Скандий (7440-20-2) Физические и химические свойства
Скандий
Переходной металл из группы редкоземельных элементов, используемый в специальных сплавах, электронных материалах и аналитических стандартах для промышленного НИОКР и закупок.
| Номер CAS | 7440-20-2 |
| Группа | Редкоземельные металлы |
| Типичная форма | Серебристый металл — слитки, фольга или порошок |
| Распространённые сорта | EP |
Скандий — переходной металл группы скандия, классифицируемый как редкоземельный элемент. Он представлен элементом \(\ce{Sc}\) с атомным номером 21 и электронной конфигурацией, которая ставит его во главе 3d-серии; это придаёт скандию преимущественное состояние окисления +3 в стабильных соединениях и химию, доминируемую ионной/координационной связью с лигандами, донорами кислорода и азота. В элементарном состоянии скандий проявляет металлическую связь с делокализованными электронами, низкую топологическую полярную поверхность (0) и практически отсутствующую способность к водородным связям.
Структурно элементный скандий образует металлические кристаллы; его поверхность быстро окисляется с образованием стабильного оксида \(\ce{Sc2O3}\), который пассивирует металл. Мелкораздробленный или порошковый скандий более химически активен, чем массовый металл: порошки могут быть пирофорными или легко воспламеняться, представляя риск пыли и ингаляции. В водных и кислых средах скандий ведёт себя как другие ранние переходные металлы и лантаноиды — образуя \(\ce{Sc^3+}\) акво-ионы и продукты гидролиза; его аква-химия обусловлена взаимодействиями жёсткого Льюиса-кислоты и сильной комплексообразовательной способностью с многофункциональными кислородсодержащими лигандами.
Скандий имеет ограниченное масштабное коммерческое применение, но важен в специализированных областях: в качестве трассера и аналитических стандартов, в некоторых полупроводниковых или электронных приложениях и в узкоспециализированных металлургических областях, где малые добавки в сплавы изменяют механические или физические свойства. Распространённые коммерческие сорта включают: EP.
Основные физические свойства (плотность, температура плавления, температура кипения)
Атомная масса
Доступны стандартные рассчитанные атомные/молекулярные массы для элемента: молекулярная масса = 44.95591; точная масса = 44.955907; моноизотопная масса = 44.955907. Элемент представлен атомной формулой \(\ce{Sc}\).
Внешний вид и физическое состояние
Элементный скандий в массовом виде описывается как серебристо-белое твёрдое вещество; экспериментальные описания физического состояния включают «сухой порошок» для дисперсных форм и «серебристо-белое твёрдое тело» для массового металла. Металлический скандий обычно встречается в виде твёрдых кусков, фольги, слитков или порошков в зависимости от способа получения.
Плотность
Экспериментально подтверждённое значение этого свойства в текущем контексте данных отсутствует.
Температура плавления
Экспериментально подтверждённое значение этого свойства в текущем контексте данных отсутствует.
Температура кипения
Экспериментально подтверждённое значение этого свойства в текущем контексте данных отсутствует.
Химические свойства (реакционная способность и степени окисления)
Степени окисления
Доминирующая и химически значимая степень окисления скандия в соединениях — \(\ce{Sc^3+}\). В этом состоянии скандий ведёт себя как жёсткий трёхвалентный катион, образующий преимущественно ионные соли и координационные комплексы с лигандами, донорами кислорода и азота. Ниже указанные степени окисления редки и обычно нестабильны при стандартных условиях.
Реакция с воздухом и водой
Элементный скандий формирует стабильный оксидный слой при контакте с воздухом, в основном \(\ce{Sc2O3}\), который пассивирует поверхность металла. Мелкодисперсный скандий (порошок) значительно более реакционноспособен: дисперсный материал горюч и может воспламеняться с образованием аэрозолей и оксидных паров. При контакте с водой металлический скандий корродирует с образованием соединений, содержащих \(\ce{Sc^3+}\); гидролиз акво-иона \(\ce{Sc^3+}\) приводит к формированию полимерных/гидроксидных видов в менее кислой среде.
