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
Hővezetési 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.

Története

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]

Előfordulása

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.

Előállítása

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 tulajdonságai

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.

Kimutatása

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.

Izotópjai

Bővebben: A szkandium izotópjai

Vegyületei

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 hidroxidok

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 pszeudohalogenidek

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 származékok

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 állapotok

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]

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Scandium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

Náray-Szabó István: Kémia

Jegyzetek

↑ 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.
↑ Smith, R. E., Gaydon, Alfred Gordon (1973. február 6.). „Diatomic hydride and deuteride spectra of the second row transition metals”. Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences 332 (1588), 113–127. o. DOI:https://dx.doi.org/10.1098%2Frspa.1973.0015.
↑ McGuire, Joseph C., Kempter, Charles P. (1960. november 1.). „Preparation and Properties of Scandium Dihydride”. The Journal of Chemical Physics 33 (5), 1584–1585. o. DOI:10.1063%2F1.1731452.
↑ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.

További információk

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.

[7] Smith, R. E., Gaydon, Alfred Gordon (1973. február 6.). „Diatomic hydride and deuteride spectra of the second row transition metals”. Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences 332 (1588), 113–127. o. DOI:https://dx.doi.org/10.1098%2Frspa.1973.0015.

[8] McGuire, Joseph C., Kempter, Charles P. (1960. november 1.). „Preparation and Properties of Scandium Dihydride”. The Journal of Chemical Physics 33 (5), 1584–1585. o. DOI:10.1063%2F1.1731452.

[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]