Скандий: различия между версиями
imported>Treskful →Библиография: библиография |
imported>Dmitru |
||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
{{ | {{redirect|Sc|SC (значения)}} | ||
{{ | {{Карточка химического элемента | ||
= {{-ru-}} = | | имя = Скандий / Scandium (Sc) | ||
{{ | | символ = Sc | ||
| номер = 21 | |||
| внизу = [[Иттрий|Y]] | |||
| изображение = Scandium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg | |||
| подпись = Образец скандия | |||
| внешний вид = | |||
| атомная масса = 44,955912(6)<ref name="iupac atomic weights">{{статья|автор=Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu.|заглавие=Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report)|ссылка=http://iupac.org/publications/pac/85/5/1047/|язык=en|издание=[[Pure and Applied Chemistry]]|год=2013|том=85|номер=5|страницы=1047—1078|doi=10.1351/PAC-REP-13-03-02|archive-date=2014-02-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20140205213140/http://www.iupac.org/publications/pac/85/5/1047/}}</ref> | |||
| радиус атома = 162 | |||
| энергия ионизации 1 = 630,8 (6,54) | |||
| группа = 3 (устар. 3) | |||
| период = 4 | |||
| блок = <br>[[d-элементы|d-элемент]] | |||
| конфигурация = [Ar] 3d<sup><nowiki>1</nowiki></sup>4s<sup><nowiki>2</nowiki></sup><br> 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>3d<sup>1</sup>4s<sup>2</sup> | |||
| ковалентный радиус = 144 | |||
| радиус Ван-дер-Ваальса = 211 | |||
| радиус иона = (+3e) 72,3 | |||
| электроотрицательность = 1,36 | |||
| электродный потенциал = 0 | |||
| степени окисления = 0, +3 | |||
| плотность = 2,99 | |||
| теплоёмкость = 25,51<ref name="ХЭ">{{книга | |||
|автор = Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) | |||
|часть = | |||
|заглавие = Химическая энциклопедия: в 5 т | |||
|оригинал = | |||
|ссылка = | |||
|ответственный = | |||
|издание = | |||
|место = Москва | |||
|издательство = Советская энциклопедия | |||
|год = 1995 | |||
|том = 4 | |||
|страницы = 360 | |||
|страниц = 639 | |||
|серия = | |||
|isbn = 5—85270—039—8 | |||
|тираж = 20000 | |||
}} | |||
</ref> | |||
| теплопроводность = 15,8 | |||
| температура плавления = 1 814 [[Кельвин|К]]; 1 540,85 °C | |||
| теплота плавления = 15,8 | |||
| температура кипения = 3 110 [[Кельвин|К]]; 2 836,85 °C | |||
| теплота испарения = 332,7 | |||
| молярный объём = 15,0 | |||
| структура решётки = Гексагональная (α-Sc) | |||
| параметры решётки = a=3,309 c=5,268 (α-Sc) | |||
| отношение c/a = 1,592 | |||
| температура Дебая = | |||
| изотопы= | |||
{{Строка изотопа2 | ам=44m2 | сим=Sc | ир=синт. | пп=58,61 ч|фр1=[[Внутренняя конверсия|ИП]] | эр1=0,2709 | нпр1=44 | спр1=Sc |фр2=[[электронный захват|ЭЗ]] | эр2=– | нпр2=44 | спр2=Ca}} | |||
{{Строка изотопа | ам=45 | сим=Sc | ир=100% | | пп=стабилен|фр=- | нпр= | спр=-}} | |||
{{Строка изотопа | ам=46 | сим=Sc | ир=синт. | пп=83,79 сут|фр=[[бета-распад|β<sup>−</sup>]] | эр=0,3569 | нпр=46 | спр=Ti}} | |||
{{Строка изотопа | ам=47 | сим=Sc | ир=синт. | пп=80,38 сут|фр=β<sup>−</sup> | эр=0,44 0,60 | нпр=47 | спр=Ti}} | |||
{{Строка изотопа | ам=48 | сим=Sc | ир=синт. | пп=43,67 ч | фр=β<sup>−</sup>|de=0,661 | нпр=48 | спр=Ti}} | |||
| список изотопов=Изотопы скандия | |||
}} | |||
{{Элемент периодической системы | |||
|fontsize=100% | |||
|align=top | |||
|number=21 | |||
}} | |||
'''Ска́ндий''' ([[Химические знаки|химический символ]] — '''Sc''', от {{lang-la|'''Sc'''andium}}) — [[химический элемент]] [[3 группа элементов|3-й группы]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — побочной [[Подгруппа скандия|подгруппы]] третьей группы, IIIB) [[Четвёртый период периодической системы|четвёртого периода]] [[периодическая система химических элементов|периодической системы химических элементов]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]], с [[атомный номер|атомным номером]] 21. | |||
[[Простое вещество]] '''скандий''' — лёгкий [[Переходные металлы|переходный]] [[Редкоземельные элементы|редкоземельный металл]] серебристого [[цвет]]а с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с [[Структурный тип магния|гексагональной решёткой типа магния]], β-Sc с [[Кубическая сингония|кубической объёмноцентрированной решёткой]], [[температура]] перехода α↔β 1336 °C<ref name="ХЭ"/>. | |||
{{-|left}} | |||
== Нахождения в природе == | |||
Скандий — [[моноизотопный элемент]], в природе встречается только один [[стабильный изотоп]] [[скандий-45]]. | |||
=== [[Геохимия]] и [[минералогия]] === | |||
Среднее содержание скандия в [[Земная кора|земной коре]] — 10 г/т. Близки по химическим и физическим свойствам к скандию [[иттрий]], [[лантан]] и [[лантаноиды]]. Во всех природных соединениях скандий, так же как и его аналоги [[алюминий]], иттрий, лантан, проявляет положительную [[валентность]], равную трём, поэтому в [[Окислительно-восстановительные реакции|окислительно-восстановительных реакциях]] он участия не принимает. Скандий является рассеянным элементом и входит в состав многих [[Минерал|минералов]]. Собственно скандиевых минералов известно 2: [[тортвейтит]] (Sc,Y)<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub> (Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub> до 53,5 %) и [[стерреттит]] ([[кольбекит]] Sc[PO<sub>4</sub>]·2H<sub>2</sub>O (Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub> до 39,2 %). Относительно небольшие концентрации обнаружены примерно в 100 минералах. | |||
В связи с тем, что по свойствам скандий близок к [[Магний|Mg]], [[Алюминий|Al]], [[Кальций|Ca]], [[Марганец|Mn]]<sup>2+</sup>, [[Железо|Fe]]<sup>2+</sup>, TR ([[редкоземельные элементы|редкоземельным элементам]]), [[Гафний|Hf]], [[Торий|Th]], [[Уран (элемент)|U]], [[Цирконий|Zr]], главная масса его рассеивается в минералах, содержащих эти элементы. Имеет место изовалентное замещение скандием элементов группы TR, особенно в существенно иттриевых минералах ([[ксенотим]], ассоциация Sc — Y в тортвейтите и замещение Al в [[берилл]]е). Гетеровалентное замещение скандием Fe<sup>2+</sup> и магния в [[пироксен]]ах, амфиболах, [[оливин]]е, биотите широко развито в основных и ультраосновных породах, а замещение циркония — в поздние стадии магматического процесса и в пегматитах. | |||
Основные минералы-носители скандия: [[флюорит]] (до 1 % Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), [[бадделеит]] (до 0,35 %), [[касситерит]] (0,005—0,2 %), [[вольфрамит]] (0—0,4 %), [[ильменорутил]] (0,0015—0,3 %), [[торианит]] (0,46 % Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), [[самарскит]] (0,45 %), минералы надгруппы [[пирохлор]]а (0,02 %), [[ксенотим]] (0,0015—1,5 %), [[берилл]] (0,2 %). На настоящее время (2021 год) известен 21 минерал, являющийся собственной фазой скандия: [https://www.mindat.org/min-32284.html аллендеит], [[баццит]] (скандиевый берилл, 3—14,44 %), [https://www.mindat.org/min-53152.html bonacinaite], [https://www.mindat.org/min-914.html каскандит], [https://www.mindat.org/min-38829.html дависит], [https://www.mindat.org/min-40003.html эрингаит], [https://www.mindat.org/min-38788.html heftetjernite], [https://www.mindat.org/min-2093.html джервисит], [[ёнаит]], [https://www.mindat.org/min-51403.html кампелит], [https://www.mindat.org/min-42879.html кангит], [https://www.mindat.org/min-2239.html кольбекит], [https://www.mindat.org/min-10814.html кристиансенит], [https://www.mindat.org/min-54639.html nioboheftetjernite], [https://www.mindat.org/min-27498.html офтедалит], [https://www.mindat.org/min-41137.html пангуит], [https://www.mindat.org/min-7251.html претулит], [https://www.mindat.org/min-7278.html скандиобабингтонит], [https://www.mindat.org/min-3950.html тортвейтит], [https://www.mindat.org/min-55036.html шахдараит-(Y)], [https://www.mindat.org/min-46079.html warkite]. В процессе формирования магматических пород и их жильных производных скандий в главной своей массе рассеивается преимущественно в темноцветных минералах магматических пород и в незначительной степени концентрируется в отдельных минералах постмагматических образований. Наиболее высокие (30 г/т Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) концентрации скандия приурочены к ультраосновным и основным породам, в составе которых ведущую роль играют железо-магнезиальные минералы ([[пироксен]], [[амфибол]] и [[биотит]]). В породах среднего состава среднее содержание Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 10 г/т, в кислых — 2 г/т. Здесь скандий рассеивается также в темноцветных минералах ([[Роговая обманка|роговой обманке]], биотите) и устанавливается в [[мусковит]]е, [[циркон]]е, [[сфен]]е. Концентрация в [[морская вода|морской воде]] — {{nobr|0,00004 мг/л}}<ref>J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965</ref>. Также скандий присутствует в каменном [[ископаемый уголь|угле]], и для его выделения можно вести переработку доменных чугунолитейных шлаков, которая была начата в последние годы в ряде развитых стран. | |||
== История и название == | |||
Элемент был предсказан [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеевым]] (как экабор) в статье, датированной [[11 декабря]] (29 ноября по старому стилю) [[1870 год в науке|1870 года]]<ref>{{статья|автор=Менделеев Д. И.|заглавие=Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов|издание=Журнал Русского химического общества|год=1871|том=III|страницы=25—56|ссылка=http://www.knigafund.ru/books/56718/read#page31|archive-url=https://web.archive.org/web/20140317224410/http://www.knigafund.ru/books/56718/read#page31|archive-date=2014-03-17}}</ref>, и открыт в [[1879 год]]у шведским химиком [[Нильсон, Ларс Фредерик|Ларсом Нильсоном]] в минералах [[эвксенит]]е и [[гадолинит]]е. Нильсон получил 2 грамма оксида скандия высокой чистоты<ref name="Nilsonfr">{{cite journal|title= Sur l'ytterbine, terre nouvelle de M. Marignac|url= http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k30457/f639.table|journal= [[Comptes Rendus]]|author= Nilson, Lars Fredrik|volume= 88|date= 1879|pages= 642–647|language= fr|access-date= 2023-08-23|archive-date= 2021-04-28|archive-url= https://web.archive.org/web/20210428213741/https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k30457/f639.table|url-status= live}}</ref><ref name="Nilsonde">{{cite journal|title= Ueber Scandium, ein neues Erdmetall|journal= [[Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft]]|volume= 12|issue= 1|date= 1879|pages= 554–557|author= Nilson, Lars Fredrik|doi= 10.1002/cber.187901201157|language= de|url= https://zenodo.org/record/1425172|access-date= 2023-08-23|archive-date= 2021-03-08|archive-url= https://web.archive.org/web/20210308223719/https://zenodo.org/record/1425172|url-status= live}}</ref>. Нильсон назвал элемент в честь [[Скандинавия|Скандинавии]] ({{lang-la|Scandia}}). | |||
Металлический скандий был впервые получен в 1937 году электролизом [[Эвтектика|эвтектической смеси]] [[Хлориды|хлоридов]] [[Калий|калия]], [[Литий|лития]] и скандия при температуре 700—800 °С<ref>{{cite journal|title= Über das metallische Scandium |journal= [[Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie]]|volume= 231 |issue= 1–2 |date= 1937 |pages= 54–62 |first= Werner|last= Fischer |author2= Brünger, Karl |author3= Grieneisen, Hans|doi= 10.1002/zaac.19372310107|language=de}}</ref>. | |||
== Физические свойства == | |||
{{дополнить раздел|дата=2014-03-26}} | |||
Скандий — лёгкий [[металл]] серебристого [[цвет]]а с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с [[Структурный тип магния|гексагональной решёткой типа магния]] (a=3,3085 Å; с=5,2680 Å; z=2; [[Список кристаллографических групп|пространственная группа]] ''P6<sub>3</sub>/mmc''), β-Sc с [[Кубическая сингония|кубической объёмноцентрированной решёткой]], температура перехода α↔β 1336 °C, ΔH перехода 4,01 кДж/моль. Температура плавления 1541 °C, температура кипения 2837 °C. Скандий — мягкий металл, с чистотой 99,5 % и выше (в отсутствие [[Кислород|O<sub>2</sub>]]) легко поддается механической обработке<ref name="ХЭ"/>. | |||
== Химические свойства == | |||
{{дополнить раздел|дата=2014-03-26}} | |||
Химические свойства скандия похожи на таковые у алюминия. В большинстве соединений скандий проявляет степень окисления +3. Компактный металл на воздухе покрывается с поверхности оксидной плёнкой. При нагревании до красного каления реагирует с фтором, кислородом, азотом, углеродом, фосфором. При комнатной температуре реагирует с хлором, бромом и иодом. Реагирует с разбавленными сильными кислотами; концентрированными кислотами-окислителями и HF пассивируется. Реагирует с концентрированными растворами щелочей. | |||
Ион Sc<sup>3+</sup> бесцветный диамагнитный, координационное число в водных растворах — 6. Как и в случае алюминия, гидроксид скандия амфотерен и растворяется как в избытке кислот, так и в избытке щелочей; с разбавленным раствором аммиака не реагирует. Хлорид, бромид, иодид и сульфат скандия хорошо растворимы в воде, раствор имеет кислую реакцию вследствие частичного гидролиза, при этом гидратация безводных солей сопровождается бурным выделением тепла. Фторид и фосфат скандия в воде не растворимы, но фторид растворятся в присутствии избытка фторид-ионов с образованием ScF<sub>6</sub><sup>3-</sup>. Карбид, нитрид, фосфид, сульфид и карбонат скандия водой нацело гидролизуются. Органические соединения скандия термически относительно устойчивы, но бурно реагируют с водой и воздухом. Они построены в основном при помощи σ-связей Sc-C и представлены алкильными производными и полимерными циклопентадиенидами. | |||
Известны также соединения с низшими степенями окисления скандия (+2, +1, 0). Одно из простейших где скандий находится формально в степени окисления +2 — тёмно-синее твёрдое вещество состава CsScCl<sub>3</sub>. В этом веществе представлены связи между атомами скандия<ref>{{статья |заглавие=Extended metal-metal bonding in halides of the early transition metals |издание={{Нп3|Accounts of Chemical Research|Acc. Chem. Res.||Accounts of Chemical Research}} |том=14 |страницы=239—246 |doi=10.1021/ar00068a003 |номер=8 |язык=en |тип=journal |автор=Corbett, J. D. |год=1981}}</ref>. Моногидрид скандия ScH наблюдался спектроскопически в условиях высоких температур в газовой фазе<ref>{{статья |заглавие=Diatomic Hydride and Deuteride Spectra of the Second Row Transition Metals |издание=[[Proceedings of the Royal Society#Proceedings of the Royal Society A|Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences]] |том=332 |страницы=113—127 |номер=1588 |doi=10.1098/rspa.1973.0015 |bibcode=1973RSPSA.332..113S |язык=en |тип=journal |автор=Smith, R. E. |год=1973}}</ref>. Также низшие степени окисления скандия обнаружены в металлоорганических соединениях<ref>{{статья |заглавие=The First Example of a Formal Scandium(I) Complex: Synthesis and Molecular Structure of a 22-Electron Scandium Triple Decker Incorporating the Novel 1,3,5-Triphosphabenzene Ring |издание={{Нп3|Journal of the American Chemical Society|J. Am. Chem. Soc.||Journal of the American Chemical Society}} |том=118 |номер=32 |страницы=7630—7631 |doi=10.1021/ja961253o |язык=en |тип=journal |автор=Polly L. Arnold, F. Geoffrey N. Cloke, Peter B. Hitchcock, and John F. Nixon |год=1996}}</ref><ref>{{статья |заглавие=η-Arene complexes of scandium(0) and scandium(II) |издание={{Нп3|ChemComm|J. Chem. Soc., Chem. Commun.||ChemComm}} |номер=19 |страницы=1372—1373 |doi=10.1039/C39910001372 |язык=en |автор=F. Geoffrey N. Cloke, Karl Khan and Robin N. Perutz |год=1991 |тип=journal}}</ref><ref>{{статья |заглавие=Stabilization of a Diamagnetic Sc<sup>I</sup>Br Molecule in a Sandwich-Like Structure |издание={{Нп3|Organometallics}} |том=21 |страницы=2590—2592 |doi=10.1021/om020090b |номер=13 |язык=en |тип=journal |автор=Ana Mirela Neculai, Dante Neculai, Herbert W. Roesky, Jörg Magull, Marc Baldus, Ovidiu Andronesi, Martin Jansen |год=2002}}</ref><ref>{{статья |заглавие=The first stable scandocene: synthesis and characterisation of bis(η-2,4,5-tri-tert-butyl-1,3-diphosphacyclopentadienyl)scandium(II) |издание={{Нп3|ChemComm|Chem. Commun.||ChemComm}} |номер=7 |страницы=797—798 |doi=10.1039/A800089A |язык=en |тип=journal |автор=Polly L. Arnold, F. Geoffrey N. Cloke and John F. Nixon |год=1998}}</ref>. | |||
