Skandijum

Uredi veze
S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Skandijum
kockica elementa (1 cm³);
sublim. dendritik (dva komada sl. stalagmitima)
Opšta svojstva
Ime, simbolskandijum, Sc
Izgledsrebrnasto beo
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
–
↑
Sc
↓
Y
kalcijum ← skandijum → titanijum ‍
Atomski broj (Z)21
Grupa, periodagrupa 3, perioda 4
Blokd-blok
Kategorija  prelazni metal
Rel. at. masa (Ar)44,955908(5)[1]
El. konfiguracija[Ar] 3d1 4s2
po ljuskama
2, 8, 9, 2
Fizička svojstva
Agregatno stanječvrsto
Tačka topljenja1814 K ​(1541 °‍C, ​2806 °F)
Tačka ključanja3109 K ​(2836 °‍C, ​5136 °F)
Gustina pri s.t.2,985 g/cm3
tečno st., na t.t.2,80 g/cm3
Toplota fuzije14,1 kJ/mol
Toplota isparavanja332,7 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet25,52 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 1645 1804 (2006)
P (Pa) 103 104 105
na T (K) (2266) (2613) (3101)
Atomska svojstva
Oksidaciona stanja+3, 2,* 1**
*[2], **[3]
(amfoterni oksid)
Elektronegativnost1,36
Energije jonizacije1: 633,1 kJ/mol
2: 1235,0 kJ/mol
3: 2388,6 kJ/mol
(ostale)
Atomski radijus162 pm
Kovalentni radijus170±7 pm
Valsov radijus211 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​zbijena heksagonalna (HCP)
Zbijena heksagonalna (HCP) kristalna struktura za skandijum
Topl. širenjeα, poly: 10,2 µm/(m·K) (na s.t.)
Topl. vodljivost15,8 W/(m·K)
Električna otpornostα, poly: 562 nΩ·m (na s.t., izračunato)
Magnetni rasporedparamagnetan
Magnetna susceptibilnost (χmol)+315,0·10−6 cm3/mol (292 K)[4]
Jangov modul74,4 GPa
Modul smicanja29,1 GPa
Modul stišljivosti56,6 GPa
Poasonov koeficijent0,279
Brinelova tvrdoća736–1200 MPa
CAS broj7440-20-2
Istorija
Imenovanjepo Skandinaviji
PredviđanjeDmitrij Mendeljejev (1871)
Otkriće i prva izolacijaLars Nilson (1879)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
44m2Sc syn 58,61 h IT 44Sc
γ 44Sc
ε 44Ca
45Sc 100% stabilni
46Sc syn 83,79 d β− 46Ti
γ –
47Sc syn 80,38 d β− 47Ti
γ –
48Sc syn 43,67 h β− 48Ti
γ –
reference • Vikipodaci

Skandijum (Sc, lat. scandium) metal je 3. grupe periodnog sistema elemenata.[1] Ima 12 izotopa čije se atomske mase nalaze između 40-51. Stabilan je samo 45, koji čini skoro 100% njegovog izotopa u prirodi.[2]

Smatra se za jedan od najređih elemenata, budući da ga nema nigde u velikim količinama, a glavni mineral je torteveitit. Otkrio ga je Lars Fridrik Nilson 1879. godine u Upsali, Švedska.

Jedina poznata jedinjenja skandijuma su njegove soli sa ostacima organskih kiselina i hidridi. Ta jedinjenja nemaju nikakav praktični značaj. A od biološkog značaja, pretpostavlja se da nedostatak skandijuma izaziva rak, ali o tome ne postoje precizni podaci.

