scandiu este un metal de tranziție al cărui simbol chimic este Sc. Este primul dintre metalele de tranziție din tabelul periodic, dar este, de asemenea, unul dintre elementele mai puțin comune ale pământurilor rare; deși proprietățile sale seamănă cu cele ale lantanidelor, nu toți autorii sunt de acord să o clasifice în așa fel.
La nivel popular, este un element chimic care trece neobservat. Numele său, născut din mineralele din pământuri rare din Scandinavia, poate fi alături de cupru, fier sau aur. Cu toate acestea, este încă impresionant, iar proprietățile fizice ale aliajelor sale pot concura cu cele ale titanului..
La fel, se fac tot mai mulți pași în lumea tehnologiei, în special în ceea ce privește iluminarea și laserele. Oricine a observat un far care radiază o lumină similară cu cea a soarelui, va fi asistat indirect la existența scandiumului. În caz contrar, este un articol promițător pentru fabricarea aeronavelor.
Principala problemă cu care se confruntă piața scandium este că aceasta este răspândită pe scară largă și nu există minerale sau surse bogate de ea; deci extracția sa este costisitoare, chiar și atunci când nu este un metal cu abundență scăzută în scoarța terestră. În natură este găsit ca oxidul său, un solid care nu poate fi redus cu ușurință.
În majoritatea compușilor săi, anorganici sau organici, participă la legătura cu un număr de oxidare de +3; adică presupunând prezența cationului Sc3+. Scandiul este un acid relativ puternic și poate forma legături de coordonare foarte stabile cu atomii de oxigen ai moleculelor organice..
Indice articol
Scandiul a fost recunoscut ca element chimic în 1879, de către chimistul elvețian Lars F. Nilson. El a lucrat cu mineralele euxenită și gadolinită cu intenția de a obține itriul conținut în ele. El a descoperit că există un element necunoscut în urmele sale datorită studiului analizei spectroscopice (spectrul de emisie atomică).
Din minerale, el și echipa sa au reușit să obțină respectivul oxid de scandiu, nume primit pentru că au colectat cu siguranță probele din Scandinavia; minerale care până atunci erau numite pământuri rare.
Cu toate acestea, cu opt ani mai devreme, în 1871, Dmitri Mendeleev a prezis existența scandiumului; dar cu numele de ekaboro, ceea ce însemna că proprietățile sale chimice erau similare cu cele ale borului.
Și de fapt chimistul elvețian Per Teodor Cleve a atribuit scandium ekaboro, fiind astfel același element chimic. Mai exact, cel care începe blocul metalelor de tranziție în tabelul periodic.
Au trecut mulți ani când, în 1937, Werner Fischer și colaboratorii săi au reușit să izoleze scandiul metalic (dar impur), prin electroliza unui amestec de cloruri de potasiu, litiu și scandiu. Abia în 1960 a fost în cele din urmă posibil să se obțină cu o puritate de aproximativ 99%..
Scandiul elementar (nativ și pur) poate cristaliza în două structuri (alotrope): hexagonal compact (hcp) și cubicul centrat pe corp (bcc). Prima este denumită de obicei faza α, iar a doua faza β..
Faza α hexagonală mai densă este stabilă la temperaturi ambiante; în timp ce faza β cubică mai puțin densă este stabilă la peste 1337 ºC. Astfel, la această ultimă temperatură are loc o tranziție între ambele faze sau alotropi (în cazul metalelor).
Rețineți că, deși scandiul cristalizează în mod normal într-un solid hcp, nu înseamnă că este un metal foarte dens; cel puțin, da mai mult decât aluminiul. Din configurația sa electronică se poate ști ce electroni participă în mod normal la legătura sa metalică:
[Ar] 3d1 4sDouă
Prin urmare, cei trei electroni ai orbitalilor 3d și 4s intervin în modul în care atomii Sc sunt localizați în cristal..
Pentru a se compacta într-un cristal hexagonal, atracția nucleelor sale trebuie să fie astfel încât acești trei electroni, slab protejați de electronii cochiliilor interioare, să nu se îndepărteze prea mult de atomii Sc și, în consecință, distanțele dintre aceștia să fie restrânse..