== Получение == | |||
=== Мировые ресурсы скандия === | |||
Скандий добывается как попутный продукт при добыче других полезных ископаемых. | |||
Около {{nobr|90 %}} мировой добычи скандия производится на месторождении [[Баян-Обо]] (Китай). Запасы скандия на месторождении оцениваются в {{nobr|140 тыс. т.}} Скандий здесь сконцентрирован, в основном, в [[эгирин]]е, где его среднее содержание составляет {{nobr|210 г/т.}} Является попутным продуктом при добыче железа и [[Редкоземельные элементы|редкоземельных элементов]]. | |||
Другие значимые месторождения скандия: | |||
* Урановое месторождение [[Восточный горно-обогатительный комбинат|Жёлтые воды]] (Украина, Днепропетровская область). Скандий сконцентрирован в эгирине и рибеките. Запасы и ресурсы скандийсодержащей руды оценены в {{nobr|7,4 млн т}} при содержании Sc в среднем {{nobr|105 г/т}}<ref name=":0">{{Статья|ссылка=https://pubs.geoscienceworld.org/segweb/economicgeology/article/113/4/973/531144/The-Economic-Geology-of-Scandium-the-Runt-of-the|автор=A. E. Williams-Jones, O. V. Vasyukova|заглавие=The Economic Geology of Scandium, the Runt of the Rare Earth Element Litter|год=2018-06-01|язык=en|издание=Economic Geology|том=113|выпуск=4|страницы=973–988|issn=1554-0774, 0361-0128|doi=10.5382/econgeo.2018.4579}}</ref>. | |||
* [[Ковдорское месторождение|Ковдорское]] бадделеит-апатит-магнетитовое месторождение (Россия, Мурманская область) в [[Карбонатит|фоскорит-карбонатитовом]] комплексе. Скандий сконцентрирован, в основном, в бадделеите (где среднее содержание Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 780 г/т), а также пирохлоре, ильмените, цирконолите и ёнаите. Ресурсы Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub> оценены в {{nobr|420 т}} при среднем содержании скандия {{nobr|1,4 г/т}}<ref>{{Статья|ссылка=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0169136815300172|автор=A.O. Kalashnikov, V.N. Yakovenchuk, Ya.A. Pakhomovsky, A.V. Bazai, V.A. Sokharev|заглавие=Scandium of the Kovdor baddeleyite–apatite–magnetite deposit (Murmansk Region, Russia): Mineralogy, spatial distribution, and potential resource|год=2016-01|язык=en|издание=Ore Geology Reviews|том=72|страницы=532–537|doi=10.1016/j.oregeorev.2015.08.017|archive-date=2022-01-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20220124001627/https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0169136815300172}}</ref>. | |||
* [[Томтор (месторождение)|Томторское]] ниобий-скандий-редкоземельное месторождение (Россия, Якутия) в коре выветривания карбонатитов. Основные минералы-концентраторы скандия — ксенотим, циркон, монацит, а также апатит и рутил. Запасы Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub> по категориям B+C1 оценены в {{nobr|13,7 тыс. т}} при среднем содержании Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub> {{nobr|480 г/т}}<ref>{{Статья|ссылка=http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/heologia/2001/11/Tolstov.pdf|автор=Толстов А.В., Гунин А.П.|заглавие=Комплексная оценка Томторского месторождения|год=2001|издание=Вестник ВГУ. Серия Геология|номер=11|страницы=144—160|archive-date=2021-08-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20210831203154/http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/heologia/2001/11/Tolstov.pdf}}</ref>. | |||
* Чуктуконское железо-редкоземельно-ниобиевое месторождение (Красноярский край): {{nobr|3,4 тыс. т}} Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub><ref>{{Книга|ссылка=http://www.mnr.gov.ru/upload/iblock/6e9/Государственный доклад-2018.pdf|автор=Киселёв Е.А. (ред.)|заглавие=Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2018 году.|год=2019|место=Москва|издательство=Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации|страниц=424}}</ref>. | |||
* Гидротермально-метасоматическое Кумирское скандий-уран-редкоземельное месторождение (Россия, Алтай). Минерал-концентратор скандия — тортвейтит, а также турмалин и слюды. Ресурсы скандия {{nobr|3,6 т}} при содержании Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub> от 50 до {{nobr|2400 г/т}}<ref name=":0" /><ref>{{Статья|ссылка=http://elibrary.ru/item.asp?id=18750468|автор=Гусев А.И.|заглавие=Типы эндогенной редкоземельной минерализации Горного и Рудного Алтая|год=2012|издание=Успехи современного естествознания|номер=12|страницы=92—97}}</ref>. | |||
* Ниобий-иттрий-фтористые тортвейтит-содержащие пегмтатиты района [[Ивеланн]]-[[Эвье-ог-Хорннес|Эвье]] в Норвегии, разрабатываемые в 20 веке до 1960-х годов. | |||
* [[Латерит]]овые месторождения в Австралии: Нинган (запасы {{nobr|12 млн т}} руды при среднем содержании скандия {{nobr|261 г/т);}} Сьерстон {{nobr|(21,7 млн т}} руды при среднем содержании скандия {{nobr|429 г/т)}}<ref name=":0"/>. | |||
Тортвейтит-содержащие пегматиты известны на Мадагаскаре (районы Бефанамо и Береро, частично разрабатывались до 1950-х годов) и в США (округ [[Равалли (округ)|Равалли]], штат Монтана)<ref name=":0"/>. Также скандий присутствует в каменном [[ископаемый уголь|угле]], и предположительно для его добычи можно вести переработку доменных чугунолитейных шлаков. | |||
=== Производство и потребление скандия === | |||
{{Нет ссылок в разделе|дата=2011-05-12}} | |||
В 1988 году производство оксида скандия в мире составило: | |||
{| class="standard sortable" | |||
|- | |||
!Страна||Объём добычи,<br>не менее,<br>кг/год | |||
|- | |||
|[[Китай]]||50 | |||
|- | |||
|[[Франция]]||100 | |||
|- | |||
|[[Норвегия]]||120 | |||
|- | |||
|[[США]]||500 | |||
|- | |||
|[[Япония]]||30 | |||
|- | |||
|[[Казахстан]]||700 | |||
|- | |||
|[[Украина]]||610 | |||
|- | |||
|[[Россия]]||958 | |||
|} | |||
Скандий можно назвать металлом [[XXI век]]а и прогнозировать резкий рост добычи, цены и спроса на него в связи с переработкой огромного количества каменного угля (особенно в России) в жидкое топливо. | |||
В 2015—2019 годах средняя цена составила $107—$134 за грамм металлического скандия, и $4—$5 за грамм Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub><ref>{{Cite web|lang=en|url=https://www.usgs.gov/centers/nmic/mineral-commodity-summaries|title=Mineral Commodity Summaries|website=www.usgs.gov|access-date=2021-02-20|archive-date=2018-06-29|archive-url=https://web.archive.org/web/20180629183108/https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/|url-status=live}}</ref>. | |||
== Применение == | |||
{{нет ссылок в разделе|дата=2022-07-11}} | |||
=== | === [[Металлургия]] === | ||
{{ | Применение скандия в виде микролегирующей примеси оказывает значительное влияние на ряд практически важных сплавов, так, например, прибавление {{nobr|0,4 %}} скандия к сплавам алюминий-магний повышает временное сопротивление разрыву на {{nobr|35 %,}} а предел текучести на {{nobr|65—84 %,}} и при этом относительное удлинение остаётся на уровне {{nobr|20—27 %.}} Добавка {{nobr|0,3—0,67 %}} к хрому повышает его устойчивость к окислению вплоть до температуры {{nobr|1290 [[Градус Цельсия|°C]],}} и аналогичное, но ещё более ярко выраженное действие оказывает на жаростойкие сплавы типа «нихром» и в этой области применение скандия значительно эффективнее иттрия. Оксид скандия обладает рядом преимуществ для производства высокотемпературной керамики перед другими оксидами, так, прочность оксида скандия при нагревании возрастает и достигает максимума при {{nobr|1030 °C,}} в то же время оксид скандия обладает минимальной теплопроводностью и высочайшей стойкостью к [[термоудар]]у. Скандат иттрия — это один из лучших материалов для конструкций, работающих при высоких температурах. Определённое количество оксида скандия постоянно расходуется для производства германатных стёкол для оптоэлектроники. | ||
| | |||
}} | === Сплавы скандия === | ||
Главным по объёму применением скандия является его применение в алюминиево-скандиевых сплавах, применяемых в спортивной экипировке (мотоциклы, велосипеды, бейсбольные биты и т. п.) и самолётостроении — везде, где требуются высокопрочные материалы. В сплаве с алюминием скандий обеспечивает дополнительную прочность и ковкость. | |||
