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钪

原子序数为21的化学元素

鈧是一種化學元素，符號為 Sc，原子序數為 21.銀白色金屬過度元素，歷史上被歸類為稀土元素，[5]與釔和鑭系元素一起被分類。它是由頻譜分析於1879年發現的礦物 黑稀金礦和矽鈹釔來自斯堪的納維亞半島。 鈧存在於稀土和鈾化合物的大部分沉積物中，但它僅在全球少數礦山中從這些礦石中提取。由於金屬鈧的低可用性和難以製備，這在1937年首次完成，直到20世紀70年代才開發出鈧的應用。鈧對鋁合金的正面影響是在20世紀70年代發現的，它在這種合金中的應用仍然是其唯一的主要應用。氧化鈧的全球貿易量約為每年10 噸。 鈧化合物的性質介於鋁和釔之間。鎂和鈧的行為之間存在對角關係，正介在鈹和鋁之間。在第3組元素的化合物中，主要的氧化態為+3。

钪   21Sc
氫（非金屬）
氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬）
鈹（鹼土金屬）
硼（類金屬）
碳（非金屬）
氮（非金屬）
氧（非金屬）
氟（鹵素）
氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬）
鎂（鹼土金屬）
鋁（貧金屬）
矽（類金屬）
磷（非金屬）
硫（非金屬）
氯（鹵素）
氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬）
鈣（鹼土金屬）
鈧（過渡金屬）
鈦（過渡金屬）
釩（過渡金屬）
鉻（過渡金屬）
錳（過渡金屬）
鐵（過渡金屬）
鈷（過渡金屬）
鎳（過渡金屬）
銅（過渡金屬）
鋅（過渡金屬）
鎵（貧金屬）
鍺（類金屬）
砷（類金屬）
硒（非金屬）
溴（鹵素）
氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬）
鍶（鹼土金屬）
釔（過渡金屬）
鋯（過渡金屬）
鈮（過渡金屬）
鉬（過渡金屬）
鎝（過渡金屬）
釕（過渡金屬）
銠（過渡金屬）
鈀（過渡金屬）
銀（過渡金屬）
鎘（過渡金屬）
銦（貧金屬）
錫（貧金屬）
銻（類金屬）
碲（類金屬）
碘（鹵素）
氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬）
鋇（鹼土金屬）
鑭（鑭系元素）
鈰（鑭系元素）
鐠（鑭系元素）
釹（鑭系元素）
鉕（鑭系元素）
釤（鑭系元素）
銪（鑭系元素）
釓（鑭系元素）
鋱（鑭系元素）
鏑（鑭系元素）
鈥（鑭系元素）
鉺（鑭系元素）
銩（鑭系元素）
鐿（鑭系元素）
鎦（鑭系元素）
鉿（過渡金屬）
鉭（過渡金屬）
鎢（過渡金屬）
錸（過渡金屬）
鋨（過渡金屬）
銥（過渡金屬）
鉑（過渡金屬）
金（過渡金屬）
汞（過渡金屬）
鉈（貧金屬）
鉛（貧金屬）
鉍（貧金屬）
釙（貧金屬）
砈（類金屬）
氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬）
鐳（鹼土金屬）
錒（錒系元素）
釷（錒系元素）
鏷（錒系元素）
鈾（錒系元素）
錼（錒系元素）
鈽（錒系元素）
鋂（錒系元素）
鋦（錒系元素）
鉳（錒系元素）
鉲（錒系元素）
鑀（錒系元素）
鐨（錒系元素）
鍆（錒系元素）
鍩（錒系元素）
鐒（錒系元素）
鑪（過渡金屬）
𨧀（過渡金屬）
𨭎（過渡金屬）
𨨏（過渡金屬）
𨭆（過渡金屬）
䥑（預測為過渡金屬）
鐽（預測為過渡金屬）
錀（預測為過渡金屬）
鎶（過渡金屬）
鉨（預測為貧金屬）
鈇（貧金屬）
鏌（預測為貧金屬）
鉝（預測為貧金屬）
鿬（預測為鹵素）
鿫（預測為惰性氣體）
 -
↑
钪
↓
钇
钙 ← 钪 → 钛
外觀
银白色固态金属
概況
名稱·符號·序數 钪（Scandium）·Sc·21
元素類別 过渡金属
族·週期·區 3 ·4·d
標準原子質量 44.955908（5）
電子排布

[氩] 3d1 4s2
2，8，9，2

钪的电子層（2，8，9，2）
歷史
預測 德米特里·门捷列夫（1871年）
發現 拉斯·弗雷德里克·尼尔森（1879年）
分離 拉斯·弗雷德里克·尼尔森
物理性質
物態 固态
密度 （接近室温）
2.985 g·cm−3
熔點 1814 K，1541 °C，2906 °F
沸點 3109 K，2836 °C，5136 °F
熔化熱 14.1 kJ·mol−1
汽化熱 332.7 kJ·mol−1
比熱容 25.52 J·mol−1·K−1

蒸氣壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 1645 1804 （2006） （2266） （2613） （3101）
原子性質
氧化態 +3,+2[1],+1[2]
（两性）
電離能

