Scandium

ominaisuudet
Yleisesti
Nimi , symboli , atominumero Scandium, Sc, 21
Elementtiluokka Siirtymämetallit
Ryhmä , jakso , lohko 3 , 4 , d
Katso hopeanhohtoinen valkoinen
CAS-numero 7440-20-2
EY-numero 231-129-2
ECHA: n tietokortti 100.028.299
Massaosuus maan verhosta 5,1  ppm
Atomi
Atomimassa 44,955908 (5) et ai
Atomisäde (laskettu) 160 (184) pm
Kovalenttinen säde 170 pm
Elektronikonfiguraatio [ Ar ] 3 d 1 4 s 2
1. Ionisointienergia 6..56149 (6) eV ≈ 633.09 kJ / mol
2. Ionisointienergia 12.79977 (25) eV ≈ 1 234.99 kJ / mol
3. Ionisointienergia 24.756 838 (12) eV ≈ 2 388.67 kJ / mol
4. Ionisointienergia 73.4894 (4) eV ≈ 7 090.6 kJ / mol
5. Ionisointienergia 91.95 (3) eV ≈ 8 870 kJ / mol
Fyysisesti
Fyysinen tila tiukasti
Kristallirakenne kuusikulmainen
tiheys 2,985 g / cm 3
Mohsin kovuus 2.5
magnetismi paramagneettinen ( Χ m = 2,6 10 −4 )
Sulamispiste 1814 K (1541 ° C)
kiehumispiste 3003 K (2730 ° C)
Molaarinen tilavuus 15,00 · 10 −6 m 3 · mol −1
Haihdutuslämpö 310 kJ / mol
Fuusiolämpö 16 kJ mol −1
Ominaislämpökapasiteetti 586 J kg −1 K −1
Sähkönjohtavuus 1,81 · 10 6 A · V −1 · m −1
Lämmönjohtokyky 16 W m −1 K −1
Kemiallisesti
Hapetustilat 3
Normaali potentiaali −2,03 V (Sc 3+ + 3 e - → Sc)
Elektronegatiivisuus 1.36 ( Pauling-asteikko )
Isotoopit
isotooppi NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP
43 Sc {syn.} 3.891 h e 2.221 Noin 43
44 Sc {syn.} 3.927 h e 3.653 Noin 44
45 Sc 100  % Vakaa
46 Sc {syn.} 83,79 d β - 2.367 46 Ti
47 Sc {syn.} 3.3492 d β - 0,600 47 Ti
48 Sc {syn.} 43,67 h β - 3,994 48 Ti
49 Sc {syn.} 57,2 min β - 2.006 49 Ti
Katso muut isotoopit isotooppiluettelosta
NMR- ominaisuudet
  Spin
kvantti
numero I 		γ sisään
rad · T -1 · s -1		 E r  ( 1 H) f L on
B = 4,7 T
in MHz
45 Sc 7/2 0+6,508 10 7 0,302 048,69
turvallisuusohjeet
GHS-vaaramerkinnät

jauhe

02 - Helposti / erittäin helposti syttyvä

vaara

H- ja P-lauseet H: 228
P: 210
Mahdollisuuksien mukaan ja tapana käytetään SI-yksiköitä .
Ellei toisin mainita, annetut tiedot koskevat vakio-olosuhteita .

Scandium ( latinalaisesta Scandia "Scandinavia") on kemiallinen alkuaine, jolla on symboli Sc ja atominumero 21. Jaksollisessa taulukossa se on 3. alaryhmässä tai 3.  IUPAC-ryhmässä tai Scandium-ryhmässä . Hopeanvalkoinen elementti, joka on pehmeää huoneenlämmössä, on ensimmäinen siirtymämetalleista ja se luokitellaan myös harvinaisten maametallien joukkoon .

historia

Skandiumin löysi Lars Fredrik Nilson vuonna 1879 . 10 kg: sta eukseniittia ja gadoliniittia hän eristää oksidin, jolla on aiemmin tuntemattomia ominaisuuksia. Hän nimesi uuden epäilemänsä elementin "Scandiumiksi" kotimaansa kunniaksi. Jo vuonna 1869 Dmitri Ivanovich Mendelejev ennusti osan Eka-Borista . Vain Per Teodor Cleve tunnisti myöhemmin skandiumin ja eka-boorin vastaavuuden.

Puhdas skandium oli vuonna 1937 elektrolyyttisesti natriumin, kaliumin, litiumin ja skandiumin eutektisesta sulasta 700 - 800  ° C: ssa .

Vuonna 2003 maailmanlaajuisesti oli vain kolme kaivostuotantolaitosta: Bayan Obon kaivos (Kiinan kansantasavalta), Shovti Vody (Ukraina) ja Kuolan niemimaa (Venäjä).

Vuonna 2018 Australian Mines lisäsi tuotantolaitoksen Australiaan.

Esiintyminen

Skandium on yksi harvoista elementeistä. Sitä ei esiinny alkeellisesti, sitä esiintyy vain rikastetussa muodossa muutamissa harvoissa mineraaleissa . Scandium pääkomponenttina sisältää vain viisi mineraalia:

Lisäksi toistaiseksi (vuodesta 2013 alkaen) tunnetaan 14 muuta mineraalia, joissa skandiumia on edustettu pienemmissä osissa kemiallisessa kaavassa, kuten Jervisit , Bazzit , Juonniit , Cascandit , Davisit ja Scandiobabingtonit .

Koska seos pieninä pitoisuuksina, skandium löytyy muutaman sadan mineraaleja, joidenkin lähteiden määritellään yli 800 kivennäisaineita. Siksi sitä sisältyy myös siirtymämetallien malmitiivisteisiin "epäpuhtauksena". Näitä ovat venäläiset ja kiinalaiset volframiitti- ja tantaliittitiivisteet . Skandiumyhdisteitä syntyy myös uraania sisältävien malmien käsittelyssä . Kaivokset sijaitsevat mm. Shovti Vodyssä Ukrainassa.

Uuttaminen ja valmistus

Tärkein lähtöaine on tortveiitti, joka prosessoidaan skandiumoksidiksi useissa prosessivaiheissa . Metallinen skandium tuotetaan sitten muuntamalla se fluoria ja vähentää sen kanssa kalsiumia .

Mukaan USGS , vuotuinen tuotanto on arviolta 10-15 tonnia.

ominaisuudet

puhdas skandium, sublimoitu-dendriittinen

Tiheytensä vuoksi skandium on yksi kevyistä metalleista. Se himmenee ilmassa ja muodostuu suojaava kellertävä oksidikerros. Scandium reagoi laimennettujen happojen kanssa muodostaen vetyä ja kolmiarvoisia kationeja . On vesihöyryn reaktion muodossa skandiumin oksidi Sc tapahtuu 600 ° C: ssa 2 O 3 . Vesiliuoksissa Sc-kationit käyttäytyvät samalla tavalla kuin alumiini, mikä aiheuttaa usein vaikeuksia analyyttisissä erotteluissa. Typpihapon ja 48-prosenttisen fluorivetyn seoksessa sen tulee olla vastustuskykyinen.

käyttää

Skandiumia käytetään pääasiassa skandiumjodidina korkean suorituskyvyn, korkeapaineisissa elohopeahöyrylampuissa , esimerkiksi stadionin valaistuksessa. Yhdessä holmiumin ja dysprosiumin kanssa syntyy päivänvaloa muistuttava valo. Scandiumia käytetään myös laserkiteiden valmistamiseen. Skandiumoksidia lisätään magneettiseen tietovälineeseen magnetoinnin kääntymisen nopeuden lisäämiseksi. Skandium kuten skandiumin kloridia käytetään mikro-määriä tärkeä osa katalyytin tuotannon kloorivetyä , tutkijat Max Planck Institute for Carbon tutkimuksen käytetään myös se valmistaa katalyytti lastaamiseen ja purkamiseen metallihydridi varastointi median varten vedyn , joka sisälsi muun muassa skandiumkloridin ScCl 3 lisäksi natriumhydridiä ja alumiinia . Titaania sisältäviä katalyyttejä käytettiin kuitenkin myöhemmin .

Koska metalliseos lisäaineena , skandium esittää rakenne-stabilointi- ja raekoko-jalostus vaikutuksia. Alumiini-litiumseosta pienellä määrällä skandiumin valmistukseen käytetään joitakin osia Venäjän hävittäjää. Scandium-seoksia käytetään myös nykyaikaisessa polkupyöräteollisuudessa (katso kilpapyörä ). Nämä seokset sisältävät myös suhteellisen vähän skandiumia. 1990-luvun lopulla revolverivalmistaja Smith & Wesson julkaisi revolverimallin 360PD. Skandium-alumiiniseoksesta valmistettu runko mahdollistaa huomattavan painonlaskun.

Suuria odotuksia on kiinnitetty käyttö alumiini skandiumin nitridi kuten puolijohde varten teho elektronisia komponentteja . Tätä koskeva tutkimus on tällä hetkellä (vuodesta 2020 lähtien) alkuvaiheessa, mutta ensimmäinen edistysaskel on tapahtunut teollisuusluokan epitaksiprosessien kehittämisessä . Tutkimuksessa keskitytään myös pietsosähköisiin ja pyrosähköisiin ominaisuuksiin ja erityisesti materiaalin ferrosähköisiin ominaisuuksiin, jotka löydettiin vasta vuonna 2019 ja jotka avaavat lukuisia muita käyttöalueita.