Fazele α și β sunt asociate cu modificări de temperatură; Cu toate acestea, există o fază tetragonală, similară cu cea a niobiului metalic, Nb, care rezultă atunci când scandiul metalic suferă o presiune mai mare de 20 GPa.
Scandiul poate pierde până la maximum cei trei electroni de valență (3d14sDouă). În teorie, primii care „merg” sunt cei din orbitalul 4s..
Astfel, presupunând existența cationului Sc+ în compus, numărul său de oxidare este +1; ceea ce înseamnă că a pierdut un electron din orbitalul 4s (3d14s1).
Dacă este ScDouă+, numărul de oxidare va fi +2 și veți fi pierdut doi electroni (3d14s0); iar dacă este Sc3+, cel mai stabil dintre acești cationi, va avea un număr de oxidare de +3 și este izoelectronic la argon.
Pe scurt, numerele lor de oxidare sunt: +1, +2 și +3. De exemplu, în ScDouăSAU3 numărul de oxidare al scandiului este +3 deoarece se presupune existența Sc3+ (ScDouă3+SAU3Două-).
Este un metal alb argintiu în forma sa pură și elementară, cu o textură moale și netedă. Câștigă tonuri gălbui-roz când începe să fie acoperit cu un strat de oxid (ScDouăSAU3).
44,955 g / mol.
1541 ºC.
2836 ºC.
25,52 J / (mol K).
14,1 kJ / mol.
332,7 kJ / mol.
66 μΩ cm la 20 ° C.
2,985 g / mL, solid și 2,80 g / mL, lichid. Rețineți că densitatea sa în stare solidă este apropiată de cea a aluminiului (2,70 g / mL), ceea ce înseamnă că ambele metale sunt foarte ușoare; dar scandiul se topește la o temperatură mai ridicată (punctul de topire al aluminiului este de 660,3 ° C).
1.36 pe scara Pauling.
Prima: 633,1 kJ / mol (Sc+ gazos).
Al doilea: 1235,0 kJ / mol (ScDouă+ gazos).
Al treilea: 2388,6 kJ / mol (Sc3+ gazos).
Ora 162.
Paramagnetic.
Dintre toți izotopii scandiumului, Patru cinciSc ocupă aproape 100% din abundența totală (acest lucru se reflectă în greutatea sa atomică foarte apropiată de 45 u).
Ceilalți constau din radioizotopi cu perioade de înjumătățire diferite; Dupa cum 46Sc (t1/2 = 83,8 zile), 47Sc (t1/2 = 3,35 zile), 44Sc (t1/2 = 4 ore) și 48Sc (t1/2 = 43,7 ore). Alți radioizotopi au t1/2 mai puțin de 4 ore.
Cationul Sc3+ este un acid relativ puternic. De exemplu, în apă poate forma complexul apos [Sc (HDouăSAU)6]3+, care la rândul său poate transforma pH-ul la o valoare sub 7, deoarece generează ioni H3SAU+ ca produs al hidrolizei sale:
[Sc (HDouăSAU)6]3+(ac) + HDouăO (l) <=> [Sc (HDouăSAU)5OH]Două+(ac) + H3SAU+(ac)
Aciditatea scandiului poate fi, de asemenea, interpretată conform definiției lui Lewis: are o mare tendință de a accepta electroni și, prin urmare, de a forma complexe de coordonare.
O proprietate importantă a scandiului este că numărul său de coordonare, atât în majoritatea compușilor săi anorganici, structuri sau cristale organice, este 6; adică Sc este înconjurat de șase vecini (sau formează șase legături). Deasupra, complexul apos [Sc (HDouăSAU)6]3+ este cel mai simplu exemplu dintre toate.
În cristale, centrele Sc sunt octaedrice; fie interacționează cu alți ioni (în solidele ionice), fie cu atomi neutri legați covalent (în solidele covalente).
Exemplu din acesta din urmă îl avem [Sc (OAc)3], care formează o structură de lanț cu grupările AcO (acetiloxi sau acetoxi) care acționează ca punți între atomii Sc.
Deoarece aproape în mod implicit numărul de oxidare al scandiumului în majoritatea compușilor săi este de +3, acesta este considerat unic și, prin urmare, nomenclatura este semnificativ simplificată; foarte asemănător cu ceea ce se întâmplă cu metalele alcaline sau aluminiu în sine.
De exemplu, ia în considerare rugina ta, ScDouăSAU3. Aceeași formulă chimică indică în prealabil starea de oxidare a +3 pentru scandiu. Astfel, pentru a numi acest compus scandiu și, ca și alții, se utilizează nomenclaturile sistematice, tradiționale și tradiționale..
ScDouăSAU3 Apoi este oxid de scandiu, conform nomenclaturii stocului, omițând (III) (deși nu este singura sa stare de oxidare posibilă); oxid scandic, cu sufixul -ico la sfârșitul numelui conform nomenclaturii tradiționale; trioxid de diescandiu, respectând regulile prefixelor numerice grecești ale nomenclaturii sistematice.
Scandium, pentru moment, nu are un rol biologic definit. Adică, nu se știe cum corpul poate acumula sau asimila ioni Sc3+; care enzime specifice îl pot folosi ca cofactor, dacă exercită o influență asupra celulelor, deși similare, cu ionii de CaDouă+ o Credință3+.
Se știe, totuși, că ionii Sc3+ exercită efecte antibacteriene posibil prin interferarea cu metabolismul ionilor Fe3+.
Unele studii statistice din cadrul medicinei o pot asocia cu tulburări de stomac, obezitate, diabet, leptomeningită cerebrală și alte boli; dar fără rezultate suficient de luminoase.
La fel, plantele nu acumulează de obicei cantități apreciabile de scandiu în frunze sau tulpini, ci mai degrabă în rădăcini și noduli. Prin urmare, se poate argumenta că concentrația sa în biomasă este slabă, indicând o participare redusă la funcțiile sale fiziologice și, în consecință, ajunge să se acumuleze mai mult în soluri..
Este posibil ca scandiul să nu fie la fel de abundent ca alte elemente chimice, dar prezența sa în scoarța terestră o depășește pe cea a mercurului și a unor metale prețioase. De fapt, abundența sa se apropie de cea de cobalt și beriliu; pentru fiecare tonă de roci, se pot extrage 22 de grame de scandiu.
Problema este că atomii săi nu sunt localizați, ci împrăștiați; adică nu există minerale care sunt tocmai bogate în scandiu în compoziția lor de masă. Prin urmare, se spune că nu are preferință pentru niciunul dintre anionii tipici care formează minerale (cum ar fi carbonatul, CO3Două-, sau sulf, SDouă-).
Nu este în stare pură. Nici oxidul său cel mai stabil, ScDouăSAU3, care se combină cu alte metale sau silicați pentru a defini mineralele; precum thortveitite, euxenite și gadolinite.
Aceste trei minerale (rare în sine) reprezintă principalele surse naturale de scandiu și se găsesc în regiuni din Norvegia, Islanda, Scandinavia și Madagascar..
În caz contrar, ionii Sc3+ pot fi încorporate ca impurități în unele pietre prețioase, cum ar fi acvamarina sau în minele de uraniu. Și pe cer, în interiorul stelelor, acest element ocupă numărul 23 din abundență; destul de mare dacă este luat în considerare întregul Cosmos.
Tocmai s-a spus că scandiul poate fi găsit și ca o impuritate. De exemplu, se găsește în pigmenții TiODouă; în deșeurile de la procesarea uraniului, precum și a mineralelor sale radioactive; și în reziduurile de bauxită din producția de aluminiu metalic.
Se găsește și în laterite de nichel și cobalt, acestea din urmă fiind o sursă promițătoare de scandiu în viitor..