Например, легирование алюмо-магниевого сплава АМг6 скандием в отсутствие дополнительного упрочнения повышает [[предел прочности]] с 32 до {{nobr|36 кгс/мм<sup>2</sup>,}} а [[предел текучести]] — с 16 до {{nobr|24 кгс/мм<sup>2</sup>}} (после 30-процентной [[Наклёп|нагартовки]] те же показатели составляют соответственно 42 и {{nobr|33 кгс/мм<sup>2</sup>}} у АМг6НПП против 45 и 36 {{nobr|кгс/мм<sup>2</sup>}} у сплава 01570Н)<ref>{{Cite web |url=http://makeyev.msk.ru/pub/msys/1997/technology.html |title=Источник |access-date=2016-05-19 |archive-date=2016-11-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20161103102611/http://makeyev.msk.ru/pub/msys/1997/technology.html |url-status=live }}</ref>. Для сравнения, предел прочности на разрыв у чистого скандия около {{nobr|400 МПа}} {{nobr|(40 кгс/мм<sup>2</sup>),}} у титана, например, {{nobr|250—350 МПа,}} а у нелегированного иттрия — {{nobr|300 МПа.}} Применение скандиевых сплавов в авиации и гражданском ракетостроении позволит значительно снизить стоимость перевозок и резко повысить надёжность эксплуатируемых систем, в то же время при снижении цен на скандий и его применение для производства автомобильных двигателей так же значительно увеличит их ресурс и частично КПД. Очень важно и то обстоятельство, что скандий упрочняет алюминиевые сплавы, легированные [[Гафний|гафнием]]. | |||
В России промышленно производится алюминиево-скандиевый сплавы 1580 (0,1% скандия) и 1581 (0,03 % скандия) (в зарубежной классификации 5180 и 5181 соответственно). Сплав 1580 заметно дороже и его применение целесообразно там, где весовые характеристики являются критически важным фактором (например — в аэрокосмической отрасли). Сплав 1581 находит применение в вагоностроении<ref>{{cite web |author= |author-link= |coauthors= |url=https://vgudok.com/lenta/metallicheskiy-znak-kachestva-dlya-rzhd-rosstandart-utverdil-gosty-po-kotorym-budut-delat |title=Металлический знак качества для РЖД. |subtitle=Росстандарт утвердил ГОСТы, по которым будут делать алюминиевые вагоны |lang= |format= |website= |publisher=«Вгудок» |date=2022-01-26 |description= |quote= |doi= |access-date=2024-07-11 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20240711230700/https://vgudok.com/lenta/metallicheskiy-znak-kachestva-dlya-rzhd-rosstandart-utverdil-gosty-po-kotorym-budut-delat |archive-date=2024-07-11 }}</ref> и в судостроении. Массу морских и речных судов, построенных на его основе, удаётся снизить до 10 % и более, что позволяет снизить расход топлива и улучшить управляемость. Важным фактором является также повышение прочности сварных швов на корпусах судов и лодок на 20 %. Снижение веса корпуса речных [[Маломерное судно|моторных лодок и катеров]] за счёт использования более лёгких сплавов является особенно критичным для гражданских моделей — если судно весит меньше 200 кг, то его можно не регистрировать в [[Государственная инспекция по маломерным судам МЧС России|Государственной инспекции по маломерным судам (ГИМС МЧС)]]. Поэтому использование алюминиево-скандиевого сплава позволит большему количеству малых судов попадать в категорию «не регистрат»<ref>{{статья |автор=Дмитрий Константинович Рябов, Андрей Владимирович Панов, Дмитрий Анатольевич Виноградов, Александр Юрьевич Крохин |заглавие=Перспективы применения экономнолегированных скандийсодержащих алюминиевых сплавов |ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-primeneniya-ekonomnolegirovannyh-skandiysoderzhaschih-alyuminievyh-splavov/viewer |язык= |издание=Технология легких сплавов |тип=журнал |год=2021 |месяц= |число= |том= |номер=2 |страницы=23-31 |doi=10.24412/0321-4664-2021-2-23-31 |issn= |archive-date=2024-07-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20240711225641/https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-primeneniya-ekonomnolegirovannyh-skandiysoderzhaschih-alyuminievyh-splavov/viewer }}</ref><ref>{{cite web |author= |author-link= |coauthors= |url=https://iz.ru/1720945/2024-07-01/v-rossii-predstavili-sverkhlegkii-splav-dlia-grazhdanskikh-sudov |title=В России представили сверхлегкий сплав для гражданских судов |subtitle= |lang= |format= |website= |publisher=Известия |date=2024-07-01 |description= |quote= |doi= |access-date=2024-07-06 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20240706071832/https://iz.ru/1720945/2024-07-01/v-rossii-predstavili-sverkhlegkii-splav-dlia-grazhdanskikh-sudov |archive-date=2024-07-06 }}</ref><ref>{{cite web |author=Гненной Олег |author-link= |coauthors= |url=https://www.korabel.ru/news/comments/perspektivnye_napravleniya_ispolzovaniya_alyuminiya_-_nadstroyki_skorostnye_i_elektrosuda.html |title="Перспективные направления использования алюминия - надстройки, скоростные и электросуда" |subtitle= |lang= |format= |website= |publisher= |date=2023-02-08 |description= |quote= |doi= |access-date=2024-07-06 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20240711225641/https://www.korabel.ru/news/comments/perspektivnye_napravleniya_ispolzovaniya_alyuminiya_-_nadstroyki_skorostnye_i_elektrosuda.html |archive-date=2024-07-11 }}</ref>. | |||
Важной и практически не изученной областью применения скандия является то обстоятельство, что подобно легированию иттрием алюминия легирование чистого алюминия скандием также повышает электропроводность проводов{{нет АИ|11|07|2022}}, и эффект резкого упрочнения имеет большие перспективы для применения такого сплава для транспортировки электроэнергии (ЛЭП). Сплавы скандия — наиболее перспективные материалы в производстве управляемых снарядов. Ряд специальных сплавов скандия, композитов на скандиевой связке весьма перспективен в области конструирования скелета [[киборг]]ов. В последние годы важная роль скандия (и отчасти иттрия и лютеция) выявилась в производстве некоторых по составу суперпрочных [[Мартенситностареющие стали|мартенситностареющих сталей]], некоторые образцы которых показали прочность свыше {{nobr|70 кг/мм<sup>2</sup>}} (свыше {{nobr|700 МПа).}} | |||
Некоторое количество скандия расходуется для легирования жаростойких сплавов никеля с хромом и железом ([[нихром]]ы и [[фехраль|фехрали]]) для резкого увеличения срока службы при использовании в качестве нагревательной обмотки для печей сопротивления. | |||
=== [[Сверхтвёрдые материалы]] === | |||
Скандий используется для получения сверхтвёрдых материалов. Так, например, легирование [[карбид титана|карбида титана]] [[карбид скандия|карбидом скандия]] весьма резко поднимает [[микротвёрдость]] (в 2 раза), что делает этот новый материал четвёртым по твёрдости после [[алмаз]]а (около {{nobr|98,7—120 ГПа),}} нитрида бора ([[боразон]]а), (около {{nobr|77—87 ГПа),}} сплава бор-углерод-кремний (около {{nobr|68—77 ГПа),}} и существенно больше, чем у [[карбид бора|карбида бора]] {{nobr|(43,2—52 ГПа),}} [[карбид кремния|карбида кремния]] {{nobr|(37 ГПа).}} Микротвёрдость сплава карбида скандия и карбида титана около {{nobr|53,4 ГПа}} (у [[Карбид титана|карбида титана]], например, {{nobr|29,5 ГПа).}} Особенно интересны сплавы скандия с [[бериллий|бериллием]], обладающие уникальными характеристиками по прочности и жаростойкости. | |||
Так, например, [[бериллиды|бериллид]] скандия (1 атом скандия и 13 атомов бериллия) обладает наивысшим благоприятным сочетанием плотности, прочности и высокой температуры плавления, и во многих отношениях подходит для аэрокосмической техники, превосходя в этом отношении лучшие сплавы из известных человечеству на основе титана, и ряд композиционных материалов (в том числе ряд материалов на основе нитей углерода и бора). | |||
=== Микроэлектроника === | |||
Оксид скандия (температура плавления {{nobr|2450 [[Градус Цельсия|°C]])}} имел важнейшую роль в производстве супер-ЭВМ: ферриты с малой индукцией при использовании в устройствах хранения информации позволяют увеличить скорость обмена данными в несколько раз из-за снижения остаточной индукции с {{nobr|2—3 кГаусс}} до {{nobr|0,8—1 кГаусс.}} | |||
