Szkandium

Gőznyomás
21	Kalcium ← szkandium → titán
Általános
Név, vegyjel, rendszám	szkandium, Sc, 21
Latin megnevezés	scandium
Elemi sorozat	átmenetifémek
Csoport, periódus, mező	3, 4, d
Megjelenés	ezüstfehér ;
Atomtömeg	44,955908(5) 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	14,1 kJ/mol
Párolgáshő	332,7 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 25,52 J/(mol·K)
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 modulus	56,6 GPa
Poisson-tényező	0,279
Brinell-keménység	750 HB
CAS-szám	7440-20-2
Fontosabb izotópok
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 lantanoidákkal együtt a ritkaföldfémek közé tartozik.

TörténeteSzerkesztés

Létezését Mengyelejev már 1871-ben megjósolta és sajátságait is megadta. Oxidját Lars Fredrik Nilson (en) svéd kémikus állította elő 1879-ben. Nevét Skandinávia latin nevéből (Scandia) kapta.^[2]

ElőfordulásaSzerkesztés

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.

ElőállításaSzerkesztés

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 tulajdonságaiSzerkesztés

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.

KimutatásaSzerkesztés

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.

IzotópjaiSzerkesztés

Bővebben: A szkandium izotópjai

VegyületeiSzerkesztés

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 hidroxidokSzerkesztés

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

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.^[4] Az Sc³⁺ vizes oldatai hidrolízis miatt savasak.

Halogenidek és pszeudohalogenidekSzerkesztés

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 származékokSzerkesztés

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.^[5]

Ritka oxidációs állapotokSzerkesztés

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.^[6] A szkandium-hidrid kevéssé ismert, de az eddigi ismeretek alapján az Sc(II)-nek valószínűleg nem sószerű hidridje.^[7] A legtöbb elemhez hasonlóan magas hőmérsékleten gázfázisban a kétatomos szkandium-hidridet is megfigyelték spektroszkópiai úton.^[8] A szkandium-boridok és -karbidok – a szkandiummal szomszédos elemekéhez hasonlóan – nemsztöchiometrikus vegyületek.^[9]

FordításSzerkesztés

Ez a szócikk részben vagy egészben a Scandium című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

ForrásokSzerkesztés

Náray-Szabó István: Kémia

JegyzetekSzerkesztés

↑ 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.)
↑ Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 133. o. ISBN 963 8334 96 7
↑ Cotton, Simon. Lanthanide and actinide chemistry. John Wiley and Sons, 108–. o. (2006). ISBN 978-0-470-01006-8. Hozzáférés ideje: 2011. június 23.
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.
↑ Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke; nincs megadva szöveg a(z) Smith nevű ref-eknek
↑ Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke; nincs megadva szöveg a(z) McGuire nevű ref-eknek
↑ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.

További információkSzerkesztés

a magyar Wikipédia szkandiumot tartalmazó vegyületeinek listája külső keresővel

Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

A Wikimédia Commons tartalmaz Szkandium témájú médiaállományokat.

[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] Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 133. o. ISBN 963 8334 96 7

[3] Cotton, Simon. Lanthanide and actinide chemistry. John Wiley and Sons, 108–. o. (2006). ISBN 978-0-470-01006-8. Hozzáférés ideje: 2011. június 23.

[4] 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.

[5] 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.

[6] 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.

[Smith-7] Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke; nincs megadva szöveg a(z) Smith nevű ref-eknek

[McGuire-8] Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke; nincs megadva szöveg a(z) McGuire nevű ref-eknek

[Holleman-9] Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]