Ска́ндий (лат. Scandium, в честь Скандинавии - родины Л. Ф. Нильсона), Sc (читается «скандий»), химический элемент с атомным номером 21, атомная масса 44, 9559. Природный скандий состоит из одного стабильного изотопа с массовым числом 45. Конфигурация двух внешних электронных слоев 3s 2 p 6 d 1 4s 2 . Степени окисления +1, +2, +3 (валентность I, II, III). Скандий - редкоземельный элемент. Расположен в группе IIIВ периодической системы элементов, в 4-м периоде. Радиус атома 0, 164 нм, радиус иона Sc 3+ 0, 089 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации 6, 562, 12, 8, 24, 8, 74, 2, 93, 9 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 3.
Первым существование скандия предположил в 1871 Д. И. Менделеев . Он предложил название «экабор» и в журнале Русского химического общества описал некоторые свойства нового элемента. Открыт скандий был в 1879 шведским химиком Л. Ф. Нильсоном при исследовании иттербия . Первый образец чистого скандия (выше 94%) был получен в 1937.
Содержание скандия в земной коре 1·10 -3 % по массе. Sc - рассеянный элемент. Известно более 120 минералов, содержащих Sc. Наиболее важные собственные минералы Sc: баццит Sc 2 Be 3 Si 6 O 18 и эггонит ScPO 4 ·2H 2 O. В незначительных концентрациях Sc содержится в речных, подземных и морских водах. Обычно сопутствует вольфраму, олову, алюминию, титану и ванадию.
При получении скандия на отходы от переработки W, Sn, Al, Ti и V действуют кислотами или щелочами. Дальнейшую очистку Sc проводят экстракционными методами. Для глубокой очистки Sc перегоняют в глубоком вакууме. Металлический Sc получают методом кальцийтермического восстановления фторида скандия:
2ScF 3 +3Ca=3CaF 2 +2Sc
или его оксида: Sc 2 O 3 +3Ca=3CaO+2Sc
Скандий - серебристый металл с желтым отливом. До 1336°C устойчива α-модификация Sc с гексагональной решеткой типа решетки магния , а = 0, 33085 нм, с = 0, 52680 нм, плотность 2, 989кг/дм 3 . Выше 1336°C устойчива β-модификация с кубической объемно центрированной решеткой. Температура плавления 1541°C, кипения 2837°C. На воздухе Sc при комнатной температуре устойчив, из-за плотной защитной оксидной пленки Sc 2 O 3 . Интенсивная реакция Sc с кислородом начинается при 200-250°C. При взаимодействии Sc 2 O 3 с щелочами и оксидами щелочноземельных металлов образуются скандиаты NaScO 2 или CaSc 2 O 4. Оксид скандия образует смешанные оксиды 2Sc 2 O 3 ·3ZrO 2 .
Скандий при нагревании реагирует с галогенами , водородом , азотом , серой и фосфором . Оксид Sc 2 О 3 обладает слабоосновными свойствами, ему отвечает аморфное основание Sc(ОН) 3· nH 2 O, кристаллический гидроксид Sc(ОН) 3 и ScО(OН). По свойствам гидроксиды скандия похожи на гидроксид алюминия. Хлорид скандия ScCl 3 , нитрат Sc(NO 3) 3 , перхлорат Sc(ClO 4) 3 , сульфат Sc 2 (SO 4) 3 и некоторые другие в водных растворах гидролизованы и выделяются из растворов в виде гидратов. Скандий используется как легирующая добавка. Оксид скандия применяют в производстве ферритов , искусственных гранатов , как компонент керамических материалов. Ортофосфат скандия - основа флуоресцирующих составов.
(молярная масса)
(первый электрон)
Нахождения в природе
Геохимия и минералогия
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 процессах он участия не принимает. Скандий является рассеянным элементом и входит в состав многих минералов. Собственно скандиевых минералов известно 2: тортвейтит (Sc, Y) 2 Si 2 O 7 (Sc 2 O 3 до 53,5 %) и стерреттит (кольбекит Sc·2H 2 O (Sc 2 O 3 до 39,2 %). Относительно небольшие концентрации обнаружены примерно в 100 минералах.
