Скандий – полезные свойства и особенности металла

Глобальная добыча этого металла измеряется килограммами, стоимость – тысячами долларов за кг. Скандий называют металлом третьего тысячелетия.

Скандий

Что представляет собой

Скандий – это элемент № 21 периодической системы Д. И. Менделеева:

  • Чистый скандий – почти невесомое вещество серебристого цвета с желтоватым отливом, по которому его можно отличить от других легких металлов.
  • Относится к группе редкоземельных металлов. Первый по атомному номеру не лантаноид из «редкоземельной триады» скандий-иттрий-лантан.
  • Структура кристаллической решетки представлена двумя видами в зависимости от температуры (рубеж – 1336°C).
  • По составу это моноизотоп – скандий-45.

Международное обозначение-символ – Sc (Scandium).

Биологического значения не имеет.

Как был открыт

Первым в истории науки существование элемента предсказал Дмитрий Менделеев. Он назвал вещество эка-бором, «вычислил» его атомную массу, свойства.

Через девять лет (в 1879 году) гипотезу Менделеева подтвердил шведский ученый Ларс Нильсен.

Он дал элементу имя в честь Скандинавского полуострова, на котором располагается Швеция.

Крупицы металла получили к 1914 году.

Физико-химические характеристики

Редкоземельный металл легок, мягок, но хрупок. Химические свойства скандия типичны для «редких земель»: хорошее взаимодействие с кислотами, проблемная окисляемость на воздухе, парамагнетизм.

Скандий металл

При отсутствии примесей (особенно O2) металл легко обрабатывается.

Свойства атома
Название, символ, номер Скандий / Scandium (Sc), 21
Атомная масса
(молярная масса)
44,955912(6) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d1 4s2
Радиус атома 162 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 144 пм
Радиус иона (+3e) 72,3 пм
Электроотрицательность 1,36 (шкала Полинга)
Электродный потенциал 0
Степени окисления 3
Энергия ионизации
(первый электрон)
 630,8 (6,54) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 2,99 г/см³
Температура плавления 1 814 K
Температура кипения 3 110 K
Уд. теплота плавления 15,8 кДж/моль
Уд. теплота испарения 332,7 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 25,51 Дж/(K·моль)
Молярный объём 15,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная (α-Sc)
Параметры решётки a=3,309 c=5,268 (α-Sc)
Отношение c/a 1,592
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 15,8 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-20-2

Как представлен на планете

Чистый скандий на Земле не обнаружен.

Он представлен другими формами:

  • Собственные минералы – джервисит и тортвейтит. В составе последнего – химическая формула Sc, Y2Si2O7  – скандия почти половина. Редкость.
  • Чаще это компонент сотни других минералов, железных, урановых руд, углей.

Тонна земной коры содержит 10 граммов скандия.

Это сопоставимо с концентрацией свинца, но извлечение материала усложняет распыленность по литосфере.

Спектральный анализ установил насыщенность скандием некоторых типов звезд.

Месторождения сосредоточены на территории бывшего СССР и Монголии. В России это Якутия, Алтай, Красноярский край, Мурманская область.

Квартет поставщиков сырья на мировой рынок – Китай (91%), Россия, Казахстан, Украина. Как потенциальные игроки рассматриваются Австралия, Бразилия, Канада.

90% скандиевого сырья на мировой рынок поставляет Китай.

Технология получения

Извлечение скандия – многоступенчатый затратный процесс:

  1. Первым получают гидрооксид. Для этого отходы вольфрамовых руд обжигают, обрабатывают смесью воды, аммиака и серной кислоты.
  2. Гидроокись обезвоживают (620-730°С).
  3. Полученную окись избавляют от примесей, разделяют по фракциям.
  4. Повышенно чистый материал (оксид металла) получают рафинированием плюс прокаливание.

Второй способ получения предусматривает превращение окиси во фторид:

  • Сырье дважды обрабатывают фтористым водородом.
  • Фтористый скандий восстанавливают металлическим кальцием.
  • Смесь металлического скандия и шлака плавят, разделяют в вакууме.

Для получения продукта чистоты 95%+ задействуют вакуумную дистилляцию.

Рентабелен способ получения скандия из каменноугольной золы и отходов переработки углей в синтетическое жидкое топливо.

Где используется

На практике скандий как металл используется редко. Чаще это сплавы, соединения. Особенно популярен оксид.

Умеренно мягкий, лёгкий редкоземельный металл серебристого цвета с жёлтым отливом - Скандий
Умеренно мягкий, лёгкий редкоземельный металл серебристого цвета с жёлтым отливом – Скандий

Металлургия

Скандий востребован как лигатура, улучшающая характеристики продукции:

  • У алюминиево-магниевых сплавов повышается порог сопротивляемости, текучести.
  • Хромовые, нихромовые становятся устойчивее к окислению. В данном сегменте скандий действует эффективнее иттрия.
  • Компонент сверхтвердых материалов: с карбидом титана, кремния, нитридом бора, бериллием. Твердость повышается кратно.

Оксид скандия входит в состав огнеупора, из которого сделаны емкости для разливки сталей специальных марок. По жаростойкости оставляет позади всех «конкурентов».

Другие отрасли промышленности

Прочностные характеристики скандиевых сплавов, соединений оценены оборонным и гражданским сектором:

  • Оксид металла – основа начинки суперкомпьютеров. Скорость обмена данными увеличивается в разы.
  • Производство стекол для оптоэлектроники и жаростойкой керамики. Здесь используются достоинства оксида металла: минимальная теплопроводность плюс неразрушимость структуры термоударом.
  • Соединение с иттрием – материал номер один для конструкций, функционирующих в экстремальных условиях.
  • Атомщики применяют гидрид и дейтерид как замедлитель нейтронов. Бериллид отражает поток нейтронов (в том числе в ядерных боеголовках).

Это также материал рентгеновских зеркал, автомобилей, воздушных лайнеров, ракет, спутников, солнечных батарей, лазерных компонентов, элементов повышенной светимости.

Радиоактивный изотоп-46 – маркер в нефтепереработке, контролер хода выплавки металлов. Скандий-47 оптимален как источник позитронов.

Непромышленный сегмент

Скандий-46 используют онкологи.

Оксид металла – лучший стабилизатор при производстве фианитов.

Из сплавов с алюминием изготавливают байки, щитки, биты, другое снаряжение для физкультуры, фитнеса, спорта.

Перспективы

Направления использования алюминиево-скандиевых сплавов в будущем:

  • Передача электроэнергии. Такое соединение повышает прочность и пропускную способность электропроводов.
  • Производство самонаводящихся снарядов.
  • Сплавы тестируются как материал остова боевых роботов.

Единственный недостаток, сдерживающий применение металла, – цена.

Стоимость

Диапазон стоимости скандия на мировом рынке – $13-22 тыс./кг.

На цену влияет конъюнктура рынка и вид продукции. Например, материал чистоты «пять девяток» – 99,999% оценили в $10 тыс./ кг. Мелкодисперсный порошок (249 мкм) шел по $296 тыс./кг, оксид металла – по $3,5 тыс./кг.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
451
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: