ZGODOVINA SKANDIO, LASTNOSTI, REAKCIJE, TVEGA

On Skandij To je prehodna kovina, katere kemični simbol je SC. To je prva od prehodnih kovin v periodični tabeli, vendar je tudi eden najmanj pogostih elementov redkih Zemlje; Čeprav lahko njene lastnosti spominjajo na lantanide, vsi avtorji ne odobravajo, da bi jo razvrstili na tak način.

Na priljubljeni ravni je kemični element, ki ostane neopažen. Njegovo ime, rojeno iz redkih zemeljskih mineralov iz Skandinavije, je lahko trenutno poleg bakra, železa ali zlata. Vendar je še vedno impresivno in fizične lastnosti njihovih zlitin lahko tekmujejo z lastnostmi titana.

Ultrapure Elemental Scark vzorec. Vir: Hi-res slike kemičnih elementov [cc do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Prav tako se v svetu tehnologije odpira vedno več korakov, zlasti v smislu razsvetljave in laserjev. Ki je opazil svetilnik, ki seva luč, podobno soncu, bo posredno priča obstoju Skandio. Za ostalo je obetaven element za izdelavo zrakoplovov.

Glavna težava, s katero se sooča trg Scandio, je, da je zelo razpršen in ni mineralov ali bogatih virov; Torej je njena ekstrakcija draga, tudi če ni kovina z majhno številčnostjo v Zemljini skorji. V naravi je kot njegov oksid, trdna snov, ki je ni mogoče zlahka zmanjšati.

V večini svojih spojin, anorganskih ali organskih, sodeluje v povezavi z oksidacijsko številko +3; torej ob predpostavki prisotnosti citacije³⁺. Scandio je razmeroma močna kislina in lahko tvori zelo stabilne koordinacijske povezave z atomi kisika organskih molekul.

[TOC]

Zgodovina

Švicarski kemik Lars je Scandio leta 1879 prepoznal kot kemični element. Nilson. Sodeloval sem z minerali Euxenita in Gadolinita z namenom pridobiti. Odkril je, da je bil v njegovih sledeh neznan element zahvaljujoč preučevanju spektroskopske analize (atomski spekter emisije).

Od mineralov je njegova ekipa in uspela pridobiti ustrezen skandio oksid, ime, ki ga je zagotovo zbral vzorce Skandinavije; minerali, ki so jim imenovali redke Zemlje.

Vendar pa je osem let pred, leta 1871 Dmitri Mendeleev napovedal obstoj Skandija; Toda z imenom Ekaboro, kar je pomenilo, da so bile njene kemijske lastnosti podobne lastnosti Boro. 

In pravzaprav je švicarski kemik na Teodorju Cleveu pripisoval Scandio z Ekaboro, zato je bil isti kemični element. Konkretno tistega, ki začne blok prehodnih kovin v periodični tabeli.

Veliko let je minilo, ko je leta 1937 Werner Fischer in njegovi sodelavci uspeli izolirati kovinsko (vendar nečisto) Scandio z elektrolizo mešanice kalija, litija in skandyjev kloridov. Šele leta 1960, ko ga je končno lahko pridobil s čistostjo okoli 99%.

Elektronska struktura in konfiguracija

Elementarni (domači in čisti) scandio se lahko kristalizira v dveh strukturah (alotropi): kompaktni šesterokotni (HCP) in kubični centriran v telesu (BCC). Prvi ga običajno imenuje faza α, drugo pa β faza.

Faza α, šesterokotna in gostejša je stabilna pri temperaturah okolij; Medtem ko je β, kubična in manj faza stabilna nad 1337 ° C. Tako se pri tej zadnji temperaturi pojavi prehod med fazami ali alotropi (v primeru kovin).

Upoštevajte, da čeprav Scandio običajno kristalizira v HCP trdni snovi, to še ne pomeni, da gre za zelo gosto kovino; Vsaj več kot aluminij. Iz svoje elektronske konfiguracije je mogoče vedeti, kateri elektroni so navadni v svoji kovinski vezi:

[AR] 3D¹ 4s²

Zato so trije elektroni 3D in 4S orbitale vključeni v način, kako se nahajajo atomi SC v kozarcu.

Če želite kompaktno v šesterokotnem steklu, mora biti privlačnost njegovih jeder takšna, da se ti trije elektroni, ki jih slabo zaščitijo elektroni notranjih plasti, ne premikajo predaleč od atomov SC in posledično so razdalje med njimi zožene.