В связи с тем, что по свойствам скандий близок к , , , 2+ , 2+ , TR (редкоземельным элементам), , , , , 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 Fe 2+ 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 % Sc 2 O 3), касситерит (0,005-0,2 %), вольфрамит (0-0,4 %), ильменорутил (0,0015-0,3 %), торианит (0,46 % Sc 2 O 3), самарскит (0,45 %), виикит (1,17 %), ксенотим (0,0015-1,5 %), берилл (0,2 %), баццит (скандиевый берилл, 3-14,44 %). 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 2 O 3) 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 2 O 3 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 - 0,00004 мг/л .
Месторождения
Самые значительные месторождения тортвейтита (минерала, наиболее богатого скандием) расположены на Мадагаскаре и в Норвегии .
История
Физические свойства
Химические свойства
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 3+ 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 6 3- . 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 - тёмно-синее твёрдое вещество CsScCl 3 . В этом веществе представлены связи между атомами скандия. Моногидрид скандия ScH наблюдался спектроскопически в условиях высоких температур в газовой фазе. Также низшие степени окисления скандия обнаружены в металлоорганических соединениях. .
Получение
Следует отметить значительные ресурсы скандия в золе каменных углей и проблему разработки технологии извлечения скандия при переработке углей на искусственное жидкое топливо.
Мировые ресурсы скандия
Скандий является рассеянным литофильным элементом (элемент горных пород), поэтому для технологии добычи этого элемента важно полное извлечение его из перерабатываемых руд и по мере развития металлургии руд-носителей скандия, его ежегодный объём добычи будет возрастать. Ниже приведены основные руды-носители и масса выделяемого из них попутного скандия:
- Бокситы - 71 млн тонн переработки в год, содержат попутный скандий в объёме 710-1420 тонн;
- Урановые руды - 50 млн тонн в год, попутный скандий 50-500 тонн в год;
- Ильмениты - 2 млн тонн в год, попутный скандий 20-40 тонн в год;
- Вольфрамиты - попутный скандий около 30-70 тонн в год;
- Касситериты - 200 тысяч тонн в год, попутный скандий 20-25 тонн в год;
- Цирконы - 100 тысяч тонн в год, попутный скандий 5-12 тонн в год.
Скандий присутствует в каменном угле , и для его добычи можно вести переработку доменных чугунолитейных шлаков, которая была начата в последние годы в ряде развитых стран.
Производство и потребление скандия
Лазерные материалыСкандий используется в устройствах высокотемпературной сверхпроводимости, производстве лазерных материалов (ГСГГ). Галлий-скандий-гадолиниевый гранат (ГСГГ) при легировании его ионами хрома и неодима позволил получить 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 солнечных батарейОксид скандия в сплаве с оксидом гольмия используется в производстве фотопреобразователей на основе кремния в качестве покрытия. Это покрытие имеет широкую область прозрачности (400-930 нм), и снижает спектральный коэффициент отражения света от кремния до 1-4 %, и при его применении у такого модифицированного фотоэлемента увеличивается ток короткого замыкания на 35-70 %, что, в свою очередь, позволяет увеличить выходную мощность фотопреобразователей в 1,4 раза. МГД-генераторыХромит 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). Рентгеновские зеркалаСкандий 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, 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 2575 °C), рутением (температура плавления до 1840 °C), железом (температура плавления до 1600 °C), (жаропрочность, умеренная плотность и др). Огнеупорные материалыВажную роль в качестве огнеупорного материала специального назначения оксид скандия (температура плавления 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. |
Скандий (Sc)
–редкоземельный металл, атомный номер 21, атомная масса 44,96, температура плавления 1539оС, плотность 2,99 г/см3.
Скандий, первый из трёх, по возрастанию атомного номера, редкоземельных металлов не лантаноидов (скандий, иттрий и лантан).
Скандий, один из предсказанных Д.И.Менделеевым химических элементов на основании периодического закона, и это, впоследствии, явилось наглядным подтверждением справедливости этой существенной закономерности природы. Свойства скандия-атомная масса, химический состав окиси, плотность, свойства его солей, были предсказаны Д.И.Менделеевым за восемь лет, до его обнаружения в 1888 году и полностью подтвердились, после открытия и выделения этого элемента.
