Սկանդիում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
21 ԿալցիումՍկանդիումՏիտան
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կալիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
21Sc
Hexagonal.svg
Electron shell 021 Scandium.svg
Scandium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
Մահացու փափուկ մետաղ]] արծաթափայլ դեղին բծերով մետաղ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Սկանդիում / Scandium (Sc), 21
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
44,955912(6)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Ar] 3d1 4s2
Ատոմի շառավիղ 162 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 144 պմ
Իոնի շառավիղ (+3e) 72,3 պմ
Էլեկտրաբացասականություն 1,36 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ 0
Օքսիդացման աստիճաններ 3
Իոնիզացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 630,8 (6,54) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 2,99 գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 1 814
Եռման ջերմաստիճան 3 110
Մոլյար ջերմունակություն 25,51[2] Ջ/(Կ·մոլ)
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք վեցանկյուն (α-Sc)
Բյուրեղացանցի տվյալներ a=3,309 c=5,268 (α-Sc)
C/a հարաբերություն 1,592
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն (300 Կ) 15,8 Վտ/(մ·Կ)
21
Սկանդիում
Sc
44,956
3d14s2

Սկանդիում, քիմիական տարր է, որի նշանն է Sc և ատոմային թիվը՝ 21։ Երրորդ խմբի երկրորդական ենթախմբի տարր է, չորրորդ պարբերության, ատոմային համարը 21 է, իսկ ատոմական զանգվածը՝ 44,9559, նշվում է Sc (լատ.՝ scandium): Սկանդիումը բազմաիզոտապային տարր է, իսկ բնության մեջ հանդիպում է միայն մեկ ստաբիլ իզոտոպը՝ 45Sc:

Ռադիոակտիվ իզոտոպ 46Sc-ը նուրբ արդյունաբերությունում օգտագործվում է կտրվածքների համար, մետալուրգիական պրոցեսների վերահսկման համար, ինչպես նաև քաղցկեղի բուժման համար:

Սկանդիումի 47Sc իզոտոպը համարվում է պոզիտրոնի ստացման լավագույն աղբյուրը: Սկանդիումը մոնոիզոտոպային տարր է, և 100 %-ով կազմված է 45Sc իզոտոպից: d տարր է, առաջին անցումային տարրը, ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 3s23p63d44s2։ К և L թաղանթները լրացված են։

Պատմություն[խմբագրել]

Սկանդիումի գոյությունն առաջին անգամ առաջարկվել է Մենդելեևի կողմից 1870[3] թվականին, իսկ 1879 թվականին Լ. Ֆ. Նիլսոնովը գադոլինիտ և էվկսենիտ հանքանյութերից, որոնք հայտնաբերվել էին Սկանդինավիայում, առանձնացրել է սկանդիում տարրը (այստեղից էլ առաջացել է տարրի անվանումը):

Բնության մեջ[խմբագրել]

Երկրի ընդերքում սկանդիումի պարունակությունը կազմում է 10 գ/տ: Ծովային ջրում նրա պարունակությունը կազմում է 4∙10-5 գ/լ: Հայտնի են սկանդիումի 2 հանքանյութեր, տորտվեյտիտ՝ (Sc,Y)2 Si2O7, որը տարածված է Մադագասկարում և Նորվեգիայում, և ստերրետտիտը՝ Sc[PO4]∙2H2O, սակայն նրանք հանդիպում են շատ հազվադեպ: Սկանդիումը համարվում է տիպիկ տարածված էլեմենտ, և մտնում է շատ աղերի բաղադրության մեջ: Սկանդիումի հիմնական հանքային կրողներ են հանդիսանում ֆլյուորիտը (Sc2O3-ի պարունակությունը հասնում է մինչև 1%), կասսիտերիտը (0,005-0,2%), վոլֆրամիտը 0-04 %), իլմենորուտիլը (0,0015-0,3%), տորիանիտը (0,46% Sc2O3), սամարսկիտը (0,45% Sc2O3), վիիկիտ (1,17% Sc2O3), քսենոտիմ (0,0015-1,5%), բերիլլ (0,2%): Ընդհանուր առմամբ հայտնի են հարյուրավոր սկանդիում պարունակող աղեր:

Հայրենիք[խմբագրել]

Սկանդիումի հսկայական պաշարներ կենտոնացված են Ռուսաստանի, և նախկին Խորհրդային Միության տարածքներում: Ներկայումս, անկախ փորձագետների հաշվարկների, սկանդիումի (սկանդիումի օքսիդ) հիմնական արտադրողները համարվում են Ռուսաստանը, Ճապոնիան, Ուկրաինան և Ղազախստանը, Նորվեգիա[4]:

Ֆիզիկական հատկություններ[խմբագրել]