第一：633.1 kJ·mol−1
第二：1235.0 kJ·mol−1
第三：2388.6 kJ·mol−1

（更多）
原子半徑 162 pm
共價半徑 170±7 pm
范德華半徑 211 pm
雜項
晶體結構 六方密堆积
磁序 顺磁性
電阻率 (α,poly)（预测）（25 ℃）562 n Ω·m
熱導率 15.8 W·m−1·K−1
膨脹係數 (α,poly)（25 ℃）10.2 µm/(m·K)
楊氏模量 74.4 GPa
剪切模量 29.1 GPa
體積模量 56.6 GPa
泊松比 0.279
布氏硬度 750 MPa
CAS號7440-20-2
最穩定同位素

主条目：钪的同位素

同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量（MeV） 產物
45Sc 100% 穩定，帶24個中子
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 -

属性编辑

元素的化学特性编辑

鈧是一種具有銀色外觀的軟金屬。當被空氣氧化時，它會形成略帶黃色或粉紅色的鑄件。它易受風化影響，在大多數稀酸中緩慢溶解。它不與硝酸（HNO 3）和48％氫氟酸（HF）的1：1混合物反應，可能是由於形成不可滲透的鈍化層。鈧轉向在空氣中點燃，帶有明亮的黃色火焰，形成氧化鈧。[6]

同位素编辑

主条目：钪的同位素

鈧共有37個同位素，其中有1個同位素( )是穩定的。

历史编辑

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克的高纯度氧化鈧。[3][4]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，钪单质首次从钾、锂和氯化钪的共晶混合物于700–800 °C电解出来。[5]

生产编辑

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。

蘊藏编辑

在地殼中，鈧並不罕見。估計值從18到25 ppm不等，與鈷的豐度（20-30 ppm）相當。鈧只是地球上第50個最常見的元素（地殼中第35個最豐富的元素），但它是太陽中第23個最常見的元素。[8]然而，鈧稀疏地分佈並且在許多礦物中以微量存在。[9]來自斯堪的納​​維亞[10]和馬達加斯加[11 ]的稀有礦物，如thortveitite，euxenite和gadolinite是該元素中唯一已知的集中來源。Thortveitite可以含有高達45％的氧化鈧形式的鈧。[10] 穩定形式的鈧是通過r-過程在超新星中產生的。[12]

製作编辑

世界鈧的產量為每年15噸，以氧化鈧的形式存在。需求增長約50％，生產和需求都在不斷增長。在2003年，只有三大礦山生產鈧：鈾和鐵礦山索提沃在烏克蘭，稀土礦在白雲鄂博，中國，並在磷灰石礦科拉半島，俄羅斯 ; 從那時起，許多其他國家都建立了鈧生產設施，包括鎳亞洲公司的 5噸/年（7.5噸/年Sc 2 O 3）和住友金屬礦業在菲律賓。[13] [14] 在美國，NioCorp Development希望籌集10億美元[15]用於在內布拉斯加州東南部的Elk Creek地區開設鈮礦[16]，這可能能夠生產多達95噸的二氧化鈧。每年。[17]在每種情況下，鈧都是提取其他元素的副產品，並以氧化鈧的形式出售。[18] [19] [20] 為了生產金屬鈧，將氧化物轉化為氟化鈧，然後用金屬鈣還原。 馬達加斯加和挪威的伊夫蘭 - 埃維耶地區有唯一的鈧含量高的礦物，鍶（Sc，Y）2（Si 2 O 7）和kolbeckite ScPO 4 ·2H 2 O，但這些都沒有被開採。[19] 缺乏可靠，安全，穩定，長期的生產限制了鈧的商業應用。儘管使用水平低，但鈧具有顯著的優點。特別有希望的是用低至0.5％的鈧加強鋁合金。鈧穩定的氧化鋯在固體氧化物燃料電池中作為高效電解質的市場需求日益增長。

应用编辑

 
米格-29部分由钪铝合金制成。[6]

钪用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。

金屬鹵化物燈，壽命長，消耗電力少，用作運動場照明燈和高級車的車燈。

健康与安全编辑

钪元素被认为无毒，钪化合物的动物试验已经完成。氯化钪的半数致死量已被确定为4毫克/千克腹腔和755毫克/千克口服给药。从这些结果看来钪化合物应处理为中度毒性化合物。

参考文献编辑

  1. ^ McGuire, Joseph C.; Kempter, Charles P. Preparation and Properties of Scandium Dihydride. Journal of Chemical Physics. 1960, 33: 1584–1585. doi:10.1063/1.1731452. 
  2. ^ 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. ^ Nilson, Lars Fredrik. Sur l'ytterbine, terre nouvelle de M. Marignac. Comptes Rendus. 1879, 88: 642–647 （法语）. 
  4. ^ Nilson, Lars Fredrik. Ueber Scandium, ein neues Erdmetall. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 1879, 12 (1): 554–557. doi:10.1002/cber.187901201157 （德语）. 
  5. ^ Fischer, Werner; Brünger, Karl; Grieneisen, Hans. Über das metallische Scandium. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1937, 231 (1–2): 54–62. doi:10.1002/zaac.19372310107 （德语）. 
  6. ^ Ahmad, Zaki. The properties and application of scandium-reinforced aluminum. JOM. 2003, 55 (2): 35. Bibcode:2003JOM....55b..35A. doi:10.1007/s11837-003-0224-6. 

外部連結编辑

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