Skandijum se dobija elektrolizom rastopa skandijum-hlorida, na cinkanoj katodi, pri čemu nastaje legura cinka i skandijuma, a cink se zatim uklanja isparavanjem pri niskom pritisku.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Mendeljejev, za kojeg se vezuje nadimak otac periodnog sistema, predvideo je postojanje elementa kojeg je nazvao eka-bor, za koji je smatrao da ima atomsku masu između 40 i 48. Tek 1879. Lars Fredrik Nilson i njegovi saradnici otkrili su ovaj element u sastavu minerala euksenita i gadolinita. Nilson je dobio oko 2 grama skandijum-oksida vrlo visoke čistoće.[5][6] Novom elementu dao je ime scandium iz latinskog Scandia, prema Skandinaviji. Nilson navodno nije bio upoznat sa Mendeljejevijim predviđanjima, ali je tu činjenicu zapazio Kliv i o njegovom otkriću obavestio Mendeljejeva.[7]

Metalni skandijum je prvi put dobijen 1937. elektrolizom eutektične smese kalijuma, litijuma i skandijum-hlorida pri temperaturi od 700–800°C.[8] Prva veća količina 99% čistog metalnog skandijuma proizvedena je 1960. Njegovo korištenje u aluminijuvim legurama počelo je 1971. što je patentirano u SAD.[9] Legure aluminijuma i skandijuma takođe su bile razvijene i u bivšem Sovjetskom Savezu.[10]

Laserski kristali gadolinijum-skandijum-galijum granata (GSGG) korišteni su u aplikacijama za razvoj strateške odbrane (u sklopu američke strateške odbrambene inicijative ili SDI) tokom 1980-ih i 1990-ih.[11][12]

Osobine[uredi | uredi izvor]

Skandijum je mek metal srebrnastog izgleda. Kada je izložen vazduhu, delimično se oksiduje i prekriva slojem oksida poprimajući blagu zlatno-žutu ili ružičastu nijansu. Podložan je atmosferskim uticajima i sporo se rastvara u većini razblaženih kiselina. Ne reaguje sa mešavinom azotne (HNO3) i 48%-tne fluorovodične kiseline (HF) u odnosu 1:1, a smatra se da je to zbog stvaranja nepropusnog pasivizirajućeg sloja. Opiljci skandijuma se mogu zapaliti u prisustvu vazduha, pri čemu sagorevaju blještavim žutim plamenom i dajući skandijum(III) oksid.[13]

Hemijsko ponašanje skandijuma je sličnije aluminijumu nego elementima treće grupe, kojoj i pripada. Uzrok tome su slične vrednosti redoks-potencijala.

Reaguje sa vrućom vodom, sa kiselinama gradi soli. Vrlo dugo je imao samo teorijski značaj i nije imao nikakvu praktičnu primenu. Ipak u zadnje vreme počeo je da se koristi kao dodatak za legure od kojih se prave antene za mobilne telefone, jer on poseduje jedinstvene elektromagnetne osobine koje dozvoljavaju redukciju veličine tih antena.

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Skandijum postoji u prirodi isključivo kao izotop 45Sc, koji ima nuklearni spin 7/2. Postoji 13 poznatih radioaktivnih izotopa među kojima su najstabilniji izotopi 46Sc sa vremenom poluraspada od 83,8 dana, zatim 47Sc sa vremenom poluraspada od 3,35 dana i 48Sc sa vremenom poluraspada od 43,7 dana. Svi ostali radioaktivni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od 4 sata, a većina od tih imaju vremena poluraspada kraća od 2 minuta. Ovaj element takođe ima i pet metastabilnih izotopa među kojima je najstabilniji 44mSc (t1/2 = 58,6 h).[14]

Izotopi skandijuma kreću se od 36Sc do 60Sc. Njihov primarni način raspada kod onih čije su mase niže od jedinog stabilnog izotopa, 45Sc, jeste elektronski zahvat, dok je primarni način raspada kod težih izotopa emisija beta zraka. Osnovni proizvod raspada kod izotopa sa atomskim težinama ispod 45Sc je kalcijum dok su kod izotopa sa višim atomskim težinama izotopi titanijuma.[14]

Zastupljenost[uredi | uredi izvor]

