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스칸듐

Scandium
"Element 21"은 여기서 리디렉션된다.골프 회사는 Element 21(회사)을 참조한다.
스칸듐, Scanium
Scandium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
스칸듐
발음/ˈskændiəm/ (SKAN-dee-əm)
외관은백색의
표준 원자량Ar, std(Sc)44.955908(5)[1]
주기율표의 스칸듐
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
–
↑
sc
↓
Y
칼슘 ←스칸듐 → 티타늄
원자번호 (Z)21
그룹그룹 3
기간4주기
블록 d-블록
전자 구성[Ar] 3d1 4s2
셸당 전자2, 8, 9, 2
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점1814 K(1541°C, 2806°F)
비등점3109K(2836°C, 5136°F)
밀도 (근처 )2.985 g/cm3
액체가 있을 때 ( )2.80 g/cm3
융해열14.1 kJ/mol
기화열332.7 kJ/mol
어금니열용량25.52 J/(몰·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 1645 1804 (2006) (2266) (2613) (3101)
원자성
산화 상태0,[2] +1, [3]+2, [4]+3(암포테릭 산화물)
전기성폴링 눈금: 1.36
이온화 에너지
  • 1차: 633.1 kJ/mol
  • 2위: 1235.0 kJ/mol
  • 3위: 2388.6 kJ/mol
  • (더)
원자 반지름체험형: 162시
공동 반지름170±7pm
반데르발스 반지름오후 211시
Color lines in a spectral range
스칸듐의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정구조 육각형 근위축(hcp)
Hexagonal close packed crystal structure for scandium
열팽창α, 폴리: 10.2µm/(m³K) ( )
열전도도15.8 W/(m³K)
전기저항도α, 폴리: 562 NΩ⋅m (r.t, 계산)
자기순서파라자성의
어금니 자기 감수성+315.0×10cm−63/mol(292K)[5]
영의 계량74.4 GPA
전단 계수29.1 GPA
벌크 계량56.6 GPA
포아송 비율0.279
브리넬 경도MPa 736-1200
CAS 번호7440-20-2
역사
이름 지정스칸디나비아 다음으로
예측드미트리 멘델레예프(1871)
검색 및 첫 번째 격리라르스 프레드릭 닐슨 (1879)
스칸듐의 주요 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
44m2sc 동음이의 58.61 h IT 44sc
γ 44sc
ε 44CA
45sc 100% 안정적
46sc 동음이의 83.79 d β− 46티
γ –
47sc 동음이의 80.38 d β− 47티
γ –
48sc 동음이의 43.67 h β− 48티
γ –
카테고리: 스칸듐
참고 문헌

스칸듐은 Sc 기호와 원자 번호 21을 가진 화학 원소다.

은백색의 금속성 d-블록 원소로서 역사적으로 이트리움, 란타니드 등과 함께 희토류 원소로 분류되어 왔다.[6]1879년 스칸디나비아에서 추출한 유소나이트와 가돌나이트 광물의 스펙트럼 분석에 의해 발견되었다.

스칸듐은 희토류 및 우라늄 화합물의 대부분의 매장량에 존재하지만, 전 세계 몇몇 광산에서만 이러한 광석에서 추출된다.1937년 처음 시행된 금속성 스칸듐의 낮은 가용성과 준비의 어려움 때문에, 스칸듐의 알루미늄 합금에 대한 긍정적 효과가 발견된 1970년대에 이르러서야 스칸듐의 용도가 개발되었으며, 그러한 합금에 대한 그것의 사용은 주요 적용 분야로 남아 있다.전 세계 산화 스칸듐의 거래량은 연간 15~20톤이다.[7]

스칸듐 화합물의 특성은 알루미늄과 이트리움의 특성과 중간이다.베릴륨과 알루미늄 사이에 존재하는 것처럼 마그네슘과 스칸듐의 작용 사이에는 대각선 관계가 존재한다.그룹 3에 있는 원소의 화학적 화합물에서 주요 산화 상태는 +3이다.

특성.

화학적 특성

스칸디움은 은빛으로 보이는 부드러운 금속이다.공기에 의해 산화되면 약간 노랗거나 분홍빛이 도는 주물이 생긴다.그것은 풍화작용에 취약하고 대부분의 희석된 산에서 천천히 용해된다.1:1의 질산 혼합물에는 반응하지 않는다 (HNO3)와 48.0%의 불산(HF)으로 불침투성 패시브 레이어 형성 때문일 수 있다.스칸디움이 공중에서 빛나는 노란 불꽃으로 점화되어 산화 스칸디움을 형성한다.[8]

