スカンジウム (7440-20-2) の物理的および化学的性質
スカンジウム
希土類遷移金属で、特殊合金、電子材料、および産業の研究開発や調達のための分析標準物質に用いられます。
| CAS番号 | 7440-20-2 |
| 族 | 希土類金属 |
| 標準形態 | 銀白色金属 — インゴット、箔または粉末 |
| 一般的な等級 | EP |
スカンジウムはスカンジウム族に属する遷移金属であり、希土類金属に分類されます。原子番号21の元素\(\ce{Sc}\)として存在し、電子配置は3d系列の先頭に位置付けられます。これにより、スカンジウムは安定化合物中で主に+3の酸化状態を示し、酸素および窒素を供与体とする配位子とのイオン性/配位結合による化学が支配的です。金属元素としては、非局在化電子による金属結合を示し、トポロジカルポーラ表面積は低く（0）、元素形態の状態では水素結合能は無視できる程度です。
構造的には、元素スカンジウムは金属結晶を形成し、その表面は酸化により安定な酸化物\(\ce{Sc2O3}\)を生成して母材を被膜パッシベーションします。細分化または粉末状スカンジウムは塊状材料よりも化学反応性が高く、粉末は自然発火性または容易に引火し吸入および粉塵の危険性を伴います。水性および酸性環境ではスカンジウムは他の初期遷移金属やランタノイドと同様の挙動を示し、\(\ce{Sc^3+}\)水和イオンおよび加水分解生成物を形成します。その水溶液化学は硬いルイス酸相互作用および多座酸素配位子との強い錯形成が支配的です。
スカンジウムの大規模な商業用途は限られているものの、特殊分野では重要です：トレーサーおよび分析標準、特定の半導体や電子用途、合金にわずかな添加で機械的・物理的性質を改善する金属冶金分野です。報告されている一般的な商業等級はEPです。
基本的物理的性質（密度、融点、沸点）
原子量
元素に対する標準的な計算原子/分子質量は次の通りです：分子量 = 44.95591、正確質量 = 44.955907、単一同位体質量 = 44.955907。元素記号は\(\ce{Sc}\)です。
外観および物理状態
元素スカンジウムは塊状で銀白色固体と表現されます。実験的な物理的記述としては「乾燥粉末（Dry Powder）」が粒子形態、「銀白色固体（Silvery-white solid）」が塊状金属に用いられます。金属スカンジウムは製造法により固体片、箔、インゴット、粉末として存在します。
密度
本データコンテキストにおいてこの性質の実験的確定値はありません。
融点
本データコンテキストにおいてこの性質の実験的確定値はありません。
沸点
本データコンテキストにおいてこの性質の実験的確定値はありません。
化学的性質（反応性および酸化状態）
酸化状態
スカンジウム化合物における主要かつ化学的に重要な酸化状態は\(\ce{Sc^3+}\)です。この酸化状態ではスカンジウムは硬い三価陽イオンとして振る舞い、主として酸素および窒素を供与体とするイオン性塩と配位錯体を形成します。低い酸化状態は稀で標準条件下では一般に不安定です。
空気および水との反応性
元素スカンジウムは空気中で安定な酸化膜層を形成し、主に\(\ce{Sc2O3}\)が生成して塊状金属表面をパッシベートします。細分化したスカンジウム（粉末）は著しく反応性が高く、粒子状材料は可燃で発火の可能性があり、粒子および酸化物煙を生成することがあります。水と接触すると金属スカンジウムは腐食し\(\ce{Sc^3+}\)含有種を形成します。水和した\(\ce{Sc^3+}\)の加水分解は、より塩基性条件下で重合体/水酸化物種を生成します。
酸および塩基との反応性
スカンジウム金属およびスカンジウム(III)化合物は無機酸に溶解し\(\ce{Sc^3+}\)塩を与えます。水溶液中で\(\ce{Sc^3+}\)は加水分解を起こし、適切な条件下では\(\ce{Sc(OH)3}\)などの水酸化物/酸化物種を形成します。キレート配位子との錯体形成も一般的です。この元素は同族のより重い3族元素に比べて顕著な両性は示さず、強塩基性溶液では配位子やイオン強度に依存して水酸化物相や可溶性錯イオンを沈殿させます。
同位体組成
安定同位体
天然スカンジウムはほぼ単一同位体であり、主に安定同位体\(\ce{^{45}Sc}\)で構成されます。
放射性同位体
スカンジウムの放射性同位体はトレーサーおよび核応用のために調製されますが、商業用元素材料には重大な天然放射性同位体の割合はありません。特定の放射性同位体の生産および使用は放射化学的慣行および規制管理に従います。
熱力学的パラメーター
比熱および関連データ
本データコンテキストにおいてこの性質の実験的確定値はありません。
エンタルピーおよびギブズエネルギー
本データコンテキストにおいてこの性質の実験的確定値はありません。
識別子および同義語
登録番号およびコード
- CAS番号: 7440-20-2
- EC番号: 231-129-2
- UNII: YUJ4U1EW7R
- ChEBI: CHEBI:33330
- DTXSID: DTXSID9064689
InChI: InChI=1S/Sc
InChIKey: SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N
SMILES: [Sc]
元素組成分子式: \(\ce{Sc}\)
分子量: 44.95591
同義語および一般名称
報告されている同義語および記述用語には以下が含まれます：スカンジウム、Sc、スカンジウム原子、スカンジウム（元素）、Scandium Metallicum、45Sc、スカンジウム-45同位体、スカンジウム粉末、スカンジウム箔、原子スカンジウム。
産業および商業用途
主要用途分野
記録されている分野および加工コンテキストには半導体製造および一次金属製造が含まれます。スカンジウムは様々な副産鉱物（例：トートバイタイト、ダビダイト）に存在し、スズ、ジルコニウム、またはタングステン含有鉱物に伴う鉱石から少量回収されることが多いです。
典型的な応用例
実用的な用途は主に専門的であり、元素分析のための分析標準およびトレーサー標準、半導体や電子研究におけるニッチな役割、および\(\ce{Sc}\)の独自の電子的または冶金学的特性が求められる研究開発向け供給です。報告されている商業等級はEPです。
簡潔な用途概要が特定の調達判断に直接適用されない場合、材料形態（箔、粉末、インゴット）、純度、および意図された分析または冶金利用によって選定されるのが一般的です。
安全性および取り扱いの概要
保管および取り扱いに関する考慮事項
粉末状のスカンジウムは可燃性であり、粉塵として拡散した場合や発火源に曝露された場合に着火する可能性があります。粉塵管理、静電気放電の最小化、および可燃性金属粉末の安全な取り扱い措置が適切です。塊状の金属スカンジウムは表面パッシベーションにより反応性が低下しますが、乾燥状態で保管し、酸化や汚染を促進する条件から保護する必要があります。詳細な危険性、輸送および法規制情報については、製品固有の安全データシート（SDS）および現地の法令を参照してください。
作業環境暴露および防護措置
曝露管理は粉塵の吸入防止に重点を置き、適切な局所排気換気または封じ込め下で微細粒子を取り扱うべきです。適切な個人用保護具（PPE）—手袋、眼の保護具、粉塵発生が予想される場合の呼吸用保護具—の使用が推奨されます。スカンジウム曝露が線維化作用と関連する報告があり、したがって金属粉塵に適用される作業衛生措置および医療監視を実施すべきです。緊急時の対応として、金属火災の消火には専門的な方法が必要です。SDSおよび緊急対応指針を参照してください。