Սկանդիումն օժտված է թույլ պարամագնիսական հատկություններով: Նրա մագնիսական զգայունությունը 236∙10-6 (20 °C): Սկանդիումը փափուկ մետաղ է, մաքուր վիճակում այն հեշտությամբ է ենթարկվում մշակման, հեշտությամբ օգտագործվում է դարբնագործության մեջ, գլանվածքների արտադրությունում, դրոշմագործության մեջ: Սկանդիումի պարզագույն միացությունը արծաթագույն թեթև մետաղ է, որին բնորոշ է թեթևակի դեղին երանգը:

Նրան հատուկ են երկու բյուրեղային մոդիֆիկացիաներ՝ α-Sc և β-Sc: α↔β անցման ջերմաստիճանը կազմում է 1336 °C: Հալման ջերմաստիճանը կազմում է 1541 °C, եռման ջերմաստիճանը՝ 2837 °C:

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

Սկանդիումը առաջին 3d-էլեկտրոններ պարունակող էլեմենտն է, արտաքն էլեկտրոնային մակարդակում ունի 3d14s2 վիճակ: Քիմիական հատկություննեով այս տարրին նման են +3 օքսիդացման աստիճան ունեցող էլեմենտները (օրինակ, Ti3+, Fe3+, Mn3+):

Քիմիական և ֆիզիկական հատկություններով սկանդիումին նաև նման են իտրիումը, լանթանը և լանթանոիդները: Սկանդիումը իր բոլոր բնական միացություններում ցուցաբերում է դրական վալենտական աստիճան, որը հավասար է 3-ի, այդ պատճառով օքսիդավերականգնման պրոցեսներում նա մասնակցություն չի ցուցաբերում: Սկանդիումը քիմիական հատկություններով նման է ալյումինին:

Սկանդիումը օդի հետ շփվելիս պատվում է օքսիդային թաղանթով, սակայն ակնառու օքսիդացումը սկսվում է 250 °С ջերմաստիճանից: Ջրածնի հետ փոխազդելիս (450 °C) առաջանում է հիդրիդ ScH2, ազոտի հետ (600-800 °C)՝ նիտրիդ, հալոգենների հետ (400-600 °C) փոխազդելիս՝ ScCl3 տիպի միացություններ: Շիկացնելու դեպքում փոխազդեցության մեջ է մտնում ֆտորի, թթվածնի, ածխածնի, ազոտի, ֆոսֆորի հետ: Սենյակային ջերմաստիճանում փոխազդում է քլորի, բրոմի և յոդի հետ:

Փոխազդում է ուժեղ թթուների հետ, ուժեղ թթուների օքսիդների հետ, և ալկալու կոնցենտրացիոն լուծույթների հետ: Ջրում սկանդիումի միացությունները հիդրոլիզվում են, առաջացնելով համապատասխան աղեր: Sc+3 իոնը անգույն իոն է, որի կորդինացիոն թիվը ջրային լուծույթներում հավասար է 6-ի: Ինչպես ալյումինի դեպքում, այնպես էլ սկանդիումի հիդրօքսիդը ամֆոտեր է, և լուծվում է որպես ամֆոտերային թթու: Սկանդիումի քլորիդը, բրոմիդը, յոդիտը և սուլֆատը լավ լուծվում են ջրում:

Սկանդիումի ֆտորիդը և ֆոսֆատը ջրում չեն լուծվում, սակայն ֆտորիդը լուծվում է ֆտորիդ-իոնի ավելցուկային առկայության պայմաններում, առաջացնելով ScF3-ը: Սկանդիումի նիտրիդը, սուլֆիդը և կարբոնատը ջրային պայմաններում հիդրոլիզվում են: Հարկ է նշել, որ քարածխի շերտերից սկանդիումի հսկայական ռեսուրսներ են ստացվում, իսկ սկանդիումի հեռացման տեխնալոգիան մեծ խնդիր է սինթետիկ հեղուկ վառելիքի ստացման համար:

Սկանդիումը օգտագործվում է առավել պինդ նյութերի ստացման համար: Օրինակ՝ տիտանի կարբիտը սկանդիումի կարբիտի հետ խառնելիս երկու անգամ բարձրացնում է նրա ամրությունը, ինչն էլ նոր նյութը դարձնում է ալմազից հետո ամուր չորրորդ նյութը: Սկանդիումը հետաքրքիր խառնուրդ է ստեղծում բերիլիումի հետ, որն ունի եզակի ջերմադիմացկունություն և ամրություն:

Ատացում և արտադրություն[խմբագրել]

Սկանդիումը համարվում է ցրված լիտոֆիլային տարր, (ժայռերի, ապարների տարր) այդ պատճառով այս էլեմենտի արտադրության տեխնոլոգիայում եթե լրիվ առանձնացվի սկանդիումը վերամշակված հանքանյութերից, նրա տարեկան արտադրանքը կավելանա:

Սկանդիումը օքսիդների տեսքով մեծամասամբ վերականգնվում է.