동위 원소

주요 기사:스칸듐 동위 원소

자연에서 스칸듐은 핵 스핀이 7/2인 동위원소 Sc로서만 발견된다. 이것은 유일하게 안정적인 동위원소다.25개의 방사성 동위원소는 반감기가 83.8일인 Sc, 3.35일, 양전자 방출체 Sc, 4시간, 그리고 43.7시간인 Sc가 가장 안정적인 것으로 특징지어진다.나머지 방사성 동위원소는 모두 반감기가 4시간 미만이며, 이들 중 대다수는 반감기가 2분 미만이다.이 원소는 또한 5개의 핵 이소재를 가지고 있으며, 가장 안정적인 것은 Sc(t1/2 = 58.6 h)이다.[9]

알려진 스칸듐 동위 원소는 Sc에서 Sc까지 다양하다.유일한 안정 동위원소인 Sc보다 낮은 질량에서의 1차 붕괴 모드는 전자 포획이며, 그 위 질량에서의 1차 붕괴 모드는 베타 방출이다.Sc 이하 원자 중량의 일차 붕괴 산물은 칼슘 동위원소, 높은 원자 중량의 일차 붕괴 산물은 티타늄 동위원소다.[9]

발생

지구 표면에서 스칸듐은 드물지 않다.추정치는 18~25ppm으로 코발트의 풍부함(20~30ppm)에 버금간다.스칸듐은 지구에서 50번째로 가장 흔한 원소(지각에서 35번째로 가장 풍부함)에 불과하지만, 태양에서 23번째로 가장 흔한 원소다.[10]그러나 스칸디움은 희박하게 분포하며 많은 광물에서 미량적으로 발생한다.[11]스칸디나비아와[12] 마다가스카르의[13] 희귀 광물인 토르트베이트, 엑세나이트, 가돌나이트 등이 이 원소의 농축된 근원으로 알려져 있다.Thortveitite는 산화스캔디움의 형태로 최대 45%의 스칸디움을 함유할 수 있다.[12]

스칸디움의 안정적인 형태는 r 과정을 통해 초신성에서 만들어진다.[14]또한, 스칸디움은 더 풍부한 철핵의 우주 광선 분비에 의해 생성된다.

  • 28Si + 17n → 45Sc (r-process)
  • 56Fe + p → Sc + C + n (광선 스플레이션)

생산

세계 스칸디움의 생산량은 연간 15~20톤으로 산화물 스칸디움의 형태다.수요는 약 50% 증가하며, 생산과 수요 모두 계속 증가하고 있다. In 2003, only three mines produced scandium: the uranium and iron mines in Zhovti Vody in Ukraine, the rare-earth mines in Bayan Obo, China, and the apatite mines in the Kola peninsula, Russia; since then many other countries have built scandium-producing facilities, including 5 tonnes/year (7.5 tonnes/year Sc2O3) by Nickel Asia Corporation and Sumi필리핀의 토모 금속 채굴.[15][16]미국에서 NioCorp Development는 연간 95톤의 산화 스칸듐 스칸디늄을 생산할 수 있는[18] Nebraska 남동부 엘크크크릭 부지에 니오비움 광산을 여는 데 10억[17] 달러를 모금하기를 희망하고[when?] 있다.[19]각각의 경우에 스칸듐은 다른 원소 추출의 부산물로 산화스칸듐으로 판매된다.[20][21][22]

금속성 스칸듐을 생산하기 위해 산화물은 불소화 스칸듐으로 변환된 후 금속 칼슘으로 감소한다.

마다가스카르와 노르웨이의 이블랜드-에브제 지역은 스칸디움 함량이 높은 광물인 Thortveitite(SiO27)2가 유일하게 매장되어 있지만 이러한 광물들은 이용되지 않고 있다.[21]광물 콜벡카이트 ScPO-24HO는2 스칸듐 함량이 매우 높지만 더 큰 예치금에서는 사용할 수 없다.[21]

신뢰할 수 있고, 안전하고, 안정적이고, 장기적 생산의 부재로 스칸디움의 상업적 응용이 제한되었다.이런 낮은 사용량에도 불구하고 스칸디움은 상당한 이점을 제공한다.특히 유망한 것은 스칸듐이 0.5%에 불과한 알루미늄 합금의 강화다.스칸듐 안정화 지르코니아는 고체산화물 연료전지에서 고효율 전해질로 사용하려는 시장 수요가 증가하고 있다.

가격

USGS는 2015년부터 2019년까지 미국에서 소량의 스칸듐 잉곳 가격은 그램 당 107달러에서 134달러, 산화스캔듐은 그램 당 4달러에서 5달러 수준이라고 보고 있다.[23]

화합물

Scandium 화합물 및 Scandium 미네랄 범주를 참조하십시오.

스칸듐 화학은 거의 완전히 3가 이온인 Sc에3+ 의해 지배된다.아래 표의 M3+ 이온의 반지름은 스칸듐 이온의 화학적 특성이 알루미늄 이온보다 yttrium 이온과 더 많은 공통점을 가지고 있음을 나타낸다.부분적으로 이러한 유사성 때문에 스칸디움은 란타니드 같은 원소로 분류되는 경우가 많다.