U pogledu rasprostranjenosti u Zemljinoj kori, skandijum nije toliko redak. Procene o njegovoj zastupljenosti se kreću od 18 do 25 ppm, što se otprilike može porediti sa rasprostranjenošću kobalta (20–30 ppm). Skandijum je tek 50. najčešći element na Zemlji (odnosno 35. najrasprostranjeniji u kori), ali je istovremeno i 23. po rasprostranjenosti na Suncu.[15] Ipak, skandijum je vrlo oskudno distribuiran te se nalazi u tragovima u mnogim mineralima.[16] Retki minerali iz Skandinavije[17] i sa Madagaskara[18] kao što su tortveitit, euksenit i gadolinit su jedini poznati izvori gde je skandijum koncentriran u dovoljnoj meri. Mineral tortveitit može sadržavati i do 45% skandijuma u obliku skandijum(III) oksida.[17]

Stabilni oblik skandijuma nastaje u supernovi putem r-procesa.[19]

Dobijanje[uredi | uredi izvor]

Proizvodnja skandijuma u svetu je reda veličine oko 2 tone godišnje u obliku skandijum oksida. Primarna proizvodnja iznosi oko 400 kg, dok se ostatak odnosi na zalihe koje je Rusija napravila tokom Hladnog rata. U 2003. postojala su samo tri rudnika iz kojih se dobijao skandijum: rudnici uranijuma i željeza u Žovti Vodi u Ukrajini, rudnik retkih metala u Bajen Obou u Kini, te rudnik apatita na poluostrvu Kola u Rusiji. U svakom od njih, skandijum je bio nusproizvod izdvajanja drugih elemenata i metala[20] a na tržište je dolazio kao skandijum-oksid. Proizvodnja metalnog skandijuma je reda veličine oko 10 kg godišnje.[20][21] Pri tome se oksid prvo prevodi u skandijum(III) fluorid te se zatim redukuje sa metalnim kalcijumom.

Madagaskar i područje oko Ivelanda i Evje u južnoj Norveškoj jedini imaju depozite minerala sa velikim udelom skandijuma, tortveitita (Sc,Y)2(Si2O7) i kolbekita ScPO4·2H2O, ali se oni ne eksploatišu.[21] Nedostatak sigurne, stabilne i dugoročne proizvodnje u znatnoj meri je ograničio komercijalnu upotrebu skandijuma. Međutim, i pored slabe upotrebe, skandijum nudi značajne pogodnosti. Naročito je obećavajuća osobina pojačavanja legura aluminijuma neznatnim dodavanjem do 0,5% skandijuma. Cirkonijuma (cirkonijum dioksid) stabilizovan skandijumom ima sve veću potražnju na tržištu za upotrebu kao elektrolit visokih performansi u gorivim ćelijama sa čvrstim oksidima.

Upotreba[uredi | uredi izvor]

Delovi aviona MiG-29 načinjeni su iz legure Al-Sc.[22]

Dodavanje skandijuma u aluminijum ograničava nekontroliran rast zrna koji se dešava u zonama pod velikim uticajem toplote uzrokovane zavarivanjem komponenti od aluminijuma. Ovo ima dva poželjna efekta: istaloženi Al3Sc formira manje kristale od onih pronađenih u drugim legurama aluminijuma,[22] a zapremina zone bez taloga, koja obično postoji na granicama zrna kod aluminijskih legura stvrdnutih običnim hlađenjem, je smanjena.[22] Oba ova efekta na određeni način povećavaju korisnost legure. Međutim, legure titanijuma, koje su dosta slične po snazi i lakoći, mnogo su jeftinije i u znatno široj upotrebi.[23]

Legura sa oznakom Al20Li20Mg10Sc20Ti30 se pokazala da je snažna kao titanijum, laka poput aluminijuma, a tvrda kao keramika.[24]

Osnovna upotreba skandijuma po težini je u aluminijumsko-skandijumskim legurama koje služe za izradu manjih komponenti u avioindustriji. Te legure sadrže između 0,1% i 0,5% skandijuma. Korištene su u proizvodnji ruskih vojnih aviona, naročito za MiG-21 i MiG-29.[22]