В земной коре скандия довольно много (2,2х10-3%),что близко к содержанию в ней свинца, но он сильно распылён, что значительно усложняет и удорожает его извлечение. Скандий является основным компонентом (до 43%) только одного природного минерала-тортвейтита, в остальных минералах (стереттит, кольбекит, больцит) он содержится в небольшом процентном отношении. Он содержится также, в железных и урановых рудах, в низкосортных углях. Спектроскопические исследования показали его значительное количество в составе некоторых звёзд.
Металлический скандий был получен в 1914 году в очень небольшом количестве. Скандий –лёгкий серебристый металл, мягкий, хорошо реагирует с кислотами, слабо окисляется на воздухе, очень хрупкий, обладает парамагнитными свойствами.
ПОЛУЧЕНИЕ.
Получение скандия-очень трудоёмкий многостадийный процесс.
Существует способ получения скандия, когда вначале получают гидрооксид скандия, путём обжига отходов руд вольфрама, с последующей обработкой их серной кислотой, с добавкой воды и аммиака. Затем гидроокись сушат, прокаливают (600-700оС) и получают окись скандия с примесями, которые, затем удаляют, растворяя в соляной кислоте и выделяя различные фракции. Затем, после сложного процесса рафинирования и повторного прокаливания получают окись скандия.
Другой способ предполагает превращение окиси скандия во фторид, путём обработки её фтористым водородом. Этот процесс повторяют ещё раз, при этом Sc2O3 переходит в Sc F3 практически полностью. Затем, фтористый скандий восстанавливают с помощью металлического кальция в нейтральной атмосфере. После этого проводят переплавку и разделение смеси металлического скандия и шлака в вакууме и, затем, осуществляют процесс вакуумной дистилляции, после которого получают скандий 95% содержания, который, последующими сложными процессами доводится до 99% .
ПРИМЕНЕНИЕ.
Ракето- и самолётостроение. Скандий применяется для создания высокопрочных алюминиевых конструкционных материалов, т.к. сплавы легированные скандием в составе микролигатур, обладают невысокой плотностью и имеют высокую температуру плавления.
Компьютерная техника. Скандий, в виде микродобавок, применяется для создания ферритов элементов памяти компьютеров.
Люминофоры. Микродобавки скандия в состав люминофоров повышает эффективность их свечения. Применяется при производстве люменисцентных ламп, для создания экранов электронно-лучевых приборов, экранов рентгеновских аппаратов.
Стекольное и керамическое производство. Микродобавки скандия в стекло и керамические изделия придают им высокую степень жаропрочности и стойкости при термоударах.
Ядерная энергетика. Микродобавки скандия в элементы ядерных реакторов придают им высоко эффективные свойства замедлителей нейтронов.
-
Этот серебристый металл почти так же легок, как алюминий, а плавится при температуре, немногим меньшей, чем сталь. Этого металла на земле в 60 раз больше, чем серебра, но стоит он намного дороже золота.
До последних лет техника не знала этого металла, он был одним из немногих «безработных» элементов периодической системы. Ныне с его помощью решена одна из важных проблем вычислительной техники.
Экабор Менделеева
1 марта 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев разослал в научные учреждения России и других стран первое изображение «Опыта системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Это был отдельный листок, мало похожий на известную теперь всему миру менделеевскую таблицу. Таблица появилась двумя годами позже.
В 1871 г. ее клетки, предназначенные для 21, 31 и 32-го элементов, занимали вопросительные знаки. Но рядом с ними, как и в других клетках, стояли цифры атомных весов.
Элемент № 21 Менделеев предложил предварительно назвать экабором, «производя это название от того, что он следует за бором, а слог эка производится от санскритского слова, означающего один». Два других получили названия экасилиция и экаалюминия. В том же 1871 г. в статье, опубликованной в журнале Русского химического общества, Менделеев подробно описал свойства всех трех «эков». (Статья дана в приложении к этому тому, поэтому здесь цитируем ее предельно кратко.)
«Экабор, - писал он, - в отдельности должен представлять металл... Этот металл будет не летуч, потому, что и все металлы в четных рядах во всех группах (кроме I) не летучи; следовательно, он едва ли может быть открыт обычным путем спектрального анализа. Воду во всяком случае он не будет разлагать при обыкновенной температуре, а при некотором возвышении температуры разложит, подобно тому, как это производят и многие, в этом краю помещенные металлы, образуя основной окисел. Он будет, конечно, растворяться в кислотах.»
