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钪   21Sc
氢(非金属) 氦(惰性气体)
锂(碱金属) 铍(碱土金属) 硼(类金属) 碳(非金属) 氮(非金属) 氧(非金属) 氟(卤素) 氖(惰性气体)
钠(碱金属) 镁(碱土金属) 铝(贫金属) 硅(类金属) 磷(非金属) 硫(非金属) 氯(卤素) 氩(惰性气体)
钾(碱金属) 钙(碱土金属) 钪(过渡金属) 钛(过渡金属) 钒(过渡金属) 铬(过渡金属) 锰(过渡金属) 铁(过渡金属) 钴(过渡金属) 镍(过渡金属) 铜(过渡金属) 锌(过渡金属) 镓(贫金属) 锗(类金属) 砷(类金属) 硒(非金属) 溴(卤素) 氪(惰性气体)
铷(碱金属) 锶(碱土金属) 钇(过渡金属) 锆(过渡金属) 铌(过渡金属) 钼(过渡金属) 锝(过渡金属) 钌(过渡金属) 铑(过渡金属) 钯(过渡金属) 银(过渡金属) 镉(过渡金属) 铟(贫金属) 锡(贫金属) 锑(类金属) 碲(类金属) 碘(卤素) 氙(惰性气体)
铯(碱金属) 钡(碱土金属) 镧(镧系元素) 铈(镧系元素) 镨(镧系元素) 钕(镧系元素) 钷(镧系元素) 钐(镧系元素) 铕(镧系元素) 钆(镧系元素) 铽(镧系元素) 镝(镧系元素) 钬(镧系元素) 铒(镧系元素) 铥(镧系元素) 镱(镧系元素) 镥(镧系元素) 铪(过渡金属) 钽(过渡金属) 钨(过渡金属) 铼(过渡金属) 锇(过渡金属) 铱(过渡金属) 铂(过渡金属) 金(过渡金属) 汞(过渡金属) 铊(贫金属) 铅(贫金属) 铋(贫金属) 钋(贫金属) 砹(类金属) 氡(惰性气体)
钫(碱金属) 镭(碱土金属) 锕(锕系元素) 钍(锕系元素) 镤(锕系元素) 铀(锕系元素) 镎(锕系元素) 钚(锕系元素) 镅(锕系元素) 锔(锕系元素) 锫(锕系元素) 锎(锕系元素) 锿(锕系元素) 镄(锕系元素) 钔(锕系元素) 锘(锕系元素) 铹(锕系元素) 𬬻(过渡金属) 𬭊(过渡金属) 𬭳(过渡金属) 𬭛(过渡金属) 𬭶(过渡金属) 鿏(预测为过渡金属) 𫟼(预测为过渡金属) 𬬭(预测为过渡金属) (过渡金属) (预测为贫金属) 𫓧(贫金属) 镆(预测为贫金属) 𫟷(预测为贫金属) 鿬(预测为卤素) 鿫(预测为惰性气体)
-



外观
银白色固态金属
概况
名称·符号·序数钪(Scandium)·Sc·21
元素类别过渡金属
·周期·3 ·4·d
标准原子质量44.955908(5)
电子排布[] 3d1 4s2
2,8,9,2
钪的电子层(2,8,9,2)
历史
预测德米特里·门捷列夫(1871年)
发现拉斯·弗雷德里克·尼尔森(1879年)
分离拉斯·弗雷德里克·尼尔森
物理性质
物态固态
密度(接近室温
2.985 g·cm−3
熔点1814 K,1541 °C,2906 °F
沸点3109 K,2836 °C,5136 °F
熔化热14.1 kJ·mol−1
汽化热332.7 kJ·mol−1
比热容25.52 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 1645 1804 (2006) (2266) (2613) (3101)
原子性质
氧化态+3,+2[1],+1[2],0[3]
(两性)
电离能第一:633.1 kJ·mol−1

第二:1235.0 kJ·mol−1
第三:2388.6 kJ·mol−1

更多
原子半径162 pm
共价半径170±7 pm
范德华半径211 pm
杂项
晶体结构六方密堆积
磁序顺磁性
电阻率(α,poly)(预测)(25 ℃)562 n Ω·m
热导率15.8 W·m−1·K−1
热膨胀系数(α,poly)(25 ℃)10.2 µm/(m·K)
杨氏模量74.4 GPa
剪切模量29.1 GPa
体积模量56.6 GPa
泊松比0.279
布氏硬度750 MPa
CAS号7440-20-2
最稳定同位素
主条目:钪的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
45Sc 100% 稳定,带24个中子
46Sc 痕量 83.79 天 β 0.3569 46Ti
γ 0.889,1.120 -
47Sc 痕量 3.3492 天 β 0.44,0.60 47Ti
γ 0.159 -
48Sc 痕量 43.67 时 β 0.661 48Ti
γ 0.9,1.3,1.0 -