=== [[Источники света]] === | |||
Порядка {{nobr|80 кг}} скандия (в составе [[оксид скандия|Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]) в год используется для производства [[лампочка|осветительных элементов]] высокой интенсивности. Иодид скандия добавляется в ртутно-газовые лампы, производящие очень правдоподобные источники искусственного света, близкого к солнечному, которые обеспечивают хорошую цветопередачу при съёмке на телекамеру. | |||
=== Изотопы скандия === | |||
{{main|Изотопы скандия}} | |||
Радиоактивный изотоп [[Скандий-46|<sup>46</sup>Sc]] (период полураспада 83,83 суток) используется в качестве «метки» в нефтеперерабатывающей промышленности, для контроля металлургических процессов и [[Радиотерапия|радиотерапии]] раковых опухолей. | |||
Изотоп [[скандий-47]] (период полураспада 3,35 суток) является одним из лучших источников позитронов. | |||
Изотоп скандий-44 с малым [[Период полураспада|периодом полураспада]] (4 часа, канал распада - [[позитронный распад]]) используется для [[Позитронно-эмиссионная томография|ПЭТ-томографии]], с помощью которой определяется локализация [[Злокачественная опухоль|злокачественных опухолей]]. Ввиду малого периода полураспада, он вырабатывается в генераторах на основе титана-44 (период полураспада 60 лет, канал распада - [[электронный захват]]), [[Радиоактивные фармацевтические препараты|радиофармпрепарат]] изготавливается [[in situ]] за счёт пропускания нерадиоактивного "полуфабриката" радиофармпрерарата через генератор. | |||
=== [[Ядерная энергетика]] === | |||
В атомной промышленности с успехом применяется гидрид и дейтерид скандия — прекрасные замедлители нейтронов и мишень (бустер) в мощных и компактных нейтронных генераторах. | |||
{{ | Диборид скандия (температура плавления {{nobr|2250 °C)}} применяется в качестве компонента жаропрочных сплавов, а также как материал катодов электронных приборов. | ||
В атомной промышленности находит применение бериллид скандия в качестве отражателя нейтронов, и, в частности, этот материал, равно как и бериллид иттрия, предложен в качестве отражателя нейтронов в конструкции атомной бомбы. | |||
=== | === [[Медицина]] === | ||
Важную роль оксид скандия может сыграть в медицине (высококачественные [[зубные протезы]]). | |||
=== | === [[Лазерные материалы]] === | ||
{{ | Скандий используется в устройствах высокотемпературной сверхпроводимости, производстве лазерных материалов (ГСГГ). [[Галлий-скандий-гадолиниевый гранат]] (ГСГГ) при легировании его ионами [[хром]]а и [[неодим]]а позволил получить {{nobr|4,5 %}} КПД и рекордные параметры в частотном режиме генерации сверхкоротких импульсов, что создаёт весьма оптимистичные предпосылки для создания сверхмощных лазерных систем для получения термоядерных микровзрывов уже на основе чистого дейтерия (инерциальный синтез) уже в самом ближайшем будущем. Так, например, ожидается{{кем}}, что в ближайшие 10—13 лет лазерные материалы на основе ГСГГ и боратов скандия займут ведущую роль в разработке и оснащении лазерными системами активной обороны для самолётов и вертолётов в развитых странах, и параллельно с этим развитие крупной термоядерной энергетики с привлечением гелия-3, в смесях с гелием-3 лазерный термоядерный микровзрыв уже получен. | ||
=== | === Производство [[солнечная батарея|солнечных батарей]] === | ||
Оксид скандия в сплаве с оксидом [[гольмий|гольмия]] используется в производстве фотопреобразователей на основе кремния в качестве покрытия. Это покрытие имеет широкую область прозрачности {{nobr|(400—930 нм),}} и снижает спектральный [[коэффициент отражения (оптика)|коэффициент отражения]] света от кремния до {{nobr|1—4 %,}} и при его применении у такого модифицированного фотоэлемента увеличивается ток короткого замыкания на {{nobr|35—70 %,}} что, в свою очередь, позволяет увеличить выходную мощность фотопреобразователей в 1,4 раза. | |||
==== | === [[МГД-генератор]]ы === | ||
Хромит скандия используется как один из лучших и наиболее долговечных материалов для изготовления электродов МГД-генераторов, к основной керамической массе добавляют предварительно окисленный хром и спекают, что придаёт материалу повышенную прочность и электропроводность. Наряду с диоксидом циркония как электродным материалом для МГД-генераторов, хромит скандия обладает более высокой стойкостью к эрозии соединениями цезия (используемого в качестве плазмообразующей добавки). | |||
=== | === [[Рентгеновское зеркало|Рентгеновские зеркала]] === | ||
Скандий широко применяется для производства многослойных рентгеновских зеркал (композиции: скандий-вольфрам, скандий-хром, скандий-молибден). | |||
Теллурид скандия очень перспективный материал для производства термоэлементов (высокая термо-э.д.с, {{nobr|255 мкВ/К}} и малая плотность и высокая прочность). | |||
В последние годы значительный интерес для авиакосмической и атомной техники приобрели тугоплавкие сплавы (интерметаллические соединения) скандия с рением (температура плавления до {{nobr|2575 °C),}} рутением (температура плавления до {{nobr|1840 °C),}} [[железо]]м (температура плавления до {{nobr|1600 °C),}} (жаропрочность, умеренная плотность и др). | |||
==== | === [[Огнеупорные материалы]] === | ||
Важную роль в качестве огнеупорного материала специального назначения оксид скандия (температура плавления {{nobr|2450 °C)}} играет в производстве сталеразливочных стаканов для разливки высоколегированных сталей, по стойкости в потоке жидкого металла оксид скандия превосходит все известные и применяемые материалы (так, например, наиболее устойчивый оксид иттрия уступает в 8,5 раза оксиду скандия) и в этой области, можно сказать, незаменим. Его широкому применению препятствует лишь весьма высокая цена, и в известной степени альтернативным решением в этой области является применение скандатов иттрия, армированных нитевидными кристаллами оксида алюминия для увеличения прочности), а также применение танталата скандия. | |||
=== | === Производство [[фианит]]ов === | ||
Важную роль играет оксид скандия для производства фианитов, где он является самым лучшим стабилизатором. | |||
=== | === [[Люминофоры]] === | ||
Борат скандия, равно как и борат иттрия, применяется в радиоэлектронной промышленности в качестве матрицы для люминофоров. | |||
=== | == Биологическая роль == | ||
Скандий не играет никакой биологической роли<ref name="lenntech">{{cite web|url=http://www.lenntech.com/periodic/elements/sc.htm|format=|author=|title=Scandium (Sc) — Chemical properties, Health and Environmental effects|work=|publisher=www.lenntech.com|datepublished=|access-date=2009-09-19|lang=en|description=|archive-url=https://www.webcitation.org/617v0Cl6g?url=http://www.lenntech.com/periodic/elements/sc.htm#|archive-date=2011-08-22|url-status=live}}</ref>. | |||
== | == Примечания == | ||
{{ | {{примечания}} | ||
}} | |||
== | == Литература == | ||
* [[ | * ''Коган Б. И., Названова В. А.'' Скандий. — М.: Изд-во АН УССР, 1963. — 304 с. с илл. | ||
* Неорганическая и аналитическая химия скандия / ''[[Комиссарова, Лидия Николаевна|Л. Н. Комиссарова]]''; Рос. акад. наук. Ин-т геохимии и аналит. химии им. В. И. Вернадского. - Москва : Эдиториал УРСС, 2001. - 510 с.; ISBN 5-8360-0316-5. | |||
== | == Ссылки == | ||
{{навигация}} | |||
* | * [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Sc/key.html Скандий на Webelements] | ||
* | * [http://n-t.ru/ri/ps/pb021.htm Скандий в Популярной библиотеке химических элементов] | ||
{{внешние ссылки}} | |||
{{Соединения скандия}} | |||
{{Периодическая система элементов}} | {{Периодическая система элементов}} | ||
{{Ряд Активности Металлов}} | |||
[[Категория:Металлы]] | |||
[[Категория:Редкоземельные элементы]] | |||
[[Категория:Элементы, предсказанные Дмитрием Менделеевым]] | |||
[[Категория:Переходные металлы]] | |||
[[Категория:Скандий| ]] | |||
Текущая версия от 16:59, 24 декабря 2025
Шаблон:Redirect Шаблон:Карточка химического элемента Шаблон:Элемент периодической системы Ска́ндий (химический символ — Sc, от лат. Scandium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 21.