Открытие экабора произошло еще при жизпи Д. И. Менделеева, в 1879 г. Шведский химик Ларс Фредерик Нильсон, работая над извлечением редкоземельного элемента иттербия , обнаружил новую «редкую землю». Ее свойства поразительно совпадали со свойствами «открытого на кончике пера» экабора. В честь Скандинавии Нильсон назвал этот элемент скандием.
Однако вещество, полученное шведским ученым, еще не было достаточно чистым. И Нильсон, и его современники, и многие химики последующих лет не смогли отделить этот редкий и рассеянный элемент от бесчисленных примесей. Сравнительно чистый металлический скандий (94-98%) был получен лишь в 1937 г.
Скандий не так редок, как рассеян...Почти полвека потратили ученые на выделение элемента № 21. Почему это произошло? Содержание скандия в земной коре составляет 2,240-3%. Это значит, что в земле его немного меньше, чем свинца , но почти в 500 раз больше, чем . Однако и ртуть, и свинец имеют собственные руды; в состав некоторых минералов они входят в количестве до нескольких процентов, а скандии распределен по земной поверхности так, будто природа решила сделать его вездесущим, но неуловимым.
Наиболее богатый скандием минерал - тортвейтит - один из редчайших минералов. Самые значительные месторождения тортвейтита расположены на юге Норвегии и на Мадагаскаре. Насколько «богаты» эти месторождения, можно судить по таким цифрам: за 40 с лишним лет, с 1911 по 1952 г., на норвежских рудниках было добыто всего 23 кг тортвейтита. Правда, в последующее десятилетие в связи с повышенным интересом к скандию многих отраслей науки и промышленности добыча тортвейтита была предельно увеличена и в сумме достигла... 50 кг. Немногим чаще встречаются и другие богатые скандием минералы - стерреттит, кольбекит, больцит.
Зато в сотых и тысячных долях процента этот элемент встречается и в железных, и в урановых, и в оловянных, и в вольфрамовых рудах, и в низкосортных углях, и даже в морской воде и водорослях . Несмотря на такую рассеянность, были разработаны технологические процессы получения скандия и его соединений из различных видов сырья. Вот как выглядит, например, один из способов получения окиси скандия, разработанный чешскими учеными.
Первая стадия - обжиг отходов обработки вольфрамовых руд. При этом выжигаются летучие компоненты. Твердый остаток разлагают концентрированной серной кислотой, добавляют воду и аммиаком осаждают из раствора гидроокись скандия. Затем ее высушивают и прокаливают в газовой печи при 600-700°С. В результате получают светлорозовый порошок окиси скандия с довольно значительными примесями твердой кремневой кислоты и различных окислов, в первую очередь окиси железа . Эти примеси можно удалить, растворяя порошок в чистой соляной кислоте с последующим выделением разных фракций. Кремневую кислоту удаляют с помощью раствора желатины, а образовавшееся хлорное железо - методом эфирной экстракции. Затем следует еще серия операций, в которых участвуют различные кислоты, роданистый аммоний, вода, эфир. Снова выпарка, промывка, сушка. Очищенную окись скандия еще раз растворяют в соляной кислоте и щавелевой кислотой осаждают оксалат скандия. Его прокаливают при 1100°С и превращают в окись.
Получение металлического скандия из окисла - не менее трудоемкий процесс. По данным Эймской лаборатории США, наиболее целесообразно превратить окись скандия во фторид. Этого достигают, обрабатывая ее фтористым водородом или бифторидом аммония NH 4 F-HF. Чтобы переход Sc 2 O 3 в ScF 3 был полным, реакцию проводят дважды.
Восстанавливают фтористый скандий в танталовых тиглях с помощью металлического кальция . Процесс начинается при 850°С и идет в атмосфере аргона . Затем температура повышается до 1600°С. Полученный металлический скандий и шлак разделяют при переплавке в вакууме. Но и после этого слиток скандия не будет достаточно чистым. Главная примесь в нем - от 3 до 5% тантала .
Последняя стадия очистки - вакуумная дистилляция. Температура 1650-1750°С, давление 10-5 мм ртутного столба. После окончания операции в слитке будет около 95% скандия. Дальнейшая очистка, доведение скандия до чистоты хотя бы 99% - еще более сложный многоступенчатый процесс. Несмотря на это, ученые идут все дальше, стремятся достигнуть максимальной чистоты редкого металла, изучают свойства его соединений, разрабатывают новые методы их получения. В последнее время важное значение приобрело попутное извлечение скандия из урановых руд.
