Скандий

Общие сведения и методы получения

Скандий ( Sc ) — редкоземельный металл серебристого цвета с желтым отливом. Был предсказан в 1870 г. Д. И. Менделеевым, который условно называл его экабором. В 1879 г. скандий был выделен из минерала га-долинита шведским ученым Ларсом Нильсоном, который и дал ему название в честь Скандинавии.

Содержание скандия в земной коре 6*10^-4 % (по массе). В незна­чительных количествах (менее 0,5%) скандий содержится во многих минералах (вольфрамитах, касситеритах, урановых рудах, бокситах и др). Из собственных минералов скандия известны тортвейтнт Sc₂Si₂0₇, содержащий 30—40 % Sc₂0₃, и стереттит Sc(P0₄) -2Н₂0. Эти минералы встречаются крайне редко и промышленных месторождений ие образуют.

Металлический скандий впервые получен в 1937 г. электролизом хло­рида скандия в расплавленной солевой ванне, но продукт содержал 50 % примесей, главным образом железо и кремний. В настоящее время скандий получают по нескольким технологическим схемам. Металл в ви­де оксидов извлекают попутно прн гидро- и пирометаллургической пере­работке вольфрамовых, оловянных, титановых, урановых руд и бокси­тов. Оксиды скандия хлорируют или фторируют при 700—800 °С, получая соответственно хлориды (ScCI₃) и фторнды (ScF₃) скандия. Металлический компактный скандий извлекают прямым восстановле­нием его хлоридов или фторидов металлическим кальцием: 2ScF₃+3Ca->- —*3 CaF ₂ + 2 Sc и последующей дистилляцией (возгонкой) в высоком ва­кууме (10-^3* 10-⁴ Па) при температурах 1600—1700°С. Таким образом получают металл чистотой >99,5 %.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 21, атомная масса 44,96 а.е.м. Атомный объем 15-10^-6 м³/моль, атомный радиус 0,164 нм, ионный ра­диус Sc ³ + 0,083 им. Скандий состоит из одного устойчивого изотопа ⁴⁵ Sc .

Химические свойства

Скандий — химически активный элемент, особенно при повышенных температурах. На воздухе при комнатной температуре покрывается плен­кой оксида (III) толщиной 15—60 им. Обычно в соединениях проявляет степень окисления +3, однако при определенных условиях могут быть получены соединения со степенью окисления +2.

С кислородом скандий реагирует уже при 200 °С, реакция протекает значительно быстрее в присутствии паров Н₂0, причем образуется оксид ( HI ) Sc ₂ 0₃, представляющий собой бесцветное кристаллическое туго­плавкое (<пл =2300°С) вещество.

С водородом скандий реагирует прн 450 °С, образуя гидрид ScH ₂ , имеющий кубическую решетку.

Реакция с азотом начинается выше 600 °С и наиболее активно проте­кает при 800 "С, завершаясь образованием нитрида ScN , предоставляю­щего собой тугоплавкое (г_пл=2550°С) соединение с металлическими свойствами.

С углеродом, бором и кремнием скандий образует тугоплавкие сое­динения выше 1000 "С [с бором — бориды ScB ₂ , ScB ₄ , ScB_I2 , с углеро­дом—карбиды ScC (^_л = 1900 °С), с кремнием — силициды SceSb , Sc ₃ Si 5, ScSij ].

Взаимодействуя с серой, теллуром, селеном при температурах около 1000 °С, скандий дает соединения типа Sc₂X₃ — халькогеннды. С водой металлический скандий не реагирует даже при 100 °С.

Скандий легко растворяется в кислотах (соляной, серной, азотной), при этом с понижением концентрации скорость растворения металла в них сильно снижается. К воздействию щелочей металл устойчив.

Диаграммы состояния построены для небольшего числа систем скан­дия. У этого элемента довольно отчетливо выражено сходство с магни­ем, а также титаном н цирконием.

Технологические свойства

Скандий — мягкий металл. В чистом состоянии н бескислородной среде легко поддается ковке, прокатке, штамповке. Возможна также сварка металла.

Области применения

Применение скандия ограничено. Окснд скандия идет на изготовление ферритов для элементов памяти быстродействующих вычислительных машин. Радиоактивный изотоп скандия ⁴⁶ Sc используется в нейтронно-активационном анализе и в медицине. Разработаны перспективные сплавы скандия: жаропрочные деформируемые сплавы системы Mg— Sc — Y — Mg — Mn, конструкционные сплавы Sc —Си— Al, Sc — Ti и др.¹

Оксид скандия применяют для получения специальных стекол, гла­зурей, керамических изделий, в производстве ферритов с малой индук­цией и др. У некоторых металлических соединений скандия (в частности, у Scln) обнаружены ферромагнитные свойства. Халькогеннды скандия нашли применение в радиотехнике и радиоэлектронике как материалы для изготовления оксидных катодов, терыисторов и т. п. Некоторые со­единения скандия входят в состав смешанных катализаторов разложения хлористого водорода, некоторых кристаллофосфоров и люминофоров. Возможно применение скандия и его сплавов в качестве геттеров, а так­же в атомной энергетике.