Простое вещество скандий — лёгкий переходный редкоземельный металл серебристого цвета с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с гексагональной решёткой типа магния, β-Sc с кубической объёмноцентрированной решёткой, температура перехода α↔β 1336 °C<ref name="ХЭ"/>.
Нахождения в природе
Скандий — моноизотопный элемент, в природе встречается только один стабильный изотоп скандий-45.
Среднее содержание скандия в земной коре — 10 г/т. Близки по химическим и физическим свойствам к скандию иттрий, лантан и лантаноиды. Во всех природных соединениях скандий, так же как и его аналоги алюминий, иттрий, лантан, проявляет положительную валентность, равную трём, поэтому в окислительно-восстановительных реакциях он участия не принимает. Скандий является рассеянным элементом и входит в состав многих минералов. Собственно скандиевых минералов известно 2: тортвейтит (Sc,Y)2Si2O7 (Sc2O3 до 53,5 %) и стерреттит (кольбекит Sc[PO4]·2H2O (Sc2O3 до 39,2 %). Относительно небольшие концентрации обнаружены примерно в 100 минералах.
В связи с тем, что по свойствам скандий близок к Mg, Al, Ca, Mn2+, Fe2+, TR (редкоземельным элементам), Hf, Th, U, Zr, главная масса его рассеивается в минералах, содержащих эти элементы. Имеет место изовалентное замещение скандием элементов группы TR, особенно в существенно иттриевых минералах (ксенотим, ассоциация Sc — Y в тортвейтите и замещение Al в берилле). Гетеровалентное замещение скандием Fe2+ и магния в пироксенах, амфиболах, оливине, биотите широко развито в основных и ультраосновных породах, а замещение циркония — в поздние стадии магматического процесса и в пегматитах.
Основные минералы-носители скандия: флюорит (до 1 % Sc2O3), бадделеит (до 0,35 %), касситерит (0,005—0,2 %), вольфрамит (0—0,4 %), ильменорутил (0,0015—0,3 %), торианит (0,46 % Sc2O3), самарскит (0,45 %), минералы надгруппы пирохлора (0,02 %), ксенотим (0,0015—1,5 %), берилл (0,2 %). На настоящее время (2021 год) известен 21 минерал, являющийся собственной фазой скандия: аллендеит, баццит (скандиевый берилл, 3—14,44 %), bonacinaite, каскандит, дависит, эрингаит, heftetjernite, джервисит, ёнаит, кампелит, кангит, кольбекит, кристиансенит, nioboheftetjernite, офтедалит, пангуит, претулит, скандиобабингтонит, тортвейтит, шахдараит-(Y), warkite. В процессе формирования магматических пород и их жильных производных скандий в главной своей массе рассеивается преимущественно в темноцветных минералах магматических пород и в незначительной степени концентрируется в отдельных минералах постмагматических образований. Наиболее высокие (30 г/т Sc2O3) концентрации скандия приурочены к ультраосновным и основным породам, в составе которых ведущую роль играют железо-магнезиальные минералы (пироксен, амфибол и биотит). В породах среднего состава среднее содержание Sc2O3 10 г/т, в кислых — 2 г/т. Здесь скандий рассеивается также в темноцветных минералах (роговой обманке, биотите) и устанавливается в мусковите, цирконе, сфене. Концентрация в морской воде — Шаблон:Nobr<ref>J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965</ref>. Также скандий присутствует в каменном угле, и для его выделения можно вести переработку доменных чугунолитейных шлаков, которая была начата в последние годы в ряде развитых стран.
История и название
Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как экабор) в статье, датированной 11 декабря (29 ноября по старому стилю) 1870 года<ref>Шаблон:Статья</ref>, и открыт в 1879 году шведским химиком Ларсом Нильсоном в минералах эвксените и гадолините. Нильсон получил 2 грамма оксида скандия высокой чистоты<ref name="Nilsonfr">Шаблон:Cite journal</ref><ref name="Nilsonde">Шаблон:Cite journal</ref>. Нильсон назвал элемент в честь Скандинавии (лат. Scandia).
Металлический скандий был впервые получен в 1937 году электролизом эвтектической смеси хлоридов калия, лития и скандия при температуре 700—800 °С<ref>Шаблон:Cite journal</ref>.
Физические свойства
Шаблон:Дополнить раздел Скандий — лёгкий металл серебристого цвета с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с гексагональной решёткой типа магния (a=3,3085 Å; с=5,2680 Å; z=2; пространственная группа P63/mmc), β-Sc с кубической объёмноцентрированной решёткой, температура перехода α↔β 1336 °C, ΔH перехода 4,01 кДж/моль. Температура плавления 1541 °C, температура кипения 2837 °C. Скандий — мягкий металл, с чистотой 99,5 % и выше (в отсутствие O2) легко поддается механической обработке<ref name="ХЭ"/>.
Химические свойства
Шаблон:Дополнить раздел Химические свойства скандия похожи на таковые у алюминия. В большинстве соединений скандий проявляет степень окисления +3. Компактный металл на воздухе покрывается с поверхности оксидной плёнкой. При нагревании до красного каления реагирует с фтором, кислородом, азотом, углеродом, фосфором. При комнатной температуре реагирует с хлором, бромом и иодом. Реагирует с разбавленными сильными кислотами; концентрированными кислотами-окислителями и HF пассивируется. Реагирует с концентрированными растворами щелочей.
Ион Sc3+ бесцветный диамагнитный, координационное число в водных растворах — 6. Как и в случае алюминия, гидроксид скандия амфотерен и растворяется как в избытке кислот, так и в избытке щелочей; с разбавленным раствором аммиака не реагирует. Хлорид, бромид, иодид и сульфат скандия хорошо растворимы в воде, раствор имеет кислую реакцию вследствие частичного гидролиза, при этом гидратация безводных солей сопровождается бурным выделением тепла. Фторид и фосфат скандия в воде не растворимы, но фторид растворятся в присутствии избытка фторид-ионов с образованием ScF63-. Карбид, нитрид, фосфид, сульфид и карбонат скандия водой нацело гидролизуются. Органические соединения скандия термически относительно устойчивы, но бурно реагируют с водой и воздухом. Они построены в основном при помощи σ-связей Sc-C и представлены алкильными производными и полимерными циклопентадиенидами.
