Historia Scandio, właściwości, reakcje, ryzyko i zastosowania
![Historia Scandio, właściwości, reakcje, ryzyko i zastosowania](https://learnaboutworld.com/storage/img/images/escandio-historia-propiedades-reacciones-riesgos-y-usos.jpg)
- 1482
- 328
- Eliasz Dubiel
On Scandium Jest to metal przejściowy, którego symbol chemiczny jest SC. Jest to pierwszy z metali przejściowych w stole okresowym, ale jest również jednym z najmniej powszechnych elementów ziem rzadkich; Chociaż jego właściwości mogą przypominać właściwości Lantanides, nie wszyscy autorzy zatwierdzają ją w taki sposób.
Na popularnym poziomie jest to element chemiczny, który pozostaje niezauważony. Jego imię, urodzone z minerałów ziem rzadkich ze Skandynawii, może być aktualne obok miedzi, żelaza lub złota. Jednak wciąż jest imponujące, a fizyczne właściwości ich stopów mogą konkurować z właściwościami tytanu.
![](https://learnaboutworld.com/storage/img/images/escandio-historia-propiedades-reacciones-riesgos-y-usos.jpg)
Podobnie w świecie technologii otwiera się coraz więcej kroków, szczególnie pod względem oświetlenia i laserów. Który zaobserwował latarnię morską promieniującą światłem podobnym do słońca, będzie pośrednio świadkiem istnienia skandio. Reszta jest to obiecujący element produkcji samolotów.
Głównym problemem stojącym na rynku Scandio jest to, że jest bardzo rozproszony i nie ma jego minerałów ani bogatych źródeł; Więc jego ekstrakcja jest droga, nawet jeśli nie jest metalem o niskiej obfitości w skórce Ziemi. W naturze jest jak jego tlenek, substancja stała, której nie można łatwo zmniejszyć.
W większości swoich związków nieorganiczne lub organiczne uczestniczy w związku z liczbą utleniania +3; to znaczy, zakładając obecność kationów3+. Scandio jest stosunkowo silnym kwasem i może tworzyć bardzo stabilne powiązania koordynacyjne z atomami tlenu cząsteczek organicznych.
[TOC]
Historia
Scandio został uznany za element chemiczny w 1879 r. Przez szwajcarskiego chemika Larsa F. Nilson. Pracowałem z minerałami Euxenita i Gadolinita z zamiarem uzyskania. Odkrył, że w jego śladach istniał nieznany element dzięki badaniu analizy spektroskopowej (spektrum emisji atomowej).
Spośród minerałów jego zespół i udało mu się uzyskać odpowiedni tlenek Scandio, nazwę otrzymaną za z pewnością zebranie próbek Skandynawii; Minerały, które były dla nich nazywane ziemiami rzadkimi.
Jednak osiem lat wcześniej, w 1871 r., Dmitri Mendeleev przewidział istnienie Scandio; Ale z nazwą Ekaboro, co oznaczało, że jego właściwości chemiczne były podobne do właściwości Boro.
I w rzeczywistości szwajcarski chemika na Teodora Cleve'a przypisał Scandio z Ekaboro, dlatego jest tym samym elementem chemicznym. W szczególności ten, który rozpoczyna blok metali przejściowych w tabeli okresowej.
Wiele lat minęło, gdy w 1937 r. Werner Fischer i jego współpracownicy udało się wyizolować (ale nieczyste) skandio, poprzez elektrolizę mieszaniny chlorków potasu, litu i sandy. Dopiero w 1960 roku mógł w końcu go uzyskać z czystością około 99%.
Struktura elektroniczna i konfiguracja
Scandio podstawowe (natywne i czyste) może krystalizować w dwóch strukturach (wolności): kompaktowy sześciokątny (HCP) i sześcienne wyśrodkowane w ciele (BCC). Pierwszy zwykle nazywa to fazą α, a drugą fazę β.
Faza α, sześciokątna i gęstsza, jest stabilna w temperaturach środowiskowych; Podczas gdy faza β, sześcienna i mniejsza, jest stabilna powyżej 1337 ° C. Zatem w tej ostatniej temperaturze występuje przejście między obiema fazami lub alotropami (w przypadku metali).
