Szkandium

21 Kalcium ← szkandium → titán - ↑ Sc ↓ Y 21 Sc Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	szkandium, Sc, 21
Elemi sorozat	átmenetifémek
Csoport, periódus, mező	3, 4, d
Megjelenés	ezüstfehér
Atomtömeg	44,955912(6) g/mol
Elektronszerkezet	[Ar] 3d1 4s²
Elektronok héjanként	2, 8, 9, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	2,985 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	2,80 g/cm³
Olvadáspont	1814 K (1541 °C, 2806 °F)
Forráspont	3109 K (2836 °C, 5136 °F)
Olvadáshő$\Delta_{fus}{H}^\ominus$	14,1 kJ/mol
Párolgáshő $\Delta_{vap}{H}^\ominus$	332,7 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 25,52 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 1645 1804 (2006) (2266) (2613) (3101)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	hexagonális
Oxidációs szám	3 (gyengén bázikus oxid)
Elektronegativitás	1,36 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 633,1 kJ/mol
	2.: 1235,0 kJ/mol
	3.: 2388,6 kJ/mol
Atomsugár	160 pm
Atomsugár (számított)	184 pm
Kovalens sugár	144 pm
Egyebek
Mágnesség	paramágneses
Elektromos ellenállás	(r.t.) (α, poly) calc. 562 nΩ·m
Hőmérséklet-vezetési tényező	(300 K) 15,8 W/(m·K)
Hőtágulási tényező	(r.t.) (α, poly) 10,2 µm/(m·K)
Young-modulus	74,4 GPa
Nyírási modulus	29,1 GPa
Kompressziós modulusz	56,6 GPa
Poisson-tényező	0,279
Brinell-keménység	750 HB
CAS-szám	7440-20-2
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A szkandium izotópjai Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t. 44mSc mest. 58,61 óra IT 0,2709 44Sc γ 1,0, 1,1, 1,1 - ε - 44Ca 45Sc 100% Sc stabil 24 neutronnal 46Sc mest. 83,79 nap β- 0,3569 46Ti γ 0,889, 1,120 - 47Sc mest. 3,3492 nap β- 0,44, 0,60 47Ti γ 0,159 - 48Sc mest. 43,67 óra β- 0,661 48Ti γ 0,9, 1,3, 1,0 -
Hivatkozások

A szkandium a periódusos rendszer egyik kémiai eleme, rendszáma 21, vegyjele Sc. Ritka fém.

A szkandium ezüstfehér fém, a természetben csak vegyületeiben fordul elő, a szkandiumércek ritka ásványok, melyek Skandináviában és máshol találhatók. Esetenként az ittriummal, lantanidákkal és aktinidákkal együtt a ritkaföldfémek közé sorolják.

Tulajdonságok

Szkandium

A szkandium ritka, kemény, ezüstös színű fém, mely levegő hatására enyhe sárgás-rózsaszínes elszíneződést mutat. Tiszta állapotban nem áll ellen az időjárás hatásainak, és a belőle készült tárgyak híg savakkal történő hosszabb érintkezés hatására tönkremennek. Néhány más reaktív fémhez hasonlóan azonban a szkandiumot sem támadja meg a salétromsav (HNO₃) és hidrogén-fluorid (HF) 1:1 arányú elegye.

A szkandium ritka előfordulása nem véletlen. Ebben a rendszámtartományban a termonukleáris reakciók hatására rendszerint sokkal nagyobb mennyiségben keletkeznek páros, mint páratlan rendszámú elemek. Ennek oka, hogy a szén-12-től kezdve ezek az elemek általában a könnyebb elemek hélium-4 atommaggal történő fúziójával jöttek létre. Ezért a szkandium közelében az argon (rendszáma 18), a kalcium (20), a titán (22) és a króm (24) a gyakori, ugyanakkor a páratlan rendszámú elemek, mint a kálium (19), szkandium (21) és vanádium (23) alig keletkeztek, és ezért jóval ritkábban fordulnak elő.

Vegyületei

A szkandium kémiáját csaknem teljesen az Sc³⁺ háromértékű ion határozza meg. Az M³⁺ ionok sugarát alább bemutató táblázatból látható hogy a kémiai tulajdonságok tekintetében a szkandiumionok sokkal inkább hasonlítanak az ittriuméra, mint az alumíniuméra. Részben e hasonlóság miatt is a szkandiumot gyakran a lantanoidaszerű elemek közé sorolják.

Ionsugár (pm)

Al	Sc	Y	La	Lu
53,5	74,5	90,0	103,2	86,1

Oxidok és hidroxidok

Az Sc₂O₃ oxid és az Sc(OH)₃ hidroxid amfoterek:

Sc(OH)₃ + 3 OH⁻ → Sc(OH)3−6

Sc(OH)₃ + 3 H⁺ + 3 H₂O → [Sc(H₂O)₆]³⁺

A szkandium-oxid-hidroxid (ScO(OH)) α- és γ-formái izostrukturálisak az alumínium-oxid-hidroxid megfelelőikkel. Az Sc³⁺ vizes oldatai hidrolízis miatt savasak.

Halogenidek és pszeudohalogenidek

Az ScX₃ halogenidek (X = Cl, Br, I) vízben jól oldódnak, de az ScF₃ oldhatatlan. A szkandium mind a négy halogenidben hatos koordinációjú. A halogenidek Lewis-savak, például az ScF₃ fluoridionok feleslegét tartalmazó oldatban feloldódik [ScF₆]³⁻ komplex képződése közben. A hatos kooridnációs szám jellemző a Sc(III)-ra. A nagyobb méretű Y³⁺ és La³⁺ ionok esetén a 8-as és 9-es koordinációs szám a jellemző. A szkandium(III)-triflátot esetenként a szerves kémiában Lewis-sav katalizátorként használják.

Szerves származékok

A szkandium egy sor fémorganikus vegyületet képez ciklopentadienil (Cp) ligandummal, ebben a lantanoidák viselkedéséhez hasonlít. Egyik példa az [ScCp₂Cl]₂ klórhidas dimer és ennek rokon, pentametilciklopentadienil ligandumos származékai.

Ritka oxidációs állapotok

A +3-astól eltérő oxidációs számú szkandiumvegyületek ritkák, de jól jellemzettek. Az egyik legegyszerűbb a kékes-fekete CsScCl₃. Ez a vegyület lapszerű szerkezetű, melyben a szkandium(II)-centrumok között kiterjedt kötéseket tartalmaz. A szkandium-hidrid kevéssé ismert, de az eddigi ismeretek alapján az Sc(II)-nek valószínűleg nem sószerű hidridje. A legtöbb elemhez hasonlóan magas hőmérsékleten gázfázisban a kétatomos szkandium-hidridet is megfigyelték spektroszkópiai úton. A szkandium-boridok és -karbidok – a szkandiummal szomszédos elemekéhez hasonlóan – nem sztöchiometrikus vegyületek.