Известны также соединения с низшими степенями окисления скандия (+2, +1, 0). Одно из простейших где скандий находится формально в степени окисления +2 — тёмно-синее твёрдое вещество состава CsScCl3. В этом веществе представлены связи между атомами скандия<ref>Шаблон:Статья</ref>. Моногидрид скандия ScH наблюдался спектроскопически в условиях высоких температур в газовой фазе<ref>Шаблон:Статья</ref>. Также низшие степени окисления скандия обнаружены в металлоорганических соединениях<ref>Шаблон:Статья</ref><ref>Шаблон:Статья</ref><ref>Шаблон:Статья</ref><ref>Шаблон:Статья</ref>.
Получение
Мировые ресурсы скандия
Скандий добывается как попутный продукт при добыче других полезных ископаемых.
Около Шаблон:Nobr мировой добычи скандия производится на месторождении Баян-Обо (Китай). Запасы скандия на месторождении оцениваются в Шаблон:Nobr Скандий здесь сконцентрирован, в основном, в эгирине, где его среднее содержание составляет Шаблон:Nobr Является попутным продуктом при добыче железа и редкоземельных элементов.
Другие значимые месторождения скандия:
- Урановое месторождение Жёлтые воды (Украина, Днепропетровская область). Скандий сконцентрирован в эгирине и рибеките. Запасы и ресурсы скандийсодержащей руды оценены в Шаблон:Nobr при содержании Sc в среднем Шаблон:Nobr<ref name=":0">Шаблон:Статья</ref>.
- Ковдорское бадделеит-апатит-магнетитовое месторождение (Россия, Мурманская область) в фоскорит-карбонатитовом комплексе. Скандий сконцентрирован, в основном, в бадделеите (где среднее содержание Sc2O3 780 г/т), а также пирохлоре, ильмените, цирконолите и ёнаите. Ресурсы Sc2O3 оценены в Шаблон:Nobr при среднем содержании скандия Шаблон:Nobr<ref>Шаблон:Статья</ref>.
- Томторское ниобий-скандий-редкоземельное месторождение (Россия, Якутия) в коре выветривания карбонатитов. Основные минералы-концентраторы скандия — ксенотим, циркон, монацит, а также апатит и рутил. Запасы Sc2O3 по категориям B+C1 оценены в Шаблон:Nobr при среднем содержании Sc2O3 Шаблон:Nobr<ref>Шаблон:Статья</ref>.
- Чуктуконское железо-редкоземельно-ниобиевое месторождение (Красноярский край): Шаблон:Nobr Sc2O3<ref>Шаблон:Книга</ref>.
- Гидротермально-метасоматическое Кумирское скандий-уран-редкоземельное месторождение (Россия, Алтай). Минерал-концентратор скандия — тортвейтит, а также турмалин и слюды. Ресурсы скандия Шаблон:Nobr при содержании Sc2O3 от 50 до Шаблон:Nobr<ref name=":0" /><ref>Шаблон:Статья</ref>.
- Ниобий-иттрий-фтористые тортвейтит-содержащие пегмтатиты района Ивеланн-Эвье в Норвегии, разрабатываемые в 20 веке до 1960-х годов.
- Латеритовые месторождения в Австралии: Нинган (запасы Шаблон:Nobr руды при среднем содержании скандия Шаблон:Nobr Сьерстон Шаблон:Nobr руды при среднем содержании скандия Шаблон:Nobr<ref name=":0"/>.
Тортвейтит-содержащие пегматиты известны на Мадагаскаре (районы Бефанамо и Береро, частично разрабатывались до 1950-х годов) и в США (округ Равалли, штат Монтана)<ref name=":0"/>. Также скандий присутствует в каменном угле, и предположительно для его добычи можно вести переработку доменных чугунолитейных шлаков.
Производство и потребление скандия
Шаблон:Нет ссылок в разделе В 1988 году производство оксида скандия в мире составило:
| Страна | Объём добычи, не менее, кг/год |
|---|---|
| Китай | 50 |
| Франция | 100 |
| Норвегия | 120 |
| США | 500 |
| Япония | 30 |
| Казахстан | 700 |
| Украина | 610 |
| Россия | 958 |
Скандий можно назвать металлом XXI века и прогнозировать резкий рост добычи, цены и спроса на него в связи с переработкой огромного количества каменного угля (особенно в России) в жидкое топливо.
В 2015—2019 годах средняя цена составила $107—$134 за грамм металлического скандия, и $4—$5 за грамм Sc2O3<ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Применение
Применение скандия в виде микролегирующей примеси оказывает значительное влияние на ряд практически важных сплавов, так, например, прибавление Шаблон:Nobr скандия к сплавам алюминий-магний повышает временное сопротивление разрыву на Шаблон:Nobr а предел текучести на Шаблон:Nobr и при этом относительное удлинение остаётся на уровне Шаблон:Nobr Добавка Шаблон:Nobr к хрому повышает его устойчивость к окислению вплоть до температуры Шаблон:Nobr и аналогичное, но ещё более ярко выраженное действие оказывает на жаростойкие сплавы типа «нихром» и в этой области применение скандия значительно эффективнее иттрия. Оксид скандия обладает рядом преимуществ для производства высокотемпературной керамики перед другими оксидами, так, прочность оксида скандия при нагревании возрастает и достигает максимума при Шаблон:Nobr в то же время оксид скандия обладает минимальной теплопроводностью и высочайшей стойкостью к термоудару. Скандат иттрия — это один из лучших материалов для конструкций, работающих при высоких температурах. Определённое количество оксида скандия постоянно расходуется для производства германатных стёкол для оптоэлектроники.
Сплавы скандия
Главным по объёму применением скандия является его применение в алюминиево-скандиевых сплавах, применяемых в спортивной экипировке (мотоциклы, велосипеды, бейсбольные биты и т. п.) и самолётостроении — везде, где требуются высокопрочные материалы. В сплаве с алюминием скандий обеспечивает дополнительную прочность и ковкость.
Например, легирование алюмо-магниевого сплава АМг6 скандием в отсутствие дополнительного упрочнения повышает предел прочности с 32 до Шаблон:Nobr а предел текучести — с 16 до Шаблон:Nobr (после 30-процентной нагартовки те же показатели составляют соответственно 42 и Шаблон:Nobr у АМг6НПП против 45 и 36 Шаблон:Nobr у сплава 01570Н)<ref>Шаблон:Cite web</ref>. Для сравнения, предел прочности на разрыв у чистого скандия около Шаблон:Nobr Шаблон:Nobr у титана, например, Шаблон:Nobr а у нелегированного иттрия — Шаблон:Nobr Применение скандиевых сплавов в авиации и гражданском ракетостроении позволит значительно снизить стоимость перевозок и резко повысить надёжность эксплуатируемых систем, в то же время при снижении цен на скандий и его применение для производства автомобильных двигателей так же значительно увеличит их ресурс и частично КПД. Очень важно и то обстоятельство, что скандий упрочняет алюминиевые сплавы, легированные гафнием.
В России промышленно производится алюминиево-скандиевый сплавы 1580 (0,1% скандия) и 1581 (0,03 % скандия) (в зарубежной классификации 5180 и 5181 соответственно). Сплав 1580 заметно дороже и его применение целесообразно там, где весовые характеристики являются критически важным фактором (например — в аэрокосмической отрасли). Сплав 1581 находит применение в вагоностроении<ref>Шаблон:Cite web</ref> и в судостроении. Массу морских и речных судов, построенных на его основе, удаётся снизить до 10 % и более, что позволяет снизить расход топлива и улучшить управляемость. Важным фактором является также повышение прочности сварных швов на корпусах судов и лодок на 20 %. Снижение веса корпуса речных моторных лодок и катеров за счёт использования более лёгких сплавов является особенно критичным для гражданских моделей — если судно весит меньше 200 кг, то его можно не регистрировать в Государственной инспекции по маломерным судам (ГИМС МЧС). Поэтому использование алюминиево-скандиевого сплава позволит большему количеству малых судов попадать в категорию «не регистрат»<ref>Шаблон:Статья</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Cite web</ref>.