Faza visokega tlaka

Faza α in β sta povezana s temperaturnimi spremembami; Vendar pa obstaja tetragonalna faza, podobna kot pri Niobio Metal, NB, kar ima za posledico, ko kovinski Scandio trpi pritisk, večji od 20 GPa.

Oksidacijske številke

Scandio lahko izgubi svoje tri valenčne elektrone do največ (3D¹4s²). Teoretično so prvi, ki je "zapustil", tisti iz 4S orbitala.

Tako ob predpostavki obstoja⁺ V spojini je njegova oksidacijska številka +1; kar je isto kot reči, da je izgubil elektron iz 4S orbitala (3D¹4s¹).

Če je to SC²⁺, Vaša oksidacijska številka bo +2 in izgubila boste dva elektrona (3D¹4s⁰); In če je to SC³⁺, Najbolj stabilna od teh kationov bo imela +3 oksidacijsko številko in je izolektronska do argona.

Vam lahko služi: karamelizacija

Skratka, njegove oksidacijske številke so: +1, +2 in +3. Na primer v SC₂Tudi₃ Oksidacijska številka Scandio je +3, ker se predpostavlja obstoj SC³⁺ (Sc₂³⁺Tudi₃^2-).

Lastnosti

Fizični videz

Je srebrna bela kovina v svoji čisti in osnovni obliki, mehka in gladka tekstura. Pridobi rumenkasto-palice tonalnosti, ko se začne prekriti z oksidnim slojem (SC₂Tudi₃).

Molarna masa

44.955 g/mol.

Tališče

1541 ° C.

Vrelišče

2836 ° C.

Molarna toplotna sposobnost

25,52 j/(mol · k).

Fuzijska toplota

14,1 kJ/mol.

Toplota za uparjanje

332,7 kJ/mol.

Toplotna prevodnost

66 μω · cm pri 20 ° C.

Gostota

2,985 g/ml, trdna in 2,80 g/ml, tekočina. Upoštevajte, da se njegova gostota trdnega stanja približa aluminiju (2,70 g/ml), kar pomeni, da sta obe kovini zelo lahki; Toda Scandio se topi pri višji temperaturi (aluminijasta fuzijska točka je 660,3 ° C).

Elektronegativnost

1,36 na lestvici Pauling.

Ionizacijske energije

Prvi: 633,1 kJ/mol (SC⁺ plinasto).

Drugi: 1235,0 kJ/mol (SC²⁺ plinasto).

Tretjič: 2388,6 kJ/mol (SC³⁺ plinasto).

Atomski radio

162 popoldne.

Magnetni vrstni red

Paramagnet.

Izotopi

Od vseh izotopov Scandio ^{Štiri. Pet}SC zaseda skoraj 100% celotne številčnosti (to se odraža v atomski teži zelo blizu 45 u).

Ostali so sestavljeni iz radioizotopov z različnimi časi polovičnega življenja; Kot ⁴⁶Sc (t_1/2 = 83,8 dni), ⁴⁷Sc (t_1/2 = 3,35 dni), ⁴⁴Sc (t_1/2 = 4 ure) in ⁴⁸Sc (t_1/2 = 43,7 ure). Drugi radioizotopi imajo t_1/2 Manj kot 4 ure.

Kislost

Kation sc³⁺ Je relativno močna kislina. Na primer, v vodi lahko tvoriš vodni kompleks [sc (h₂Da)₆]³⁺, ki lahko tudi pH obrne v vrednost pod 7, ker ustvarja H ione₃Tudi⁺ kot produkt njegove hidrolize:

[Sc (h₂Da)₆]³⁺(Ac)+h₂Ali (l) [sc (h₂Da)₅Oh]²⁺(Ac)+h₃Tudi⁺(AC)

Kislost Scandio je mogoče razlagati tudi po Lewisovi definiciji: ima veliko nagnjenost k sprejemanju elektronov in zato tvori koordinacijske komplekse.

Koordinacijska številka

Pomembna lastnost Scandio je, da je njegova koordinacijska številka, tako v večini svojih anorganskih spojin, struktur ali organskih kristalov, 6; To pomeni, da je SC obkrožen s šestimi sosedi (ali tvori šest povezav). Zgoraj, kompleksni acuo [sc (h₂Da)₆]³⁺ Je najpreprostejši primer od vseh.

V kristalih so centri SC oktaedrali; bodisi interakcijo z drugimi ioni (v ionskih trdnih snovi), bodisi z nevtralnimi atomi, ki so kovalentno povezani (v kovalentnih trdnih snovi).

Primer slednjega imamo [SC (OAC)₃], ki tvori verižno strukturo s skupinami acotiloxi ali acetoxi), ki delujejo kot mostovi med atomi SC.