이오닉 라디(pm)
알 sc Y 라 루
53.5 74.5 90.0 103.2 86.1

산화물과 수산화물

산화물 ScO
2
3 및 수산화물 Sc(OH)
3는 암페어릭이다.[24]

Sc(OH)
3 + 3 OH−
 → [Sc(OH)]
63−
 (scandate 이온)
Sc(OH)
3 + 3H+
 + 3 HO
2 → [Sc(HO
2)]
63+

α- 및 γ-ScOOh는 알루미늄 수산화물 산화물과 함께 등구조물이다.[25]물에3+
함유된 Sc의 용액은 가수분해로 인해 산성이다.

할로겐화물과 가성화합물

X=Cl, Br 또는 I가 있는 할리데스 ScX는3 물에 매우 용해되지만, ScF는3 용해되지 않는다.네 개의 할로겐에서 스칸디움은 모두 6개로 조정된다.할로겐화물은 Lewis 산이다. 예를 들어, ScF는3 [ScF6]를 형성하기 위해 과잉 불소 이온을 함유한 용액에 용해된다.3−조정 번호 6은 문장 이해(III)에 대해 일반적이다.더 큰 Y와3+ La3+ 이온에서는 8과 9의 조정 번호가 일반적이다.스칸듐 삼불산은 유기화학에서 루이스 산 촉매로 쓰이기도 한다.

유기파생상품

주요 기사:오르가오칸디움 화학

스칸듐은 시클로펜타디엔틸 리간드(Cp)와 함께 일련의 유기농 화합물을 형성하며, 란타니드의 거동과 유사하다.한 예로 염소 교량 조광기 [ScpCl2]2 및 펜타메틸사이클로펜타디엔틸 리간드의 관련 파생상품이 있다.[26]

비범한 산화 상태

+3 이외의 산화 상태에서 스칸듐을 특징으로 하는 화합물은 드물지만 특성이 좋다.블루-블랙 화합물 CsScCl은3 가장 간단한 것 중 하나이다.이 재료는 스칸듐(Scandium) 사이에 광범위한 결합을 보이는 시트 형태의 구조를 채택한다.II) 중심.[27]Scandium Hydride는 Sc(II)의 식염수화물인 것처럼 보이지는 않지만 잘 이해되지 않는다.[4]대부분의 원소에서 관찰된 바와 같이, 기체 단계의 고온에서 이원자 스칸듐 하이드라이드가 분광학적으로 관찰되었다.[3]스칸디움 붕산염과 탄화물은 이웃 원소에 전형적으로 그렇듯이 비스토리히메트릭이다.[28]

낮은 산화 상태(+2, +1, 0)는 오르가오코스칸듐 화합물에서도 관찰되었다.[29][30][31][32]

역사

주기율표의 아버지로 일컬어지는 드미트리 멘델레예프는 1869년 원자 질량이 40~48 사이인 에카보론 원소의 존재를 예측했다.Lars Fredrik Nilson과 그의 팀은 1879년에 유센나이트와 가돌나이트 광물에서 이 원소를 발견했다.닐슨은 순도가 높은 산화스캔듐 2g을 준비했다.[33][34]그는 이 원소의 이름을 "스칸디나비아"라는 뜻의 라틴 스칸디나비아에서 따왔다.닐슨은 분명히 멘델레예프의 예측을 모르고 있었지만, 페르 테오도르 클레브는 그 서신을 알아보고 멘델레예프에게 통보했다.[35][36]

금속성 스칸디움은 1937년 최초로 칼륨, 리튬, 염소산 스칸디움의 혼합물을 700~800℃에서 전기분해하여 생산되었다.[37]99% 순수 스칸듐 금속의 첫 파운드는 1960년에 생산되었다.알루미늄 합금의 생산은 1971년 미국의 특허에 따라 시작되었다.[38]구소련에서도 알루미늄-scandium 합금이 개발되었다.[39]

1980년대와 1990년대 전략방어구상(SDI)을 위해 개발된 전략방어 애플리케이션(GSGG)에는 가돌리늄-scandium-galium garnet(GSGG)의 레이저 결정체가 사용되었다.[40][41]

은하중심 부근의 적색거성별

2018년 초, 은하중심 핵별 클러스터(NSC) 내 적색 거성별의 상당한 스칸듐, 바나듐, 이트리움 함몰에 대한 분광기 데이터에서 증거를 수집했다.추가 연구는 이것이 이들 별들의 비교적 낮은 온도(3,500K 이하)가 풍요로운 신호를 가리기 때문에 생긴 환상이며, 이 현상은 다른 적색 거인에서도 관찰할 수 있다는 것을 보여주었다.[42]