turvallisuusohjeet

Skandiumjauhe on syttyvää ja siksi luokiteltu syttyväksi. Se voi helposti syttyä lyhyellä altistuksella sytytyslähteelle ja palaa edelleen sen poistamisen jälkeen. Mitä hienommin aine jakautuu, sitä suurempi on syttymisriski.

linkkejä

nettilinkit

Commons : Scandium  - kokoelma kuvia, videoita ja äänitiedostoja
Wikisanakirja: Scandium  - selitykset merkityksille, sanan alkuperälle, synonyymeille, käännöksille

Yksittäiset todisteet

  1. ↑ b Harry H. Binder: Lexicon of alkuaineet. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
  2. ↑ Ominaisuuksien arvot (tietoruutu) otetaan osoitteesta www.webelements.com (Scandium) , ellei toisin mainita .
  3. ↑ CIAAW, standardi atomipainot tarkistettu 2013 .
  4. ↑ b c d e Merkintä skandiumin vuonna Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. ja NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1) . Toim.: NIST , Gaithersburg, MD. doi : 10.18434 / T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ). Haettu 11. kesäkuuta 2020.
  5. ↑ b c d e Merkintä skandiumin klo WebElements, https://www.webelements.com , pääsee 11. kesäkuuta 2020 mennessä.
  6. ↑ Robert C. Weast (toim.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9 , s. E-129 - E-145. Arvot perustuvat g / mol: een ja ilmoitetaan yksikköinä cgs. Tässä määritetty arvo on siitä laskettu SI-arvo ilman mittayksikköä.
  7. ^ A b Yiming Zhang, Julian RG Evans, Shoufeng Yang: Korjatut arvot kiehumispisteille ja alkuaineiden höyrystymisen entalpioille käsikirjoissa. Julkaisussa: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, s. 328-337, doi: 10.1021 / je1011086 .
  8. ↑ b c Merkintä skandium vuonna GESTIS aine tietokanta IFA , pääsee 30. huhtikuuta 2017 mennessä. (JavaScript vaaditaan)
  9. ↑ mineralinfo.org: Les enjeux du Scandium dans la filière superalliages ( Memento 24. maaliskuuta 2012 Internet-arkistossa ).
  10. ^ Scandium Oxide - Australian Mines Limited. Haettu 5. helmikuuta 2019 .
  11. ↑ Michael Fleischer, Joseph A.Mandarino : Mineraalinäytteiden sanasto 1991. The Mineragical Record Inc., Tucson.
  12. ↑ a b Webmineral - mineraalilajit, jotka sisältävät Scandiumia .
  13. ↑ IMA / CNMNC-luettelo mineraalien nimistä; Elokuu 2013 (PDF 1.3 MB).
  14. ^ CT Horovitz: Scandiumin esiintyminen, kemian fysiikka, metallurgia, biologia ja tekniikka . Elsevier, 2012, ISBN 978-0-323-14451-3 , s. 50 ( rajoitettu esikatselu Google-teoshaulla).
  15. ↑ David R. Lide: CRC Handbook of Chemistry and Physics: A Ready-reference Book of Chemical ... CRC Press, 1993, ISBN 0-8493-0595-0 , sivut. 4–27 ( rajoitettu esikatselu Google- teoshaulla ).
  16. ↑ HA Das, J.Zonderhuis, HW Marel: skandium kivissä, mineraaleissa ja sedimenteissä ja sen suhteet rautaan ja alumiiniin. Julkaisussa: Contributions to Mineralogy and Petrology. 32, 1971, s. 231-244, doi: 10.1007 / BF00643336 .
  17. ^ Yhdysvaltain geologinen tutkimuskeskus: Mineral Commodity Summaries - Scandium, helmikuu 2014 , käyty 12. toukokuuta 2014.
  18. ↑ MINERAALITAVAROIDEN YHTEENVETOT 2015. (PDF 2.3 MB, s.144 (141)) USGS , käyty 5. syyskuuta 2015 (englanniksi).
  19. ^ Ferdi Schüth, Michael Felderhoff, Borislov Bogdanovic; Max Planck Institute for Coal Research: Monimutkaiset hydridit vedyn varastointimateriaaleina. Käytetty 8. tammikuuta 2015.
  20. ↑ Huomaa: Käytetään myös skandiumalumiininitridiä
  21. ↑ Heinz Arnold Markt & Technikissä 21. tammikuuta 2019: Uusi materiaali parempi kuin GaN
  22. ↑ Ralf Higgelke Markt & Technik 23 lokakuu 2019: Alumiini skandium nitridi tuotetaan ensimmäistä kertaa käyttäen MOCVD
  23. ↑ Nicolas Kurz: Alumiiniskandiumnitridin sähköakustisten ja pyroelektristen ominaisuuksien tutkimus mikroakustisten suurtaajuussuodattimien osalta
  24. ↑ Julia Siekmann; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel 17. lokakuuta 2019 Äskettäin löydetty aineellinen omaisuus lupaa mikroelektroniikan innovaatioita