  • վոլֆրամային,
  • օլովյանային,
  • տիտանային,
  • ուրանային հանքանյութերի
  • բոքսիտների հիդրո- և պիրոմետալուրգիական մշակմամբ:

Օքսիդները քլորացնում կամ ֆտորացնում են բարձր ջերմաստիճանում, որից հետո մետաղական սկանդիումը (≈99,5%) ստանում են նրա քլորիդների կամ ֆտորիդների մետաղական կալցիումով թերմիկ վերականգնմամբ, բարձր վակուումում 133,3•10-6 ն/մ2 (10-6), 1600-1700 °C:

Սկանդիումը կարող ենք համարել 21-րդ դարի մետաղ, և կարող ենք կանխատեսել նրա արտադրության ծավալների բարձրացում, գնի աճ, և հսկայական քանակությամբ քարային ածխի վերամշակում հեղուկ վառելիքի:

Արտադրություն[խմբագրել]

1988 թվականին սկանդիումի օքսիդի արտադրությունը աշխարհում կազմում է.

երկիր Արտադրության ծավալ,
ոչ պակաս,
կգ/տարի
Չինաստան 50
Ֆրանսիա 100
Նորվեգիա 120
ԱՄՆ 500
Ճապոնիա 30
Ղազախստան 700
Ուկրաինա 610
Ռուսաստան 958

Կիրառություն[խմբագրել]

Սկանդիումի գլխավորապես կիրառվում է ալյումինասկանդիումային համաձուլվածների ստացման համար, որոնք լայն կիրառություն ունեն սպորտային տեխնիկաների և սարքավորումների արտադության համար (մոտոցիկլետներ, բեյսբոլի մականներ և այլն), ամեն բնագավառում, որտեղ անհրաժեշտ են շատ ամուր սարքավորումներ: Ալյումինի և սկանդիումի համաձուլվածքը աչքի է ընկնում առավել ամրությամբ և ճկունությամբ:

Մաքուր սկանդիումի ուժը մոտ 400 ՄՊա է, իսկ տիտանի մոտ այն մոտավորապես հավասար է 250-350 ՄՊա-ի:

Ինքնաթիռաշինությունում[խմբագրել]

ՄԻԳ-29- ինքնաթիռը պատրաստված է Sc-ի խառնուրդից

Սկանդիումի խառնուրդների լայն կիրառումը ավիացիայում և հրթիռների արտադրության մեջ թույլ է տալիս բավականին իջեցնել փոխադրումների արժեքը և կտրուկ բարձրացնել շահագործվող համակարգերի հուսալիությունը, օգտագործվում է նաև պարկուճների արտադությունում: Շատ կարևոր է նաև այն հանգամանքը, որ սկանդիումը հաֆնյումով լեգիրացված խառնուրդները ամացնում է: Շատ կարևոր է իմանալ նաև այն մասին, որ մաքուր ալյումինի և սկանդիումի լեգիրացված վիճակը բարձրացնում է մետաղալարերի ջերմահաղորդականությունը:

Սկանդիումն օգտագործվում է չափազանց ամուր մատերիալների ստացման համար: Օրինակ, կարբիդի տիտանի լեգիրացված վիճակը սկանդիումի կարբիդով, մոտ երկու անգամ բարձրացնում է նրա միկրոամրությունը, իսկ ստացված նոր մատերիալը համարվում է ալմաստից հետո չորրորդ կարծր նյութը:

Բժշկության մեջ[խմբագրել]

Սկանդիումի օքսիդը մեծ կիառություն ունի նաև բժշկության մեջ, մասնավորապես ատամնաբուժական պրակտիկայում, քանի որ ապահովում է ատամնաշարային կծվածքների բարձր որակը: Սկանդիումը լայն օգտագործում ունի նաև բազմաշերտանոց ռենտգենային հայելիների արտադրության մեջ: Ամեն տարի 80 կգ սկանդիում (Sc2O3 միացության տեսքով) օգտագործվում է բարձր ինտեսիվությամբ լուսատու էլեմենտների արտադրության համար:

Սկանդիումի յոդիտը ավելացվում է սնդիկա-գազային լամպերի, ըստ արտադրողների, դա շատ լավ լույսի աղբյուր է, նման է արևի լույսին, որն ապահովում է տեսախցիկի լավ լուսարձակումը:

Տես նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 360. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
  3. Менделеев Д. И. Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов // Журнал Русского химического общества. — 1871. — Т. III. — С. 25—56.
  4. Популярная библиотека химических элементов. Скандий. Книги. Наука и техника

Գրականություն[խմբագրել]

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]



Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից։ CC-BY-SA-icon-80x15.png