Скандий

Скандий (лат. Scandium), Sc, химический элемент III группы периодической системы Менделеева: атомный номер 21, атомная масса 44,9559; лёгкий металл с характерным жёлтым отливом, который появляется при контакте металла с воздухом. Известен один природный стабильный изотоп 45Sc. Из 10 искусственных радиоактивных изотопов важнейший 46Sc с периодом полураспада 84 сут. С. был предсказан Д. И. Менделеевым в 1870 и выделен в 1879 Л. Ф. Нильсоном из минералов гадолинита и эвксенита, найденных в Скандинавии (лат. Scandia), отсюда и название элемента.

Распространение в природе. Среднее содержание С. в земной коре (кларк) 2,2×10-3% по массе. В горных породах содержание С. различно: в ультраосновных 5×10-4, в основных 2,4×10-3, в средних 2,5×10-4, в гранитах и сиенитах 3.10-4; в осадочных породах (1—1,3).10-4. С. концентрируется в земной коре в результате магматических, гидротермальных и гипергенных (поверхностных) процессов. Известно два собственных минерала С. — тортвейтит и стерреттит; они встречаются чрезвычайно редко. В целом С. — типичный рассеянный элемент, слабый мигрант (см. также Рассеянных элементов руды). Содержание С. в морской воде 4×10-5 г/л.

Физические и химические свойства. С. существует в двух кристаллических модификациях: a и b; при обычной температуре устойчива a-модификация с гексагональной решёткой (а = 3,3080 и с = 5,2653 ), выше 1350 °С — b-модификация с кубической объёмноцентрированной решёткой. Плотность С. в а-форме при 25 °С 3,020 г/см3, атомной радиус 1,64 , ионный радиус 0,75 , tпл 1539 ± 5 °С, tkип 2700 °C, выше 1600 °С летуч. При 25 °С удельная теплоёмкость 25,158 кдж/(кг. К)[6,01 ккал/ (г×°С)], удельное электрическое сопротивление (54—70,7).10-6 ом×см, С. слабый парамагнетик, его атомная магнитная восприимчивость 236-10-6 (20 °С). Sc — первый переходный элемент с одним 3d электроном; конфигурация внешних электронов атома 3d14s2.

С.— мягкий металл, в чистом состоянии легко поддаётся обработке — ковке, прокатке, штамповке.

По хим. поведению сходен с др. переходными элементами в степени окисления +3 (например, Ti3+, Fe3+, Мп3+), элементами подгруппы Al, Be, а также элементами иттриевой подгруппы, вместе с которыми его иногда относят к редкоземельным элементам. На воздухе покрывается защитной окисной плёнкой толщиной до 600Ǻ, заметное окисление начинается при 250 °С. При взаимодействии с водородом (450 °С) образуется гидрид ScH2, с азотом (600—800 °С) — нитрид ScN, с галогенами (400—600 °С) — соединения типа ScCI3; С. реагирует также с бором и кремнием при температуре выше 1000 °С. Металл легко растворяется в соляной, азотной и серной кислотах (с понижением концентрации кислоты скорость растворения С. резко падает и с 0,001 н. растворами он не реагирует). Соли соляной, серной, азотной, роданистоводородной и уксусной кислот хорошо растворяются в воде, а соли фосфорной, щавелевой и плавиковой кислот мало растворимы; некоторой летучестью обладают ацетилацетонат и его фторпроизводные. На С. практически не действуют разбавленные растворы NaOH (10%) и смесь концентрированных HNO3 и HF (1: 1). В воде соединения С. заметно гидролизуются с образованием основных солей. Ионы Sc3+ склонны к полимеризации, образованию комплексных ионов различного типа, состав которых зависит от природы аниона и pH среды, например Sc (CO3)-2, Sc (SO4)3-3. Основные соли в растворе легко переходят в аморфную гидроокись.

Получение и применение. С. преимущественно в виде окислов извлекают попутно при гидро- и пирометаллургической переработке вольфрамовых, оловянных, титановых, урановых руд и бокситов. Окислы хлорируют или фторируют при повышенной температуре, а затем компактный металлический С. (выход ~ 99,5°о) получают термическим восстановлением его хлорида или фторида металлическим кальцием с последующей дистилляцией (возгонкой) Sc в высоком вакууме 133,3×10-6 н/м2 (10-6 мм рт. cm.)при 1600—1700 °С.

Масштабы применения С. весьма ограничены. Окись С. идёт на изготовление ферритов для элементов памяти быстродействующих вычислительных машин. Радиоактивный 46Sc используется в нейтронно-активационном анализе и в медицине. Сплавы С., обладающие небольшой плотностью и высокой температурой плавления, перспективны как конструкционные материалы в ракето- и самолётостроении, а ряд соединений С. может найти применение при изготовлении люминофоров, оксидных катодов, в стекольном и керамических производствах, в химической промышленности (в качестве катализаторов) и в других областях.

Лит.: Борисенко Л. Ф., Скандий, М, 1961; Фаворская Л. В., Химическая технология скандия, А.-А., 1969; Коган Б. И., Названова В. А., Скандий, М., 1961; Справочник но редким металлам, пер. с англ., М., 1965; Vickery R. С., The chemistry of yttrium and scandium, Oxf., 1960.

Л. Н. Комиссарова