Neki predmeti među sportskom opremom, za koje je potrebno koristiti materijale visokih performansi, napravljeni su od legura skandijum-aluminijuma, među kojima su bejzbol palice[25] i delovi i ramovi za bicikla.[26] Štapovi za lakros su takođe jednim delom napravljeni od skandijuma. Američka kompanija za proizvodnju oružja Smith & Wesson koristi legure skandijuma za izradu revolvera, gde one ulaze u sastav okvira i kućišta, dok se za cevi revolvera koriste titanijumski ili ugljenični čelici.[27][28] Stomatolozi koriste kristalne lasere od erbijum-hroma: itrijum-skandijum-galijum granata (skr. Er, Cr: YSGG) za uklanjanje karijesa i u endodonciji.[29]

Prve metal-halogene lampe zasnovane na skandijumu patentirao je Dženeral elektrik, a prvobitno ih je počeo proizvoditi za tržište Severne Amerike. Danas se one proizvode u gotovo svim razvijenijim industrijskim zemljama sveta. Oko 20 kg (u vidu Sc2O3) skandijuma se godišnje potroši u SAĐu za proizvodnju visokointenzitetnih lampi na bazi pražnjenja.[15] Skandijum jodid, zajedno sa natrijum jodidom, kada se dodaje u izmenjeni oblik lampe na bazi živinih para, dobija se jedna vrsta metal-halogene lampe. Ovakve lampe su izvor bele svetlosti sa visokim indeksom uzvrata boje, koja u dovoljnoj meri zamenjuje sunčevu svetlost što omogućava dobru reprodukciju boja kod TV kamera.[30] Oko 80 kg skandijuma se potroši u svetu godišnje za proizvodnju metal-halogenih lampi odnosno sijalica.

Radioaktivni izotop 46Sc koristi se u rafinerijama nafte kao sredstvo za trasiranje.[15] Skandijum triflat je katalitička Luisova kiselina korištena u organskoj hemiji.[31]

Galerija[uredi | uredi izvor]

  • Elektronski omotač skandijuma
    Elektronski omotač skandijuma
  • Kristali skandijuma
    Kristali skandijuma
  • Torteveitit – najpoznatija ruda skandijuma
    Torteveitit – najpoznatija ruda skandijuma
  • Spektralne linije skandijuma u vidljivom spektru
    Spektralne linije skandijuma u vidljivom spektru

