Főmenü megnyitása

Szkandium

kémiai elem, rendszáma 21, vegyjele Sc

A szkandium a periódusos rendszer egyik kémiai eleme, rendszáma 21, vegyjele Sc. Ritka fém.

21 Kalciumszkandiumtitán
-

Sc

Y
   
               
               
                                 
                                   
                                                               
                                                               
   
21
Sc
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 14,1 kJ/mol
Párolgáshő 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 modulus 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 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.

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

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 – nem sztöchiometrikus vegyületek.[9]

A Wikimédia Commons tartalmaz Szkandium témájú médiaállományokat.

ForrásokSzerkesztés

  • Náray-Szabó István: Kémia
  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Scandium című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

JegyzetekSzerkesztés

  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.  
  7. Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke; nincs megadva szöveg a(z) Smith nevű ref-eknek
  8. Forráshivatkozás-hiba: Érvénytelen <ref> címke; nincs megadva szöveg a(z) McGuire nevű ref-eknek
  9. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.

További információkSzerkesztés