О том, как стремительно растет интерес к скандию, можно судить по количеству книг, брошюр и статей о нем и его соединениях. Если в 40-х годах прошлого века всю мировую литературу по скандию можно было буквально сосчитать по пальцам, то сейчас известны уже тысячи публикаций.
Блеск и нищета элемента № 21 Чем же ценен скандий?Прежде всего он обладает редким сочетанием высокой теплостойкости с легкостью. Плотность алюминия 2,7 г/см 3 , а температура плавления 660°С. Кубический сантиметр скандия весит 3,0 г, а температура плавления этого металла 1539°С. Плотность стали колеблется (в зависимости от марки) в пределах 7,5-7,9 г/см3, температуры плавления различаются в довольно широких пределах (чистое железо плавится при температуре 1530°С, на 9° ниже, чем скандий). Сравнение этих важнейших характеристик скандия и двух самых важных металлов современной техники явно в пользу элемента № 21. Кроме того, он обладает прекрасными прочностными характеристиками, значительной химической и коррозионной стойкостью.
Благодаря этим свойствам скандий мог бы стать важным конструкционным материалом в авиации и ракетостроении. В США была предпринята попытка производства металлического скандия для этих целей, но стало ясно, что скандиевая ракета оказалась бы слишком дорогой. Даже отдельные детали из скандия очень сильно увеличивали ее стоимость.
Пытались найти применение скандию и в металлургии. Рассчитывали использовать его в качестве легирующей добавки к чугуну, стали, титаноалюминиевым сплавам. В ряде случаев были получены обнадеживающие результаты. Например, добавка 1% скандия в алюминий увеличивала прочность сплава в полтора раза. Но и немногие проценты металлического скандия слишком удорожали сплав...
Искали применения скандию и в ядерной технике, и в химической промышленности, но в каждом случае многозначные цифры цены сводили на нет достоинства элемента № 21. Поскольку окись скандия в несколько раз дешевле чистого металла, ее применение в некоторых случаях могло бы оказаться экономически оправданным. У этого невзрачного, очень обыкновенного на вид порошка не было достоинств, столь очевидных, как у самого металла, но с середины 60-х гг. окись скандия используют в составе ферритов для элементов памяти быстродействующих вычислительных машин некоторых типов. Получают окись скандия при комплексной переработке бокситов, оловянных, урановых, вольфрамовых и титановых руд. Сам же скандий (и сплавы на его основе) по-прежнему остается металлом будущего: хорош, конечно, но слишком дорог. Впрочем, специалисты не исключают, что этому металлу в будущем удастся пройти тот же путь, который во второй половине XX в. прошел его сосед по менделеевской таблице - титан .
- Менделеев предсказал в 1870-1871 гг. Экабор
- Атомный вес 44. Молекула окиси состоит из двух атомов экабора и трех атомов кислорода .
- Удельный вес оклей 3,5.
- Окись нерастворима в щелочах.
- Соли бесцветны.
- Углекислый экабор нерастворим в воде.
- Кристаллы двойной сернокислой соли экабора и калия по форме непохожи на квасцы.
- Едва ли может быть открыт спектральным анализом.
- Нильсон обнаружил в 1879 г. Скандий
- Атомный вес 44,1.
- Молекула окиси состоит из двух атомов скандия и трех атомов кислорода.
- Удельный вес окиси 3,86.
- Окись нерастворима в щелочах. Соли бесцветны. Углекислый скандий нерастворим в воде.
- Кристаллы двойной сернокислой соли скандия и калия по форме непохожи на квасцы.
- Не был открыт спектральным анализом.
УТВЕРДИТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА. «Утвердителями», «укрепителями» периодической системы элементов называл Менделеев ученых, которые своими открытиями подтвердили прогнозы, сделанные им на основе периодического закона. В первую очередь эти «титулы» заслужили трое ученых, обнаруживших в минералах предсказанные Менделеевым элементы: экаалюминий, экабор, экасилиций.
Первым из «утвердителей» был, как известно, французский химик Лекок де Буабодран - в 1875 г. он нашел в цинковой обманке экаалюминий - галлий .