Nomenklatura

Ker je skoraj privzeto oksidacijsko število Skandio v večini njegovih spojin +3, se to šteje za edinstveno in je nomenklatura zato znatno poenostavljena; zelo podobno kot pri alkalnih kovinah ali samem aluminiju.

Na primer razmislite o svojem oksidu, SC₂Tudi₃. Ista kemična formula vnaprej kaže na status oksidacije +3 za Scandio. Tako se uporabljamo za to skupino Scandio in tako kot drugi, sistematične, zalog in tradicionalne nomenklature.

Sc₂Tudi₃ Potem je po nomenklaturi zalog scandio oksid, ki izpusti (iii) (čeprav ni edino možno oksidacijsko stanje); Oksid Scandic, s pripono -ico na koncu imena v skladu s tradicionalno nomenklaturo; in diescondi trioksid, ki upošteva pravila grških numeričnih predpone sistematične nomenklature.

Biološki papir

Scandio zaenkrat nima opredeljenega biološkega prispevka. To pomeni, da ni znano, kako se lahko telo kopiči ali asimilira ione³⁺; Kateri specifični encimi ga lahko uporabijo kot kofaktor, če vpliva, čeprav podobno, na Ca ione²⁺ ali vera³⁺.

Vendar je znano, da SCION³⁺ Imajo antibakterijske učinke, morda pri poseganju v presnovo verodostojnih ionov³⁺.

Nekatere statistične študije v medicini ga morda povezujejo z želodčnimi motnjami, debelostjo, diabetesom, cerebralnim leptomeningitisom in drugimi boleznimi; Vendar brez rezultatov.

Prav tako rastline običajno ne nabirajo pomembnih količin skandija v listih ali steblih, ampak v koreninah in vozliščih. Zato je mogoče trditi, da je njegova koncentracija v biomasi slaba, kar kaže na malo udeležbe v njegovih fizioloških funkcijah in posledično na koncu nabere več v tleh.

Kje je in proizvodnja

Minerali in zvezde

Scandio morda ni tako obilen kot drugi kemični elementi, vendar njegova prisotnost v Zemljini skorji presega mero živega srebra in nekaj plemenitih kovin. Pravzaprav se njegova številčnost približa kot v kobaltu in beriliju; Za vsako tono kamnin lahko izvlečete 22 gramov Scandio.

Vam lahko služi: kristalne trdne snovi: struktura, lastnosti, vrste, primeri

Težava je v tem, da njihovi atomi niso nameščeni, ampak razpršeni; to pomeni, da v svoji množični sestavki ni mineralov, ki so natančno bogate s Scandio. Zato se reče, da nima nobenega od tipičnih mineralnih formatikov (na primer karbonat, CO₃^2-, ali sulfid, s^2-).

Ni v najčistejšem stanju. Niti vaš najbolj stabilen oksid, SC₂Tudi₃, ki je kombinirano z drugimi kovinami ali silikati za določitev mineralov; na primer Thortveitita, Euxenita in Gadolinita.

Ti trije minerali (redki sami po sebi) predstavljajo glavne naravne vire Scandio in jih najdemo v regijah Norveške, Islandije, Skandinavskega in Madagaskarja.

Za ostalo ioni³⁺ V nekatere dragocene kamne, na primer akvamarin ali v rudniki urana, jih lahko vključijo kot nečistoče. In na nebu, znotraj zvezd, ta element zaseda številko 23 v izobilju; precej visoko, če upoštevate celoten kozmos.

Industrijski odpadki in odpadki

Pravkar je rekel, da je Scandio mogoče najti tudi kot nečistoč. Na primer, najdemo ga v tio pigmentih₂; v odpadkih za predelavo urana, pa tudi v svojih radioaktivnih mineralih; in v odpadkih boksita pri proizvodnji kovinskega aluminija.

Prav tako je v poznem niklu in kobaltu, slednji pa je obetaven vir Scandio v prihodnosti.

Metalurško zmanjšanje

Ogromne težave pri ekstrakciji skandija in da so toliko zamujale, da so jih dobili v izvorni ali kovinski državi, so bile posledica SC₂Tudi₃ Zmanjšati je naporno; še več kot stric₂, za prikaz SC³⁺ Večja afiniteta kot ti⁴⁺ proti o^2- (ob predpostavki 100% ionskega značaja v svojih oksidih).