Реакция с кислотами и основаниями
Металлический скандий и соединения скандия (III) растворяются в минеральных кислотах с образованием солей \(\ce{Sc^3+}\). В водных растворах \(\ce{Sc^3+}\) подвергается гидролизу и образует гидроксидные/оксидные соединения, такие как \(\ce{Sc(OH)3}\) при соответствующих условиях; характерна комплексообразовательная способность с хелатирующими лигандами. Элемент не проявляет выраженной амфотерности по сравнению с более тяжёлыми элементами группы 3, и сильно щелочные растворы обычно вызывают осаждение гидроксидных фаз или образование растворимых комплексных анионов в зависимости от лиганда и ионной силы.
Изотопный состав
Стабильные изотопы
Природный скандий по сути является моноизотопным, практически полностью состоящим из стабильного изотопа \(\ce{^{45}Sc}\).
Радиоизотопы
Радиоизотопы скандия могут быть получены для трассировочных и ядерных применений, однако в коммерческом элементарном материале значительной доли естественных радиоизотопов нет. Производство и использование специфических радиоизотопов регулируется радиохимическими и нормативными требованиями.
Термодинамические параметры
Теплоёмкость и связанные данные
Экспериментально подтверждённое значение этого свойства в текущем контексте данных отсутствует.
Энтальпия и энергия Гиббса
Экспериментально подтверждённое значение этого свойства в текущем контексте данных отсутствует.
Идентификаторы и синонимы
Регистрационные номера и коды
- CAS номер: 7440-20-2
- EC номер: 231-129-2
- UNII: YUJ4U1EW7R
- ChEBI: CHEBI:33330
- DTXSID: DTXSID9064689
InChI: InChI=1S/Sc
InChIKey: SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N
SMILES: [Sc]
Молекулярная формула (элементарная): \(\ce{Sc}\)
Молекулярная масса: 44.95591
Синонимы и распространённые названия
Отчётные синонимы и дескрипторы включают: Скандий; Sc; атом скандия; Скандий (элемент); Scandium Metallicum; 45Sc; изотоп Скандий-45; порошок скандия; фольга скандия; Атомный скандий.
Промышленные и коммерческие области применения
Основные сферы применения
Задокументированные сферы и отрасли обработки включают производство полупроводников и первичное производство металлов. Скандий встречается в различных сопутствующих минералах (например, тортвеитит, дэвидит) и нередко извлекается в малых количествах из руд, связанных с минералами, содержащими олово, цирконий или вольфрам.
Типичные примеры применения
Практические применения в основном специализированные: аналитические и трассировочные стандарты для элементного анализа, узкоспециализированные роли в полупроводниковых и электронных исследованиях, а также поставки для НИОКР, где требуются уникальные электронные или металлургические свойства \(\ce{Sc}\). Отчётные коммерческие сорта: EP.
Если краткое резюме применения не подходит для конкретного решения по закупкам, выбор обычно определяется формой материала (фольга, порошок, слиток), чистотой и предназначением для аналитического или металлургического использования.
Обзор безопасности и обращения
Рекомендации по хранению и обращению
Порошкообразный скандий является горючим и может воспламеняться при диспергировании в виде пыли или при контакте с источниками воспламенения; необходимы меры контроля пыли, минимизация статического электричества и безопасное обращение с горючими металлическими порошками. Металлический скандий в массе менее реакционноспособен из-за пассивации поверхности, однако должен храниться в сухом виде и быть защищён от условий, способствующих окислению или загрязнению. Для получения подробной информации о возможных опасностях, транспортировке и нормативных требованиях пользователи должны обращаться к спецификации безопасности продукта (SDS) и местному законодательству.
Профессиональное воздействие и защитные меры
Контроль воздействия должен быть направлен на предотвращение вдыхания пыли и обращение с мелкодисперсными частицами под соответствующей местной вытяжной вентиляцией или в замкнутом пространстве. Рекомендуется использование подходящих средств индивидуальной защиты (СИЗ) — перчаток, средств защиты глаз и респираторной защиты при возможном образовании пыли. Существуют сообщения о связи воздействия скандия с фиброгенными эффектами; поэтому должны применяться меры гигиены труда и медицинское наблюдение, соответствующие работе с металлической пылью. Для аварийных ситуаций тушение металлических пожаров требует специализированных методов; следует проконсультироваться с SDS и руководствами по действиям при чрезвычайных ситуациях.