적용들

MiG-29의 부품은 Al-Sc 합금으로 만들어진다.[43]

알루미늄에 스칸듐을 추가하면 용접 알루미늄 구성 요소의 열 구역에서 곡물 성장이 제한된다.이것은 두 가지 유익한 효과를 가지고 있다: 침전된 AlSc는3 다른 알루미늄 합금에 비해 작은 결정체를 형성하고,[43] 노화 경화 알루미늄 합금의 곡물 경계에서 침전되지 않는 구역의 부피가 감소한다.[43]알스크3 침전물은 탈구 운동(즉, 소성 변형)을 억제하는 탄성 변형장을 적용하여 알루미늄 매트릭스를 강화시키는 일관성 있는 침전물이다.AlSc는3 평형 L12 슈퍼래티스 구조를 이 시스템에 독점하고 있다.[44]나노 스케일 침전물의 미세한 분산은 주문 경화를 통해 합금도 강화할 수 있는 열처리를 통해 달성될 수 있다.[45]최근의 개발에는 Zr과 같은 전이 금속과 Er와 같은 희토류 금속이 구면 AlSc3 침전물을 둘러싸고 있는 조개 껍데기를 만들어 내는 등 화력을 감소시키는 것이 포함된다.[46]이러한 쉘은 합금 원소의 확산성에 의해 지시되며 안정성은 유지하면서 Zr이 부분적으로 대체하는 Sc가 적고 침전물 형성에 필요한 Sc가 적기 때문에 합금 비용을 낮춘다.[47]이러한 것들은 AlSc가3 다양한 용도와 함께 티타늄 합금으로 어느 정도 경쟁력을 갖게 했다.그러나 가벼움과 강도가 비슷한 티타늄 합금은 값이 싸고 훨씬 널리 사용된다.[48]

알리MgScTi2020102030 합금은 티타늄처럼 강하고 알루미늄처럼 가볍고 일부 도자기처럼 단단하다.[49]

무게에 의한 스칸듐의 주요 적용은 경미한 항공우주 산업 구성품의 알루미늄-스칸듐 합금에 있다.이 합금은 스칸듐의 0.1~0.5%를 함유하고 있다.그것들은 러시아 군용기, 특히 미코얀-구레비치 MiG-21과 MiG-29에 사용되었다.[43]

경량 고성능 소재에 의존하는 일부 스포츠 장비 품목은 야구방망이와 [50]텐트 폴, 자전거 프레임과 부품 등 스칸듐알루미늄 합금으로 만들어졌다.[51]라크로스 스틱은 스칸듐으로도 만들어진다.미국의 화기 제조회사 스미스앤웨슨은 스칸듐 합금 프레임과 티타늄이나 탄소강 원통을 갖춘 반자동 권총과 리볼버를 생산한다.[52][53]

치과의사들은 에르비움-크롬 도핑 이티움-scandium-갈륨 가넷을 사용한다(Er,Cr:YSGG) 내시경 및 충치 준비용 레이저.[54]

최초의 스칸듐 기반의 금속 할라이드 램프는 제너럴 일렉트릭에 의해 특허를 받았고 현재 모든 주요 산업 국가에서 생산되고 있지만 북미에서 만들어졌다.미국에서는 매년 약 20kg의 스칸듐(ScO23)이 고강도 방전등에 사용된다.[55]수은-증포등과 유사한 금속-할라이드 램프의 한 종류는 스칸듐 삼다이오드와 요오드화 나트륨으로 만들어진다.이 램프는 TV 카메라로 색 재현을 잘 할 수 있도록 햇빛과 충분히 흡사한 높은 색채 렌더링 지수를 가진 백색 광원이다.[56]약 80 kg의 스칸듐이 전 세계적으로 매년 금속 할라이드 램프/전구에 사용된다.[citation needed]

방사성 동위원소 sc는 정유소에서 추적제로 사용된다.[55]스칸듐 삼불산은 루이스산이 유기화학에 사용하는 촉매제다.[57]

건강과 안전

원소 스칸디움은 스칸디움 화합물에 대한 광범위한 동물 실험은 수행되지 않았지만 독성이 없는 것으로 간주된다.[58]랫드 대상 염화 스칸듐의 치사량(LD50) 농도는 복강 내 755mg/kg, 경구 투여의 경우 4g/kg으로 결정되었다.[59]이러한 결과에 비추어 볼 때 스칸듐 화합물은 적당한 독성의 화합물로 취급해야 한다.스칸듐은 수용성이 낮은 수산화물과 관련된 유사한 위험과 함께 완전한 d-블록 상대인 갈륨과 유사한 방식으로 신체가 취급하는 것으로 보인다.[citation needed]

참고 항목

참조

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스칸듐

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