeddelanden

Gör dig redo för en ny sorts sonisk mardröm på din telefon, som Whatsapp testar för att implement...

read more