Важной и практически не изученной областью применения скандия является то обстоятельство, что подобно легированию иттрием алюминия легирование чистого алюминия скандием также повышает электропроводность проводовШаблон:Нет АИ, и эффект резкого упрочнения имеет большие перспективы для применения такого сплава для транспортировки электроэнергии (ЛЭП). Сплавы скандия — наиболее перспективные материалы в производстве управляемых снарядов. Ряд специальных сплавов скандия, композитов на скандиевой связке весьма перспективен в области конструирования скелета киборгов. В последние годы важная роль скандия (и отчасти иттрия и лютеция) выявилась в производстве некоторых по составу суперпрочных мартенситностареющих сталей, некоторые образцы которых показали прочность свыше Шаблон:Nobr (свыше Шаблон:Nobr
Некоторое количество скандия расходуется для легирования жаростойких сплавов никеля с хромом и железом (нихромы и фехрали) для резкого увеличения срока службы при использовании в качестве нагревательной обмотки для печей сопротивления.
Скандий используется для получения сверхтвёрдых материалов. Так, например, легирование карбида титана карбидом скандия весьма резко поднимает микротвёрдость (в 2 раза), что делает этот новый материал четвёртым по твёрдости после алмаза (около Шаблон:Nobr нитрида бора (боразона), (около Шаблон:Nobr сплава бор-углерод-кремний (около Шаблон:Nobr и существенно больше, чем у карбида бора Шаблон:Nobr карбида кремния Шаблон:Nobr Микротвёрдость сплава карбида скандия и карбида титана около Шаблон:Nobr (у карбида титана, например, Шаблон:Nobr Особенно интересны сплавы скандия с бериллием, обладающие уникальными характеристиками по прочности и жаростойкости.
Так, например, бериллид скандия (1 атом скандия и 13 атомов бериллия) обладает наивысшим благоприятным сочетанием плотности, прочности и высокой температуры плавления, и во многих отношениях подходит для аэрокосмической техники, превосходя в этом отношении лучшие сплавы из известных человечеству на основе титана, и ряд композиционных материалов (в том числе ряд материалов на основе нитей углерода и бора).
Микроэлектроника
Оксид скандия (температура плавления Шаблон:Nobr имел важнейшую роль в производстве супер-ЭВМ: ферриты с малой индукцией при использовании в устройствах хранения информации позволяют увеличить скорость обмена данными в несколько раз из-за снижения остаточной индукции с Шаблон:Nobr до Шаблон:Nobr
Порядка Шаблон:Nobr скандия (в составе Sc2O3) в год используется для производства осветительных элементов высокой интенсивности. Иодид скандия добавляется в ртутно-газовые лампы, производящие очень правдоподобные источники искусственного света, близкого к солнечному, которые обеспечивают хорошую цветопередачу при съёмке на телекамеру.
Изотопы скандия
Шаблон:Main Радиоактивный изотоп 46Sc (период полураспада 83,83 суток) используется в качестве «метки» в нефтеперерабатывающей промышленности, для контроля металлургических процессов и радиотерапии раковых опухолей.
Изотоп скандий-47 (период полураспада 3,35 суток) является одним из лучших источников позитронов.
Изотоп скандий-44 с малым периодом полураспада (4 часа, канал распада - позитронный распад) используется для ПЭТ-томографии, с помощью которой определяется локализация злокачественных опухолей. Ввиду малого периода полураспада, он вырабатывается в генераторах на основе титана-44 (период полураспада 60 лет, канал распада - электронный захват), радиофармпрепарат изготавливается in situ за счёт пропускания нерадиоактивного "полуфабриката" радиофармпрерарата через генератор.
В атомной промышленности с успехом применяется гидрид и дейтерид скандия — прекрасные замедлители нейтронов и мишень (бустер) в мощных и компактных нейтронных генераторах.
Диборид скандия (температура плавления Шаблон:Nobr применяется в качестве компонента жаропрочных сплавов, а также как материал катодов электронных приборов. В атомной промышленности находит применение бериллид скандия в качестве отражателя нейтронов, и, в частности, этот материал, равно как и бериллид иттрия, предложен в качестве отражателя нейтронов в конструкции атомной бомбы.
Важную роль оксид скандия может сыграть в медицине (высококачественные зубные протезы).
Скандий используется в устройствах высокотемпературной сверхпроводимости, производстве лазерных материалов (ГСГГ). Галлий-скандий-гадолиниевый гранат (ГСГГ) при легировании его ионами хрома и неодима позволил получить Шаблон:Nobr КПД и рекордные параметры в частотном режиме генерации сверхкоротких импульсов, что создаёт весьма оптимистичные предпосылки для создания сверхмощных лазерных систем для получения термоядерных микровзрывов уже на основе чистого дейтерия (инерциальный синтез) уже в самом ближайшем будущем. Так, например, ожидаетсяШаблон:Кем, что в ближайшие 10—13 лет лазерные материалы на основе ГСГГ и боратов скандия займут ведущую роль в разработке и оснащении лазерными системами активной обороны для самолётов и вертолётов в развитых странах, и параллельно с этим развитие крупной термоядерной энергетики с привлечением гелия-3, в смесях с гелием-3 лазерный термоядерный микровзрыв уже получен.
Производство солнечных батарей
Оксид скандия в сплаве с оксидом гольмия используется в производстве фотопреобразователей на основе кремния в качестве покрытия. Это покрытие имеет широкую область прозрачности Шаблон:Nobr и снижает спектральный коэффициент отражения света от кремния до Шаблон:Nobr и при его применении у такого модифицированного фотоэлемента увеличивается ток короткого замыкания на Шаблон:Nobr что, в свою очередь, позволяет увеличить выходную мощность фотопреобразователей в 1,4 раза.
Хромит скандия используется как один из лучших и наиболее долговечных материалов для изготовления электродов МГД-генераторов, к основной керамической массе добавляют предварительно окисленный хром и спекают, что придаёт материалу повышенную прочность и электропроводность. Наряду с диоксидом циркония как электродным материалом для МГД-генераторов, хромит скандия обладает более высокой стойкостью к эрозии соединениями цезия (используемого в качестве плазмообразующей добавки).
Скандий широко применяется для производства многослойных рентгеновских зеркал (композиции: скандий-вольфрам, скандий-хром, скандий-молибден). Теллурид скандия очень перспективный материал для производства термоэлементов (высокая термо-э.д.с, Шаблон:Nobr и малая плотность и высокая прочность).
В последние годы значительный интерес для авиакосмической и атомной техники приобрели тугоплавкие сплавы (интерметаллические соединения) скандия с рением (температура плавления до Шаблон:Nobr рутением (температура плавления до Шаблон:Nobr железом (температура плавления до Шаблон:Nobr (жаропрочность, умеренная плотность и др).
Важную роль в качестве огнеупорного материала специального назначения оксид скандия (температура плавления Шаблон:Nobr играет в производстве сталеразливочных стаканов для разливки высоколегированных сталей, по стойкости в потоке жидкого металла оксид скандия превосходит все известные и применяемые материалы (так, например, наиболее устойчивый оксид иттрия уступает в 8,5 раза оксиду скандия) и в этой области, можно сказать, незаменим. Его широкому применению препятствует лишь весьма высокая цена, и в известной степени альтернативным решением в этой области является применение скандатов иттрия, армированных нитевидными кристаллами оксида алюминия для увеличения прочности), а также применение танталата скандия.
Производство фианитов
Важную роль играет оксид скандия для производства фианитов, где он является самым лучшим стабилизатором.
Борат скандия, равно как и борат иттрия, применяется в радиоэлектронной промышленности в качестве матрицы для люминофоров.
Биологическая роль
Скандий не играет никакой биологической роли<ref name="lenntech">Шаблон:Cite web</ref>.
Примечания
Литература
- Коган Б. И., Названова В. А. Скандий. — М.: Изд-во АН УССР, 1963. — 304 с. с илл.
- Неорганическая и аналитическая химия скандия / Л. Н. Комиссарова; Рос. акад. наук. Ин-т геохимии и аналит. химии им. В. И. Вернадского. - Москва : Эдиториал УРСС, 2001. - 510 с.; ISBN 5-8360-0316-5.
Ссылки
Шаблон:Внешние ссылки Шаблон:Соединения скандия Шаблон:Навигационная обёртка
| {{#if:|Щелочные металлы|Щелочные металлы}} | {{#if:|Щёлочноземельные металлы|Щёлочноземельные металлы}} | {{#if:|Лантаноиды|Лантаноиды}} | {{#if:|Актиноиды|Актиноиды}} | {{#if:|Переходные металлы|Переходные металлы}} |
| {{#if:|Постпереходные металлы|Постпереходные металлы}} | {{#if:|Полуметаллы|Полуметаллы}} | {{#if:|Неметаллы| Неметаллы}} | {{#if:|Галогены|Галогены}} | {{#if:|Благородные газы|Благородные газы}} |