拼音kàng注音ㄎㄤˋ粤拼kong3;英语:Scandium;源于斯堪的纳维亚半岛拉丁语scandia),是一种化学元素,其化学符号Sc原子序数为21,原子量44.955908 u,是一种柔软、银白色的过渡性金属。它常跟镧系元素稀土金属 [4]混合存在。钪是在1879年由拉尔斯·弗雷德里克·尼尔松的团队,在斯堪的纳维亚半岛的黑稀金矿英语euxenite(euxenite)和硅铍钇矿英语gadolinite(gadolinite)中,使用光谱分析发现的元素

钪存在于大多数稀土矿和化合物的沉积物中,但它仅可以从全球某些矿场的矿石萃取,由于钪不易取得及制备困难,所以直到1937年才首次取得,而它的应用直到1970年代才被研发出来。在1970年代人们发现钪对于铝合金具有增益效果,此应用目前仍是其主要用途,氧化钪的全球贸易量约为每年15~20吨。[5]

钪化合物的性质介于之间。之间也存在着对角线规则,就像的关系。钪是3族元素,就像其他第三族的元素,钪的主要氧化数为+3。

性质

化学性质

钪是银色的柔软金属,被空气氧化时略带浅黄色或粉红色。钪容易风化,在大多数稀酸中缓慢溶解。它不与硝酸)和氢氟酸)的1:1混合物反应,可能是由于形成了一个不渗透的钝化层。钪粉在空气中点燃,放出明亮的黄色火焰,形成氧化钪[6]

同位素

钪共有37个同位素,其中只有一种同位素()是稳定的。25种钪的放射性同位素已获得表征,其中最稳定的是46Sc,半衰期为 83.8天;接着是半衰期3.35天的47Sc;半衰期43.7小时的48Sc;以及会放出正电子44Sc,它的半衰期为4小时。剩下的放射性同位素的半衰期都小于4小时,大部分都小于2分钟。钪也有五种同核异构体,其中最稳定的是半衰期58.6小时的44m2Sc。[7]

钪已发现的同位素在36Sc 到60Sc之间。比45Sc轻的钪同位素的主要衰变方式为电子捕获的同位素,而比45Sc重的同位素则主要通过β衰变的同位素。[7]

存在

地球地壳中,钪并不稀有。钪的丰度预测在18至25 ppm之间,可以和(20–30 ppm)比较。钪是地球上第50常见的元素(地壳中第35常见的元素),但它是太阳中第23常见的元素。[8]然而,钪分布稀疏,在许多矿物中痕量存在。[9]来自斯堪的纳维亚[10]马达加斯加[11]的稀有矿物如:钪钇石英语thortveitite黑稀金矿英语euxenite硅铍钇矿是钪唯一已知的集中来源。钪钇石可以包含高达45%的以氧化钪形式存在的钪。[10]

稳定的钪是在超新星中通过R-过程产生的。[12]它也可以通过更常见的核的宇宙射线散裂而成。

  • 28Si + 17n → 45Sc(R-过程)
  • 56Fe + p → 45Sc + 11C + n(宇宙射线散裂)

化合物

钪化学几乎被三价钪离子 Sc3+主宰。M3+ 离子半径在下表中列出,表明钪离子的化学性质与钇离子的共同点多于与铝离子的共同点。部分由于这种相似性,钪通常被归类为类镧系元素。

离子半径 (pm)
Al Sc Y La Lu
53.5 74.5 90.0 103.2 86.1

氧化物和氢氧化物

钪的氧化物Sc
2
O
3
和氢氧化物 Sc(OH)
3
都是两性的:[13]