Dificultățile uriașe care înconjoară extracția scandiului și care au durat atât de mult până la obținerea lor în starea nativă sau metalică s-au datorat faptuluiDouăSAU3 este greu de redus; chiar mai mult decât TiODouă, pentru arătarea Sc3+ o afinitate mai mare decât cea a Ti4+ spre ODouă- (presupunând 100% caracter ionic în oxizii lor respectivi).
Adică, este mai ușor să eliminați oxigenul din TiODouă decât la ScDouăSAU3 cu un bun agent reducător (de obicei, carbon sau metale alcaline sau alcalino-pământoase). De aceea, ScDouăSAU3 este mai întâi transformat într-un compus a cărui reducere este mai puțin problematică; cum ar fi fluorura de scandiu, ScF3. Apoi, ScF3 se reduce cu calciu metalic:
2ScF3(s) + 3Ca (s) => 2Sc (s) + 3CaFDouă(s)
ScDouăSAU3 Fie provine din mineralele deja menționate, fie este un produs secundar al extracțiilor altor elemente (cum ar fi uraniu și fier). Este forma comercială de scandiu, iar producția sa redusă anuală (15 tone) reflectă costurile ridicate de prelucrare, pe lângă extracția sa din roci..
O altă metodă de producere a scandiului este de a obține mai întâi sarea sa de clorură, ScCl3, și apoi supune-l electrolizei. Astfel, scandiul metalic este produs într-un electrod (ca un burete), iar clorul gazos este produs în celălalt.
Scandiul nu numai că împărtășește cu aluminiul caracteristicile de a fi metale ușoare, dar sunt și amfotere; adică se comportă ca acizi și baze.
De exemplu, reacționează, ca multe alte metale de tranziție, cu acizi puternici pentru a produce săruri și hidrogen gazos:
2Sc (s) + 6HCl (aq) => 2ScCl3(aq) + 3HDouă(g)
Procedând astfel, se comportă ca o bază (reacționează cu HCl). Dar, reacționează în același mod cu baze puternice, cum ar fi hidroxidul de sodiu:
2Sc (s) + 6NaOH (aq) + 6HDouăO (l) => 2Na3Sc (OH)6(aq) + 3HDouă(g)
Și acum se comportă ca un acid (reacționează cu NaOH), pentru a forma o sare scandată; cea a sodiului, Na3Sc (OH)6, cu anionul scandat, Sc (OH)63-.
Când este expus la aer, scandiul începe să se oxideze la oxidul său respectiv. Reacția este accelerată și autocatalizată dacă se utilizează o sursă de căldură. Această reacție este reprezentată de următoarea ecuație chimică:
4Sc (s) + 3ODouă(g) => 2ScDouăSAU3(s)
Scandiul reacționează cu toți halogenii pentru a forma halogenuri cu formula chimică generală ScX3 (X = F, Cl, Br etc.).
De exemplu, reacționează cu iodul în conformitate cu următoarea ecuație:
2Sc (s) + 3IDouă(g) => 2ScI3(s)
În același mod reacționează cu clor, brom și fluor.
Scandiul metalic se poate dizolva în apă pentru a da naștere la hidroxidul și hidrogenul respectiv:
2Sc (s) + 6HDouăO (l) => 2Sc (OH)3(s) + HDouă(g)
Complexele apoase [Sc (HDouăSAU)6]3+ pot fi hidrolizate în așa fel încât ajung să formeze punți Sc- (OH) -Sc, până la definirea unui cluster cu trei atomi de scandiu.
Nu se știe, pe lângă rolul său biologic, care sunt efectele fiziologice și toxicologice ale scandiului.
În forma sa elementară, se crede că este netoxic, cu excepția cazului în care solidul său fin divizat este inhalat, provocând astfel daune plămânilor. De asemenea, compușilor săi li se atribuie toxicitate zero, astfel încât aportul sărurilor lor teoretic nu ar trebui să reprezinte niciun risc; atâta timp cât doza nu este mare (testată la șobolani).