Należy zauważyć, że chociaż skandio normalnie krystalizuje się w stałym HCP, nie oznacza to, że jest to bardzo gęsty metal; Przynajmniej więcej niż aluminium. Na podstawie konfiguracji elektronicznej można wiedzieć, które elektrony zwykłe w ich wiązaniu metalowym:
[AR] 3D1 4s2
Dlatego trzy elektrony orbitali 3D i 4S są zaangażowane w sposób, w jaki znajdują się atomy SC w szkle.
Aby zagęścić sześciokątne szkło, przyciąganie jego jąder musi być takie, że te trzy elektrony, słabo osłonięte elektrony warstw wewnętrznych, nie poruszają się zbyt daleko od atomów SC.
Faza wysokiego ciśnienia
Fazy α i β są związane ze zmianami temperatury; Istnieje jednak faza tetragonalna, podobna do fazy Niobio, NB, która powstaje, gdy metalowy skandio cierpi na ciśnienie większe niż 20 GPa.
Liczby utleniania
Scandio może stracić trzy walencyjne elektrony do maksimum (3D14s2). Teoretycznie pierwsi „opuścili” to z 4s orbital.
Zatem zakładając istnienie katacji+ W związku jego liczba utleniania wynosi +1; co jest tym samym, co stracił elektron z Orbital 4S (3D14s1).
Jeśli jest to SC2+, Twój numer utleniania wyniesie +2, a straciłeś dwa elektrony (3D14s0); A jeśli jest to SC3+, Najbardziej stabilny z tych kationów będzie miał numer utleniania +3 i jest izolektroniczny do argonu.
Może ci służyć: karmelizacjaKrótko mówiąc, jego liczby utleniania wynoszą: +1, +2 i +3. Na przykład w SC2ALBO3 Liczba utleniania Scandio wynosi +3, ponieważ zakłada się istnienie SC3+ (SC23+ALBO32-).
Nieruchomości
Wygląd fizyczny
Jest to srebrny biały metal w czystej i elementarnej formie, miękkiej i gładkiej konsystencji. Nabywa żółtawo-rodowe tony, gdy zaczyna być pokryta warstwą tlenku (SC2ALBO3).
Masa cząsteczkowa
44 955 g/mol.
Temperatura topnienia
1541 ° C.
Punkt wrzenia
2836 ºC.
Molowa pojemność cieplna
25,52 J/(mol · k).
Fusion Heat
14,1 kJ/mol.
Ciepło parowe
332,7 kJ/mol.
Przewodność cieplna
66 μΩ · cm w 20 ° C.
Gęstość
2985 g/ml, stałe i 2,80 g/ml, ciecz. Należy zauważyć, że jego gęstość stałego zbliża się do aluminium (2,70 g/ml), co oznacza, że oba metale są bardzo lekkie; Ale Scandio topi się w wyższej temperaturze (aluminiowy punkt fuzji wynosi 660,3 ° C).
Elektronialiczność
1.36 na skali Pauling.
Energie jonizacyjne
Po pierwsze: 633,1 kJ/mol (SC+ gazowy).
Po drugie: 1235,0 kJ/mol (SC2+ gazowy).
Po trzecie: 2388,6 kJ/mol (SC3+ gazowy).
Radio atomowe
162 PM.
Zakon magnetyczny
Paramagnetyczny.
Izotopy
Ze wszystkich izotopów Scandio, Cztery pięćSC zajmuje prawie 100% całkowitej liczebności (znajduje to odzwierciedlenie w jego masie atomowej bardzo blisko 45 U).
Pozostałe składają się z radioizotopów o różnych czasach półtrwania; Jak 46SC (t1/2 = 83,8 dni), 47SC (t1/2 = 3,35 dni), 44SC (t1/2 = 4 godziny) i 48SC (t1/2 = 43,7 godziny). Inne radioizotopy mają t1/2 Mniej niż 4 godziny.