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ McGuire, Joseph C.; Kempter, Charles P. (1960). „Preparation and Properties of Scandium Dihydride”. Journal of Chemical Physics. 33 (5): 1584—1585. Bibcode:1960JChPh..33.1584M. doi:10.1063/1.1731452. 
  3. ^ Smith, R. E. (1973). „Diatomic Hydride and Deuteride Spectra of the Second Row Transition Metals”. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 332 (1588): 113—127. Bibcode:1973RSPSA.332..113S. S2CID 96908213. doi:10.1098/rspa.1973.0015. 
  4. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  5. ^ Nilson, Lars Fredrik (1879). „Sur l'ytterbine, terre nouvelle de M. Marignac”. Comptes Rendus (na jeziku: francuski). 8 8: 642—647. 
  6. ^ Nilson, Lars Fredrik (1879). „Ueber Scandium, ein neues Erdmetall”. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (na jeziku: nemački). 12 (1): 554—557. doi:10.1002/cber.187901201157. 
  7. ^ Cleve, Per Teodor (1879). „Sur le scandium”. Comptes Rendus (na jeziku: francuski). 89: 419—422. 
  8. ^ Fischer, Werner; Brünger, Karl; Grieneisen, Hans (1937). „Über das metallische Scandium”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (na jeziku: nemački). 231 (1–2): 54—62. doi:10.1002/zaac.19372310107. 
  9. ^ Burrell, A. Willey Lower "Aluminum scandium alloy" U.S. Patent 3,619,181 objavljen 9.11.1971.
  10. ^ Zakharov, V. V. (2003). „Effect of Scandium on the Structure and Properties of Aluminum Alloys”. Metal Science and Heat Treatment. 45 (7/8): 246. S2CID 135389572. doi:10.1023/A:1027368032062. 
  11. ^ B, Hedrick James. „Scandium”. REEhandbook. Pro-Edge.com. Arhivirano iz originala 2. 6. 2012. g. Pristupljeno 9. 5. 2012. 
  12. ^ Samstag, Tony (1987). „Star-wars intrigue greets scandium find”. New Scientist: 26. [mrtva veza]
  13. ^ "Scandium." Los Alamos National Laboratory. Pristupljeno 17. jula 2013.
  14. ^ a b Audi, Georges; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra A.H. (2003). „The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties” (PDF). Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729 (1): 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  15. ^ a b v Lide, David R. (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85. izd. Boca Raton: CRC Press. str. 4–28. ISBN 978-0-8493-0485-9. 
  16. ^ F. Bernhard (2001). „Scandium mineralization associated with hydrothermal lazurite-quartz veins in the Lower Austroalpie Grobgneis complex, East Alps, Austria”. Mineral Deposits in the Beginning of the 21st Century. Lisse: Balkema. ISBN 90-265-1846-3. 
  17. ^ a b Roy, Kristiansen (2003). „Scandium – Mineraler I Norge” (PDF). Stein (na jeziku: norveški): 14—23. 
  18. ^ O. von Knorring; Condliffe, E. (1987). „Mineralized pegmatites in Africa”. Geological Journal. 22: 253. doi:10.1002/gj.3350220619. 
  19. ^ Cameron, A.G.W. (1. 6. 1957). „Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis” (PDF). CRL-41. 
  20. ^ a b Y. Deschamps. „Scandium” (PDF). mineralinfo.com. Arhivirano iz originala (PDF) 24. 3. 2012. g. Pristupljeno 21. 10. 2008. 
  21. ^ a b „Mineral Commodity Summaries 2008: Scandium” (PDF). United States Geological Survey. Pristupljeno 20. 10. 2008. 
  22. ^ a b v g Ahmad, Zaki (2003). „The properties and application of scandium-reinforced aluminum”. JOM. 55 (2): 35. Bibcode:2003JOM....55b..35A. S2CID 8956425. doi:10.1007/s11837-003-0224-6. 
  23. ^ Schwarz, James A.; Contescu, Cristian I.; Putyera, Karol (2004). Dekker encyclopédia of nanoscience and nanotechnology. 3. CRC Press. str. 2274. ISBN 0-8247-5049-7. 
  24. ^ Youssef, Khaled M.; Zaddach, Alexander J.; Niu, Changning; Irving, Douglas L.; Koch, Carl C. (2015). „A Novel Low-Density, High-Hardness, High-entropy Alloy with Close-packed Single-phase Nanocrystalline Structures”. Materials Research Letters. 3 (2): 95—99. S2CID 138054067. doi:10.1080/21663831.2014.985855. 
  25. ^ Bjerklie, Steve (2006). „A batty business: Anodized metal bats have revolutionized baseball. But are finishers losing the sweet spot?”. Metal Finishing. 104 (4): 61. doi:10.1016/S0026-0576(06)80099-1. 
  26. ^ „Easton Technology Report: Materials / Scandium” (PDF). EastonBike.com. Pristupljeno 3. 4. 2009. 
  27. ^ James, Frank (15. 12. 2004). Effective handgun defense. Krause Publications. str. 207—. ISBN 978-0-87349-899-9. Arhivirano iz originala 20. 06. 2013. g. Pristupljeno 8. 6. 2011. 
  28. ^ Sweeney, Patrick (13. 12. 2004). The Gun Digest Book of Smith & Wesson. Gun Digest Books. str. 34—. ISBN 978-0-87349-792-3. Arhivirano iz originala 21. 06. 2013. g. Pristupljeno 8. 6. 2011. 
  29. ^ Keyvan, Nouri (9. 11. 2011). „History of Laser Dentistry”. Lasers in Dermatology and Medicine. str. 464—465. ISBN 978-0-85729-280-3. 
  30. ^ Simpson, Robert S. (2003). Lighting Control: Technology and Applications. Focal Press. str. 108. ISBN 978-0-240-51566-3. 
  31. ^ Shu, Kobayashi; Manabe, Kei (2000). „Green Lewis acid catalysis in organic synthesis” (PDF). Pure Appl. Chem. 72 (7): 1373—1380. S2CID 16770637. doi:10.1351/pac200072071373. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Skandijum na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Скандијум&oldid=27548677”