Sc(OH)
3
+ 3 OH
[Sc(OH)
6
]3−
(钪酸根)
Sc(OH)
3
+ 3 H+
+ 3 H
2
O
[Sc(H
2
O)
6
]3+

α- 和γ-ScOOH 的结构类似碱式氧化铝[14]Sc3+
的水溶液由于水解呈酸性。

卤化物

钪的卤化物 ScX
3
在 X= ClBrI时,它们极易溶于水,但ScF
3
不溶于水。在这四种卤化物中,钪都是六配位的。这些卤化物都是路易斯酸:举个例子,ScF
3
在有过量氟离子的溶液里会形成 [ScF
6
]3−

有机钪化合物

钪与环戊二烯基配体 (Cp) 形成一系列有机金属化合物,这类似于镧系元素。一个例子是含氯桥键的 [ScCp
2
Cl]
2
,以及相关的五甲基环戊二烯基配合物。[15]

不寻常氧化态

除+3以外的氧化态的钪化合物很少见,但已得到很好的表征。蓝黑色的 CsScCl
3
是其中最简单的。它的材料采用片状结构,在钪(II)中心之间表现出广泛的结合。[16] 氢化钪的性质不太清楚,尽管它似乎不是Sc(II)的氢化物[1]正如对大多数元素所观察到的那样,双原子的一氢化钪已在高温气相下通过光谱观察到。[2] 钪的硼化物和碳化物是非整比化合物,这是它的相邻元素的典型特征。[17]

在有机钪化合物中也观察到较低的氧化态 (+2、+1、0)。[18][19][20][21]

历史

1869年,门捷列夫曾预测一种称为“类硼”的未发现元素。1879年拉斯·弗雷德里克·尼尔森和他的团队从黑稀金矿(euxenite)和硅铍钇矿(gadolinite)中通过光谱分析发现这个新的元素。尼尔森制备了2克的高纯度氧化钪[22][23]他把这新元素命名为“Scandium”,源自拉丁文Scandia”(斯堪的纳维亚半岛)。1937年,钪单质首次从氯化钪的共晶混合物于700–800 °C电解出来。[24]

生产

全球产量约每年15吨(三氧化二钪化合物),需求比供应量高50%。每年供需均在增长。

价格

根据美国地质调查局的报告显示,从2015年至2019年的美国,少量钪锭的价格为每克107至134美元,而氧化钪的价格为每克4至5美元。[25]

应用

米格-29部分由钪铝合金制成。[26]
米格-29部分由钪铝合金制成。[26]

钪用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。

金属化物灯,寿命长,消耗电力少,用作运动场照明灯和高级车的车灯。

健康与安全

钪元素被认为无,尽管人们尚未对钪化合物进行广泛的动物试验。[27]氯化钪半数致死量已被确定为4克/千克(口服)和755毫克/千克(腹腔注射英语Intraperitoneal injection)。[28]从这些结果看来,钪化合物应处理为中度毒性化合物。

参见

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参考文献

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  2. ^ 2.0 2.1 Smith, R. E. Diatomic Hydride and Deuteride Spectra of the Second Row Transition Metals. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 1973, 332 (1588): 113–127. doi:10.1098/rspa.1973.0015. 
  3. ^ F. Geoffrey N. Cloke; Karl Khan & Robin N. Perutz. η-Arene complexes of scandium(0) and scandium(II). J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1991, (19): 1372–1373. doi:10.1039/C39910001372. 
  4. ^ IUPAC Recommendations, NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY
  5. ^ Mineral Commodity Summaries 2020 (PDF). US Geological Survey Mineral Commodities Summary 2020. US Geological Survey. [10 February 2020]. (原始内容存档 (PDF)于2021-05-09). 
  6. ^ "Scandium页面存档备份,存于互联网档案馆)." Los Alamos National Laboratory. Retrieved 2013-07-17.
  7. ^ 7.0 7.1 Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik. The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A. 2003, 729 (1): 3–128 [2021-10-02]. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. CiteSeerX 10.1.1.692.8504可免费查阅. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (原始内容存档于2021-11-04). 
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    5
    Me
    4
    )SiMe
    2
    1−NCMe
    3
    )}(PMe
    3
    )Sc(μ2−H)]
    2
    and [{(η5−C
    5
    Me
    4
    )SiMe
    2
    1−NCMe
    3
    )}Sc(μ1−CH
    2
    CH
    2
    CH
    3
    )]
    2
    . Synthesis, Structures and Kinetic and Equilibrium Investigations of the Catalytically active Species in Solution. Journal of the American Chemical Society. 1994, 116 (11): 4623. doi:10.1021/ja00090a011.
     
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外部链接

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