Kwasowość
Kation sc3+ Jest to stosunkowo silny kwas. Na przykład w wodzie można utworzyć wodny kompleks [SC (H (H (H2ALBO)6]3+, co może również zmienić pH w wartość poniżej 7, ponieważ generuje H jonów3ALBO+ Jako produkt jego hydrolizy:
[SC (H2ALBO)6]3+(AC)+H2Lub (l) [sc (h (h2ALBO)5Oh]2+(AC)+H3ALBO+(AC)
Kwasowość Scandio można również interpretować zgodnie z definicją Lewisa: ma wysoką tendencję do akceptowania elektronów, a zatem do tworzenia kompleksów koordynacyjnych.
Numer koordynacyjny
Ważną właściwością Scandio jest to, że jego liczba koordynacji, zarówno w większości związków nieorganicznych, struktur lub kryształów organicznych, wynosi 6; Oznacza to, że SC jest otoczony przez sześciu sąsiadów (lub formuje sześć linków). Powyżej złożony acuo [sc (h (h2ALBO)6]3+ Jest to najprostszy przykład wszystkich.
W kryształach centra SC są oktaedrami; Albo interakcja z innymi jonami (w jonowych ciałach stałych), albo z neutralnymi atomami połączonymi kowalencyjnie (w kowalencyjnych stałych).
Przykład tego ostatniego mamy [SC (OAC)3], która tworzy strukturę łańcucha z grupami Acotiloxi lub acetoksi) działającymi jako mosty między atomami SC.
Nomenklatura
Ponieważ prawie domyślnie liczba utleniania Scandio w większości jego związków wynosi +3, jest to uważane za unikalne, a zatem nomenklatura jest znacznie uproszczona; bardzo podobne jak w przypadku metali alkalicznych lub samego aluminium.
Rozważmy na przykład swój tlenek, SC2ALBO3. Ta sama formuła chemiczna wskazuje z góry status utleniania +3 dla Scandio. W ten sposób, aby nazwać ten związek Scandio i podobnie jak inne, używane są systematyczne, zapasowe i tradycyjne nomenklatury.
Sc2ALBO3 Według nomenklatury zapasowej jest to tlenek Scandio, pomijając (III) (chociaż nie jest to jedyny możliwy stan utleniania); Scandic tlenku, z sufiksem -ico na końcu nazwy zgodnie z tradycyjną nomenklaturą; i Diescondio Tri -otleide, przestrzeganie zasad greckich prefiksów numerycznych systematycznej nomenklatury.
Artykuł biologiczny
Scandio na razie brakuje zdefiniowanego papieru biologicznego. Oznacza to, że nie wiadomo, w jaki sposób ciało może gromadzić się lub asymilować jony SC3+; Jakie konkretne enzymy mogą użyć go jako kofaktora, jeśli wywiera wpływ, choć podobny do jonów CA2+ lub wiara3+.
Wiadomo jednak, że jony SC3+ Wywierają działanie przeciwbakteryjne prawdopodobnie podczas zakłócania metabolizmu jonów wiary3+.
Niektóre badania statystyczne w medycynie prawdopodobnie łączą go z zaburzeniami żołądka, otyłością, cukrzycą, mózgowym zapaleniem leptomencji i innymi chorobami; Ale bez wyników.
Ponadto rośliny zwykle nie gromadzą znaczących ilości skandio w swoich liściach lub łodygach, ale w ich korzeniach i guzkach. Dlatego można argumentować, że jego stężenie w biomasie jest słabe, co wskazuje na niewielkie uczestnictwo w jej funkcjach fizjologicznych, a zatem kończy się bardziej gromadzącym się w glebach.
Gdzie jest i produkcja
Minerały i gwiazdy
Scandio może nie być tak obfite jak inne elementy chemiczne, ale jego obecność w skorupie Ziemi przewyższa obecność rtęci i niektórych metali szlachetnych. W rzeczywistości jego obfitość zbliża się do kobaltu i berylu; Dla każdej tony skał można wydobyć 22 gramów Scandio.
