Սկանդիում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Սկանդիում
Sc

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-ից:

Ստացման պատմություն[խմբագրել]

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

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:

Տարածվածությունը[խմբագրել]

Երկրի ընդերքում սկանդիումի պարունակությունը կազմում է 10գ/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: Սկանդիումի հսկայական պաշարներ կենտոնացված են Ռուսաստանի, և նախկին Սովետական Միության տարածքներում: Ներկայումս, անկախ փորձագետների հաշվարկների, սկանդիումի (սկանդիումի օքսիդ) հիմնական արտադրողները համարվում են Ռուսաստանը, Ճապոնիան, Ուկրաինան և Ղազախստանը

Սկանդիումի և նրա միացությունների կիրառությունը[խմբագրել]

Սկանդիումի գլխավորապես կիրառվում է ալյումինասկանդիումային համաձուլվածների ստացման համար, որոնք լայն կիրառություն ունեն սպորտային տեխնիկաների և սարքավորումների արտադության համար (մոտոցիկլետներ, բեյսբոլի մականներ…), ամեն բնագավառում, որտեղ անհրաժեշտ են շատ ամուր սարքավորումներ: Ալյումինի և սկանդիումի համաձուլվածքը աչքի է ընկնում առավել ամրությամբ և ճկունությամբ: Մաքուր սկանդիումի ուժը մոտ 400ՄՊա է, իսկ տիտանի մոտ այն մոտավորապես հավասար է 250—350ՄՊա-ի: 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 ալմազից հետո չորրորդ կարծր նյութը: 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 80կգ 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:

Սկանդիումի ստացումը և արտադրությունը[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 և 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 н/м2 (10-6 мм рт. ст.), 1600-1700°C: Սկանդիումը կարող ենք համարել XXI դարի մետաղ, և կարող ենք կանխատեսել նրա արտադրության ծավալների բարձրացում, գնի աճ, և հսկայական քանակությամբ քարային ածխի վերամշակում հեղուկ վառելիքի:

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 ScF63-: 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: