Szkandium

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
21 Kalciumszkandiumtitán
-

Sc

Y
Általános
Név, vegyjel, rendszám szkandium, Sc, 21
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport, periódus, mező 3, 4, d
Megjelenés ezüstfehér
Scandium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
Atomtömeg 44,955908(5) g/mol[1]
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. Az ittriummal, és a lantanidákkal együtt a ritkaföldfémek közé tartozik.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Létezését Mengyelejev már 1871-ben megjósolta és sajátságait is megadta. Oxidját Nilsson 1879-ben állította elő.

Előfordulása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Igen ritka fém, de van egy önálló ásványa, a thortveitit (Sc2Si2O7). Kis mennyiségben sok más ásványban is előfordul. A volframit feltárási maradékában 0,3% szkandium-oxid van.

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Thortveititből szénnel keverve és klórgázzal való kezelés útján kloridját állítják elő, ebből elektrolízissel választható le a szkandium, olvadt cink katódra; cinkötvözetéből a cinket magas hőmérsékleten ledesztillálják.

Fizikai és kémiai tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Szkandium

Fehér színű, könnyű fém ; kristályrácsa hatszöges szoros illeszkedésű. Vegyületei majdnem mind ionvegyületek, ezekben mindig három vegyértékű (Sc3+). Sói könnyen hidrolizálnak. A szkandium-hidroxid (Sc(OH)3) alkálilúgokban nem oldódik. Fluoridja oldhatatlan; kloridja, nitrátja és szulfátja könnyen oldható. 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.

Kimutatása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Szkandiumion-tartalmú oldatokból oxálsav fehér oxalátot választ le, valamint a tioszulfátja is csapadékot ad. A ritkaföldfémektől úgy lehet elválasztani, hogy a fluoridok keverékét ammónium-fluorid oldattal kezeljük, mely csak a szkandium-fluoridot oldja ki komplex fluorid alakjában.

Izotópjai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Vegyületei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az Sc2O3 oxid és az Sc(OH)3 hidroxid amfoterek:[2]

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.[3] Az Sc3+ vizes oldatai hidrolízis miatt savasak.

Halogenidek és pszeudohalogenidek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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.[4]

Ritka oxidációs állapotok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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.[5] A szkandium-hidrid kevéssé ismert, de az eddigi ismeretek alapján az Sc(II)-nek valószínűleg nem sószerű hidridje.[6] A legtöbb elemhez hasonlóan magas hőmérsékleten gázfázisban a kétatomos szkandium-hidridet is megfigyelték spektroszkópiai úton.[7] A szkandium-boridok és -karbidok – a szkandiummal szomszédos elemekéhez hasonlóan – nem sztöchiometrikus vegyületek.[8]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

-Náray-Szabó István: Kémia

-Angol nyelvű szócikk: https://en.wikipedia.org/wiki/Scandium

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights – Commission II.I of the International Union of Pure and Applied Chemistry, 2013. (Hozzáférés: 2013. október 13.)
  2. Cotton, Simon. Lanthanide and actinide chemistry. John Wiley and Sons, 108–. o (2006). ISBN 978-0-470-01006-8. Hozzáférés ideje: 2011. június 23. 
  3. Christensen, A. Nørlund, Stig Jorgo Jensen (1967.). „Hydrothermal Preparation of alpha-ScOOH and of gamma-ScOOH. Crystal Structure of alpha-ScOOH”. Acta Chemica Scandinavica 21, 1121–126.. o. DOI:10.3891/acta.chem.scand.21-0121.  
  4. Shapiro, Pamela J. et al. (1994.). „Model Ziegler-Natta a-Olefin Polymerization Catalysts Derived from [{(η5-C5Me4)SiMe2(η1-NCMe3)}(PMe3)Sc(μ2-H)]2 and [{(η5-C5Me4)SiMe2(η1-NCMe3)}Sc(μ2-CH2CH2CH3)]2. Synthesis, Structures and Kinetic and Equilibrium Investigations of the Catalytically active Species in Solution”. J. Am. Chem. Soc. 116, 4623. o. DOI:10.1021/ja00090a011.  
  5. Corbett, J.D. (1981.). „Extended metal-metal bonding in halides of the early transition metals”. Acc. Chem. Res. 14 (8), 239–246. o. DOI:10.1021/ar00068a003.  
  6. Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> tag; nincs megadva szöveg a(z) Smith nevű ref-eknek
  7. Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> tag; nincs megadva szöveg a(z) McGuire nevű ref-eknek
  8. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Szkandium témájú médiaállományokat.