Może ci służyć: krystaliczne ciałę stałe: struktura, właściwości, typy, przykładyProblem polega na tym, że ich atomy nie są zlokalizowane, ale rozproszone; Oznacza to, że nie ma minerałów dokładnie bogatych w Scandio w swoim składzie masowym. Dlatego mówi się, że nie ma preferencji dla żadnego z typowych formatorów minerałów (takich jak węglan, co32-, lub siarczek, s2-).
Nie jest w najczystszym stanie. Twój najbardziej stabilny tlenek, SC2ALBO3, który jest w połączeniu z innymi metali lub krzemianami w celu zdefiniowania minerałów; takie jak Thortveitita, Euxenita i Gadolinita.
Te trzy minerały (rzadko w sobie) reprezentują główne naturalne źródła Scandio i znajdują się w regionach Norwegii, Islandii, Skandynawii i Madagaskaru.
Za resztę jony SC3+ Można je włączyć jako zanieczyszczenia w niektórych kamieniach szlachetnych, takich jak akwamaryna lub w kopalniach uranu. A na niebie, wewnątrz gwiazd, element ten zajmuje liczbę 23 w obfitości; dość wysoko, jeśli weźmiesz pod uwagę cały kosmos.
Odpady przemysłowe i odpady
Po prostu powiedział, że Scandio można również znaleźć jako nieczystość. Na przykład znajduje się to u pigmentów Tio2; w odpadach przetwarzania uranu, a także w radioaktywnych minerałach; oraz na marnotrawstwie boksytu w produkcji metalicznego aluminium.
Podobnie jest w późnym niklu i kobalcie, przy czym ten ostatni jest obiecującym źródłem Scandio w przyszłości.
Redukcja metalurgiczna
Ogromne trudności związane z ekstrakcją Scandio i że tak bardzo opóźniły ich uzyskanie w stanie rodzimym lub metalicznym, były spowodowane SC2ALBO3 Zmniejszenie jest uciążliwe; Nawet bardziej niż wujek2, za pokazanie SC3+ Większe powinowactwo niż Ti4+ w kierunku O2- (Zakładając 100% charakteru jonowego w odpowiednich tlenkach).
To znaczy łatwiej usunąć tlen od wuja2 niż SC2ALBO3 Z dobrym środkiem redukującym (zwykle węglowe, alkaliczne lub alkaliczne). Dlatego SC2ALBO3 Przekształca się najpierw w związek, którego redukcja jest mniej problematyczna; Jak fluor Scandio, SCF3. Następnie SCF3 Jest zmniejszony z metalicznym wapniem:
2scf3(s) +3ca (s) => 2sc (s) +3CAF2(S)
Sc2ALBO3 lub pochodzi z wyżej wymienionych minerałów lub jest produktem ubocznym ekstrakcji innych pierwiastków (takich jak uran i żelazo). Jest to komercyjna forma Scandio, a jego niska roczna produkcja (15 ton) odzwierciedla wysokie koszty przetwarzania, oprócz jego wydobycia ze skał.
Elektroliza
Inną metodą wyprodukowania Scandio jest najpierw uzyskanie soli chlorkowej, SCCL3, a następnie prześlij go do elektrolizy. Zatem w elektrodzie znajduje się scandio metalowe (jak gąbka), a w drugim gazowym chlorze.
Reakcje
Anfoteryzm
Scandio nie tylko dzieli się z aluminium charakterystyką bycia metali lekkich, ale także anfoterii; to znaczy zachowują się jak kwasy i podstawy.
Na przykład reaguje, podobnie jak wiele innych metali przejściowych, z silnymi kwasami do wytwarzania soli i gazu wodorowego:
2sc (s) +6HCl (AC) => 2sccl3(AC) +3H2(G)
W ten sposób zachowuje się jako podstawa (reaguje z HCl). Ale w ten sam sposób reaguje z silnymi zasadami, takimi jak wodorotlenek sodu:
2sc (s) +6naOH (AC) +6H2Lub (l) => 2na3SC (OH)6(AC) +3H2(G)
A teraz zachowuje się jak kwas (reaguje z NaOH), tworząc sól skandali; Sód, na3SC (OH)6, Ze skandalowym anionem, SC (OH)63-.
Utlenianie
Po wystawieniu na powietrze, Scandio zaczyna utleniać swój odpowiedni tlenek. Reakcja jest przyspieszana i samodołażna, jeśli używane jest źródło ciepła. Ta reakcja jest reprezentowana z następującym równaniem chemicznym:
4sc (y) +3o2(g) => 2sc2ALBO3(S)
Halogenomory
Scandio reaguje ze wszystkimi halogenami, tworząc halogenomory ogólnej chemii SCX3 (X = f, cl, br, itp.).
Na przykład reaguj z jodem zgodnie z następującym równaniem:
2sc (y) +3i2(g) => 2sci3(S)
W ten sam sposób reaguje z chlorem, bromem i fluorem.
Tworzenie wodorotlenku
Scandio metaliczne może rozpuścić się w wodzie, powodując jego odpowiedni wodorotlenek i wodór:
2sc (y) +6h2Lub (l) => 2sc (OH)3(s) + h2(G)
Hydroliza kwasu
Kompleksy wodne [SC (H (H2ALBO)6]3+ Mogą hydrolizować w taki sposób, że skończyły się tworząc sc- (oh) -sc, aż do definiowania klastra z trzema atomami Scandio.
Ryzyko
Nie wiadomo, oprócz roli biologicznej, jakie dokładnie są fizjologiczne i toksykologiczne skutki Scandio.
W swojej podstawowej formie uważa się, że nie jest toksyczny, chyba że jego drobno podzielona substancja stała jest wdychana, a zatem spowoduje uszkodzenie płuc. Podobnie ich związki przypisują toksyczność zerową, więc spożycie ich soli w teorii nie powinno reprezentować żadnego ryzyka; Tak długo, jak dawka nie jest wysoka (testowana u szczurów).
Może ci służyć: presja parowa: koncepcja, przykłady i ćwiczenia rozwiązaneJednak dane związane z tymi aspektami są bardzo ograniczone. Dlatego nie można założyć, że żaden ze związków Scandio nie jest naprawdę nietoksyczny; Jeszcze mniej, jeśli metal może gromadzić się w glebach i wodach, a następnie przejście do roślin i, w mniejszym stopniu, do zwierząt.
W momentach Scandio nie stanowi jeszcze wyczuwalnego ryzyka w porównaniu z cięższymi metali; takie jak kadm, rtęć i ołów.
Aplikacje
Stopy
Chociaż cena Scandio jest wysoka w porównaniu z innymi metaliami, takimi jak tytan lub ittrio, jego aplikacje kończą się na wysiłkach i inwestycjach. Jednym z nich jest użycie go jako dodatku do stopów aluminiowych.
W ten sposób stopy SC-A (i inne metale) zachowują swoją lekkość, ale stają się jeszcze bardziej odporne na korozję, wysokie temperatury (nie pękają) i są tak mocne jak tytanowy.
Tak samo jest efekt, jaki skandyno ma na te stopy, że wystarczy dodać go do ilości śladów (mniej niż 0,5% masy), aby jego właściwości poprawiają się drastycznie bez obserwowania znacznego wzrostu swojej wagi. Mówi się, że w przypadku masowo używanego pewnego dnia może zmniejszyć wagę samolotów o 15-20%.
Podobnie stopy Scandio zostały użyte do ramek rewolwerów lub do produkcji artykułów sportowych, takich jak nietoperze baseballowe, specjalne rowery, trzciny rybackie, patyki golfowe itp.; Chociaż stopy tytanu zwykle zastępują je tańsze.
Najbardziej znanym z tych stopów jest AL20Li20Mg10Sc20Ty30, który jest równie silny jak tytan, tak lekki jak aluminium i twarda jak ceramika.
Wrażenia 3D
Stopy SC-Al zostały wykorzystane do robienia wrażeń 3D metalowych, w celu umieszczenia ich warstw na wcześniej wybranym stałym.
Iluminacje stadionu
![](https://learnaboutworld.com/storage/img/images/escandio-historia-propiedades-reacciones-riesgos-y-usos_2.jpg)
Scandio Yoduro, Sci3, Jest dodawany (wraz z jodkiem sodu) do rtęciowych lamp pary, aby stworzyć sztuczne światła, które naśladują światło słońca. Właśnie dlatego na stadionach lub niektórych sądach sportowych, nawet w nocy, oświetlenie w nich jest takie, że zapewniają poczucie gry w całym dniu.
Podobne efekty zostały przydzielone dla urządzeń elektrycznych, takich jak kamery cyfrowe, ekrany telewizyjne lub monitory komputerowe. Również reflektory z tymi lampami SCI3-HG był w studiach filmowych i telewizyjnych.
Baterie paliwowe z tlenkiem stałym
SOFC, ze względu na akronim w języku angielskim (ogniwo paliwowe tlenku stałego) używają tlenku lub ceramiki jako pożywki elektrolitycznej; W tym przypadku substancja stała, która zawiera scandio jony. Jego zastosowanie w tych urządzeniach wynika z wielkiej przewodności elektrycznej i zdolności do stabilizacji wzrostu temperatury; Więc pracują bez ogrzewania w wysokim stopniu.
Przykładem jednego z takich stałych tlenków jest stabilizowany cyrkonit ze skandio (w kształcie SC2ALBO3, Ponownie).
Ceramika
Scandio i tytanowe węgliek stanowią wyjątkową ceramikę twardości, pokonane tylko przez diamenty. Jednak jego zastosowanie jest ograniczone do materiałów z bardzo zaawansowanymi aplikacjami.
Organiczne kryształy koordynacyjne
Jony SC3+ Mogą koordynować z wieloma organicznymi ligandami, zwłaszcza jeśli są to natlenione cząsteczki.
Wynika to z faktu, że utworzone wiązania SC-O są bardzo stabilne, a zatem kończą budowanie kryształów z niesamowitymi strukturami, których pory można wywołać reakcje chemiczne, zachowujące się jako heterogeniczne katalizatory; lub neutralne cząsteczki gospodarza, zachowujące się jak solidne magazynowanie.
Podobnie takie organiczne kryształy płaczące można zastosować do projektowania materiałów sensorycznych, sit molekularnych lub przewodów jonowych.
Bibliografia
- Irina Shtngeeva. (2004). Scandium. SAINT PETERSBURG STATE University Saint Petersburg. Odzyskane z: badań.internet
- Wikipedia. (2019). Scandium. Źródło: w:.Wikipedia.org
- Redaktorzy Enyclopaedia Britannica. (2019). Scandium. Encyclopædia Britannica. Odzyskane z: Britannica.com
- Dr. Doug Stewart. (2019). Fakty elementów Scandium. Chemicool. Odzyskane z: Chemicool.com
- Skala. (2018). Scandium. Odzyskane z: projekt skali.UE
- Helmestine, Anne Marie, pH.D. (3 lipca 2019). Przegląd SCANDium. Odzyskane z: Thoughtco.com
- Kist, a.DO., Zhuk, L.Siema., Danilova, e.DO., & Makhmudov i.DO. (2012). O kwestii biologicznej roli Scandium. Odzyskane z: INIS.IAEA.org
- W.DO.Grosshans i.K.Vohra i w.B.Holzapfel. (1982). Transformacje fazowe pod wysokim ciśnieniem w itrium i Scandium: Związek do ziem rzadkich i aktynidów struktur krystalicznych. Journal of Magnetism and Magnec Materials Volume 29, Issues 1-3, strony 282-286 DOI.Org/10.1016/0304-8853 (82) 90251-7
- Marina lub. Barsukova i in. (2018). Scandium-Organic Frameworks: Postęp i perspektywy. Russ. Chem. Obrót silnika. 87 1139.
- Inwestowanie sieci informacyjne. (11 listopada 2014). Aplikacje Scandium: przegląd. Aime Medium Inc. Odzyskane z: InvestingNews.com
- « Atrybuty XiuhteCuhtli, mitologia i kulty
- Historia, struktura, właściwości, reakcje i zastosowania strontu »