Нильсон был вторым. Четыре года спустя после открытия Буабодрана ему посчастливилось обнаружить в минерале ауксените предсказанный Менделеевым экабор. А еще через семь лет немецкий ученый Клеменс Винклер впервые получил экасилиций - германий .
Швед Ларе Фредерик Нильсон, уроженец сурового острова Готланд, был разносторонне образованным ученым - в Упсальском университете он изучал химию, геологию, биологию. Кроме первоклассного образования и природной одаренности, его успехам в науке способствовали еще два крайне важных обстоятельства - работа в молодости под руководством замечательного шведского химика Йенса Якоба Берцелиуса и открытие Менделеевым периодического закона, вооружившее ученых всего мира картой химического континента.
Более всего Нильсон занимался изучением редких элементов. Крупнейшим его достижением, помимо открытия элемента № 21 - скандия, было установление в 1884 г. правильного атомного веса бериллия (совместно с шведским химиком О. Петерсоном).
Последние 17 лет своей жизни Нильсон занимал профессор скую кафедру в Стокгольмской сельскохозяйственной академии. Он сделал немало для повышения урожайности полей в Швеции и особенно на своем родном острове Готлапд.
СКАНДИЙ И ФОСФОРЫ. Фосфорами (не путать с фосфором) называются вещества, способные довольно долго светиться в темноте. Одно из таких веществ - сульфид цинка ZnS. Если облучить его инфракрасными лучами, он начинает светиться и еще долго светится после прекращения облучения. Установлено, что добавка скандия к сульфиду цинка, активированному медью , дает более яркое свечение, чем обычно. Скандий увеличивает свечение и других фосфоров, в частности окиси магния MgO.
ЧТОБЫ ВОЗДУХ БЫЛ ЧИЩЕ. При производстве пластмасс, инсектицидов и растворителей выделяются довольно значительные количества хлористого водорода. Это ядовитый газ, выброс которого в атмосферу недопустим.
Конечно, можно было бы связывать его водой и вырабатывать соляную кислоту, но получение кислоты таким методом, мягко говоря, влетало бы в копеечку. Больших затрат требовало и разложение HCl электролизом, хотя метод каталитического разложения хлористого водорода был предложен более 100 лет назад. Катализатором служила хлористая медь. Однако эффективным этот процесс был лишь при 430-475°С. А при этих условиях катализатор улетучивается... Выход был найден: к основному катализатору - хлористой меди - добавили микроколичества хлоридов иттрия , циркония , тория , урана и скандия. На таком катализаторе температура разложения хлористого водорода снизилась до 330-400°С, и улетучивание хлористой меди стало значительно меньше. Новый катализатор служит гораздо дольше старого, и воздух над химическими заводами надежно очищается от вредного хлористого водорода.
СКАНДИЙ В УСТЬЕ ТЕМЗЫ. Радиоактивный изотоп скандия с атомной массой 46 в 1954-1955 гг. использовали для определения движения ила в устье Темзы. Соль, содержавшую скандий-46, смешивали с толченым стеклом и опускали на морское дно в контейнере. Там контейнер открывался, и смесь, плотность которой соответствовала плотности ила, рассыпалась по дну. Излучение отмечали с катера специальным прибором. Скандий-46 выбрали потому, что он обладает достаточно интенсивным излучением и идеальным для такого рода исследований периодом полураспада - 83,9 суток. Что же оказалось? Большая часть грязи, выносимой Темзой в море, в скором времени возвращается обратно в русло реки. Пришлось разрабатывать новую технику очистки устья реки от наносов. Изучение движения ила и гальки в море с помощью изотопа скандия проводилось также в Польше и Франции.
ОДИН И ОДИННАДЦАТЬ. Скандий-46 - один из одиннадцати искусственных радиоактивных изотопов элемента № 21. Другие радиоизотопы скандия практического применения пока не нашли. Природный скандий состоит из единственного изотопа - скандия-45.
Металлургия. Скандий, как металл с высокой температурой плавления, применяется в составе микролигатур для производства тугоплавких сплавов. Оксид скандия используется для изготовления стаканов сталеразливочных ковшей при разливке высоколегировнных сталей. Алюминиевым сплавам скандий придаёт дополнительную прочность. Изотоп скандий-46 используется для контроля процессов в металлургии.