To pomeni, da je lažje odstraniti kisik iz strica₂ kot za sc₂Tudi₃ z dobrim reducirajočim sredstvom (običajno premog ali alkalne ali alkalne kovine). Zato SC₂Tudi₃ Najprej se spremeni v spojino, katere zmanjšanje je manj problematično; Kot Scandio fluorid, scf₃. Nato SCF₃ Zmanjša se s kovinskim kalcijam:

2scf₃(s) +3ca (s) => 2sc (s) +3caf₂(S)

Sc₂Tudi₃ Ali pa izvira iz prej omenjenih mineralov ali pa je stranski produkt ekstrakcij drugih elementov (na primer uran in železo). To je komercialna oblika Skandija, njegova nizka letna proizvodnja (15 ton).

Elektroliza

Druga metoda za izdelavo Scandio je najprej pridobiti svojo kloridno sol, SCCL₃, in ga nato predložite elektrolizi. Tako je v elektrodi na voljo kovinski skandio (kot goba) in v drugem plinastem kloru.

Reakcije

Anfoterizem

Scandio ne deli samo z aluminijem značilnosti lahkih kovin, ampak tudi anfoterične; to pomeni, da se obnašajo kot kisline in baze.

Na primer, reagira, tako kot številne druge prehodne kovine, z močnimi kislinami za proizvodnjo soli in vodikovega plina:

2SC (S) +6HCl (AC) => 2Sccl₃(AC) +3H₂(g)

Pri tem se obnaša kot baza (reagira s HCL). Toda na enak način reagira z močnimi osnovami, kot je natrijev hidroksid:

2SC (s) +6naOH (AC) +6H₂Ali (l) => 2na₃SC (OH)₆(AC) +3H₂(g)

In zdaj se obnaša kot kislina (reagira z NaOH), da tvori sol škandala; Natrij, na₃SC (OH)₆, S škandali Anion, SC (OH)₆^3-.

Oksidacija

Ko je izpostavljen zraku, Skandio začne oksidirati svoj oksid. Reakcija se pospeši in samo usposobljena, če se uporablja vir toplote. Ta reakcija je predstavljena z naslednjo kemijsko enačbo:

4SC (s) +3o₂(g) => 2sc₂Tudi₃(S)

Halogenuros

Scandio reagira z vsemi halogeni, da tvori halogenuros splošne kemijske formule SCX₃ (X = f, cl, br itd.).

Na primer, reagirajte z jodom v skladu z naslednjo enačbo:

2SC (s) +3i₂(g) => 2sci₃(S)

Na enak način reagira s klorom, bromom in fluoridom.

Tvorba hidroksida

Kovinski Scandio se lahko raztopi v vodi, da povzroči svoj hidroksid in vodikov plin:

2SC (s) +6h₂Ali (l) => 2sc (OH)₃(s) + h₂(g)

Kislinska hidroliza

Vodni kompleksi [sc (h₂Da)₆]³⁺ Hidrolizirajo lahko tako, da na koncu tvorijo sc- (OH) -sc, dokler ne definirajo grozda s tremi atomi Scandio.

Tveganja

Poleg biološke vloge ni znano, kakšni so natančno fiziološki in toksikološki učinki Skandio.

V osnovni obliki se verjame, da ni strupena, razen če se vdihava njegova fino razdeljena trdna snov in tako povzroči poškodbe pljuč. Prav tako so njihove spojine pripisane ničelni strupenosti, zato vnos njihovih soli teoretično ne bi smel predstavljati nobenega tveganja; Dokler odmerek ni visok (testiran pri podganah).

Vam lahko služi: parni tlak: koncept, primeri in vaje rešene

Vendar so podatki, povezani s temi vidiki. Zato ni mogoče domnevati, da nobena od Scandio spojin ni resnično netoksična; Še manj, če se kovina lahko kopiči v tleh in vodah, nato se premikanje v rastline in v manjši meri na živali.

Za trenutke Skandio še ne predstavlja občutljivega tveganja, če je v primerjavi s težjimi kovinami; kot so kadmij, živo srebro in svinec.

Prijave

Zlitine

Čeprav je cena skandija visoka v primerjavi z drugimi kovinami, kot sta Titanium ali Ittrio. Eden od njih je, da ga uporabimo kot dodatek za aluminijeve zlitine.

Na ta način zlitine SC-A (in druge kovine) ohranijo lahkotnost, vendar postanejo še bolj odporni na korozijo, visoke temperature (ne razpokajo) in so tako močne kot Titanium.

Toliko tako je učinek, ki ga ima Scandio na te zlitine, da je dovolj, da ga dodamo v količine sledi (manj kot 0,5% v masi), tako da se njene lastnosti drastično izboljšajo, ne da bi opazili opazno povečanje svoje teže. Govori se, da bi lahko, če bi ga nekega dne množično uporabljali, zmanjšalo težo letal za 15-20%.