Cu toate acestea, datele referitoare la aceste aspecte sunt foarte limitate. Prin urmare, nu se poate presupune că oricare dintre compușii scandiului sunt cu adevărat netoxici; cu atât mai puțin dacă metalul se poate acumula în soluri și ape, trecând apoi la plante și, într-un grad mai mic, la animale.
În prezent, scandiul încă nu reprezintă un risc palpabil în comparație cu metalele mai grele; precum cadmiul, mercurul și plumbul.
Deși prețul scandiului este ridicat în comparație cu alte metale, cum ar fi titanul sau itriul în sine, aplicațiile sale ajung să merite eforturile și investițiile. Una dintre ele este utilizarea acestuia ca aditiv pentru aliajele de aluminiu..
În acest fel, aliajele Sc-Al (și alte metale) își păstrează ușurința, dar devin și mai rezistente la coroziune, la temperaturi ridicate (nu se fisurează) și sunt la fel de puternice ca și titanul.
Atât de mult este efectul pe care scandiul îl are asupra acestor aliaje, încât este suficient să-l adăugați în urme (mai puțin de 0,5% din masă) pentru ca proprietățile sale să se îmbunătățească drastic, fără a observa o creștere apreciabilă a greutății sale. Se spune că, dacă este folosit masiv într-o zi, ar putea reduce greutatea aeronavelor cu 15-20%.
De asemenea, aliajele de scandiu au fost utilizate pentru cadrele revolverelor sau pentru fabricarea articolelor sportive, cum ar fi liliecele de baseball, bicicletele speciale, undițele, cluburile de golf etc.; deși aliajele de titan tind să le înlocuiască deoarece sunt mai ieftine.
Cel mai cunoscut dintre aceste aliaje este AldouăzeciLidouăzeciMg10ScdouăzeciTu30, care este la fel de puternic ca titanul, la fel de ușor ca aluminiul și la fel de dur ca ceramica.
Aliajele Sc-Al au fost utilizate pentru realizarea de imprimări 3D metalice, cu scopul de a plasa sau adăuga straturi de ele pe un solid preselectat.
Iodură de scandiu, ScI3, este adăugat (împreună cu iodură de sodiu) la lămpile cu vapori de mercur pentru a crea lumini artificiale care imită soarele. De aceea, pe stadioane sau pe unele terenuri de sport, chiar și noaptea, iluminatul din interiorul lor este astfel încât să ofere senzația de a urmări un meci în plină zi..
Efecte similare au fost destinate dispozitivelor electrice, cum ar fi camerele digitale, ecranele de televiziune sau monitoarele computerului. De asemenea, farurile cu astfel de lămpi de la ScI3-Hg au fost localizate în studiouri de film și televiziune.
SOFC, pentru acronimul său în limba engleză (pile de combustibil cu oxid solid), folosește un oxid sau o ceramică ca mediu electrolitic; în acest caz, un solid care conține ioni de scandiu. Utilizarea sa în aceste dispozitive se datorează conductivității sale electrice mari și capacității sale de a stabiliza creșterile de temperatură; deci lucrează fără a se încălzi prea tare.
Un exemplu de astfel de oxid solid este zirconitul stabilizat cu scandiu (sub formă de ScDouăSAU3, din nou).
Carbura de scandiu și titanul alcătuiesc o ceramică de o duritate excepțională, depășită doar de cea a diamantelor. Cu toate acestea, utilizarea sa este limitată la materiale cu aplicații foarte avansate..
Ioni Sc3+ se poate coordona cu mai mulți liganzi organici, mai ales dacă sunt molecule oxigenate.
Acest lucru se datorează faptului că legăturile Sc-O formate sunt foarte stabile și, prin urmare, ajung să construiască cristale cu structuri uimitoare, în ai căror pori pot fi declanșate reacții chimice, comportându-se ca catalizatori eterogeni; sau pentru a găzdui molecule neutre, comportându-se ca un depozit solid.
De asemenea, astfel de cristale organice de coordonare a scandiului pot fi utilizate pentru a proiecta materiale senzoriale, site moleculare sau conductori de ioni..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.