Prav tako so bile za okvirje revolverjev uporabljene zlitine Scandio ali za izdelavo športnih člankov, kot so baseball netopirji, posebna kolesa, ribiška trst, golf palice itd.; Čeprav jih titanove zlitine običajno nadomeščajo s cenejšimi.

Najbolj znana od teh zlitin je al_dvajsetLi_dvajsetMg₁₀Sc_dvajsetTi₃₀, ki je enako močen kot titan, tako svetlo kot aluminij in trdo kot keramika.

3D vtisi

Za izdelavo kovinskih 3D prikazov so bile uporabljene zlitine SC-A.

Osvetlitve stadiona

Luči svetlobe v fazah posnemajo sončno svetlobo zahvaljujoč dejanju skandio jodida poleg živega srebra. Vir: Pexels.

Scandio Yoduro, Sci₃, Dodamo ga (skupaj z natrijevim jodidom) v živosrebrne svetilke za ustvarjanje umetnih luči, ki posnemajo sonce. Zato je na stadionih ali nekaterih športnih igriščih, tudi ponoči, osvetlitev znotraj njih takšna, da v celotnem dnevu zagotavljajo občutek, kako opazovati igro.

Podobni učinki so bili dodeljeni za električne naprave, kot so digitalni fotoaparati, televizijski zasloni ali za računalniške monitorje. Tudi žarometi s temi svetilkami SCI₃-HG so bili v filmskih in televizijskih studiih.

Baterije za gorivo s trdnim oksidom

SOFC za svojo kratico v angleščini (trdna oksidna gorivna celica) uporablja oksid ali keramiko kot elektrolitski medij; V tem primeru trdna snov, ki vsebuje ione Scandio. Njegova uporaba v teh napravah je posledica velike električne prevodnosti in sposobnosti stabilizacije zvišanja temperature; Torej delujejo brez ogrevanja v visoki meri.

Primer enega takšnih trdnih oksidov je stabiliziran cirkonit s Scandio (v SC -Shaped₂Tudi₃, ponovno).

Keramika

Scandio in Titanium Carbide sestavljata izjemno trdotoramiko, ki sta jo premagala le z diamanti. Vendar je njegova uporaba omejena na materiale z zelo naprednimi aplikacijami.

Organski koordinacijski kristali

Ioni³⁺ Lahko se usklajujejo z več organskimi ligandi, še posebej, če gre za kisikove molekule.

To je zato, ker so nastale vezi SC-O zelo stabilne, zato na koncu na koncu gradite kristale z neverjetnimi strukturami, katerih pore lahko sprožijo kemične reakcije, ki se obnašajo kot heterogeni katalizatorji; ali gostitelj nevtralne molekule, ki se obnašajo kot trdno skladiščenje.

Prav tako se lahko takšni organski kristalni kristali uporabljajo za oblikovanje senzoričnih materialov, molekulskih sitov ali ionskih vodnikov.

Reference

1. Irina Shtngeeva. (2004). Skandij. Državna univerza Sankt Petersburg Saint Petersburg. Okrevano od: Researchgate.mreža
2. Wikipedija. (2019). Skandij. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. Uredniki Enyclopeedia Britannica. (2019). Skandij. Encyclopædia Britannica. Okrevano od: Britannica.com
4. Doktor. Doug Stewart. (2019). Dejstva o skandijevih elementih. Kemikool. Okrevano od: Chemicool.com
5. Lestvica. (2018). Skandij. Obnovljeno od: lestvice.EU
6. Čelada, Anne Marie, ph.D. (3. julij 2019). Pregled skandija. Okreval od: Thoughtco.com
7. Kist, a.Do., Zhuk, l.Yo., Danilova, e.Do., & Makhmudov in.Do. (2012). Na vprašanje biološke vloge skandija. Okreval od: inis.Iaea.org
8. W.Do.Grosshans in.K.Vohra & w.B.Holzapfel. (1982). Visokotlačne fazne transformacije v ytriju in skandiju: odnos do redkih zemlje in aktinidov kristalnih struktur. Časopis za magnetizem in magnetni materiali zvezek 29, številke 1-3, strani 282-286 DOI.org/10.1016/0304-8853 (82) 90251-7
9. Marina oz. Barsukova in sod. (2018). Scandium-organski okviri: napredek in možnosti. Russ. Kem. Rev. 87 1139.
10. Vlaganje novic. (11. november 2014). Scandijeve aplikacije: pregled. Aime medij inc. Obnovi se od: InvestingNews.com