Скандій: відмінності між версіями

Сріблясто-білий метал, відноситьсяналежить до групи [[перехідні метали|перехідних металів]], він іноді класифікується як [[рідкісноземельні елементи|рідкісноземельний елемент]] разом з [[ітрій|ітрієм]] та [[лантаноїд]]ами. [[Густина]] 3,020; t_плав 1541 ^оС; t_кип 2850 ^оС. Існує у двох кристалічних модифікаціях: α-Sc з гексагональною ґраткою типу магнію, β-Sc з кубічною об’ємноцентрованою ґраткою, температура переходу α↔β 1336 °C.

Скандій присутнійнаявний ву більшості мінералів рідкісноземельних елементів та [[Уран (хімічний елемент)|уран]]у, але його видобувають з цих руд тільки на кількох заводах по всьому світу. Через низьку доступність і труднощі ув отриманні металевого скандію, який вперше було виділено у 1937 році, тільки у 1970-х роках віннабув став мати промисловепромислового значення. Позитивний ефект від легування скандієм [[алюміній|алюмінієвих]] сплавів було відкрито в 1970-х роках, і його використання в таких сплавах залишається його єдиним значним використаннямзастосуванням.

Металевий скандій був отриманий вперше в 1937 році шляхом [[електроліз]]у з [[евтектика|евтектичнихевтектичної]] суміші, при 700-800&nbsp;°C, в суміші хлоридів [[калій|калію]], [[літій|літію]] та скандію. при 700-800&nbsp;°C<ref>{{cite journal|title = Über das metallische Scandium| journal = [[Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie]]|volume = 231| issue = 1–2| year =1937| pages = 54–62| first= Werner|last = Fischer| coauthors = Brünger, Karl; Grieneisen, Hans|doi = 10.1002/zaac.19372310107|language=German}}</ref>. Перший фунт 99% металічного скандію бувбуло отриманий вотримано 1960 роціроку. Використовувати скандій для легування алюмінієвих сплавів почали після 1971 року<ref>"Aluminum scandium alloy" Burrell, A. Willey Lower {{US patent|3,619,181}} 1971</ref>. Алюміній-скандієві сплави також вивчали в [[Союз Радянських Соціалістичних Республік|СРСР]]<ref name="Zark">{{cite journal|title = Effect of Scandium on the Structure and Properties of Aluminum Alloys|journal =Metal Science and Heat Treatment|volume = 45|year = 2003|page= 246|doi =10.1023/A:1027368032062|first = V. V.|last = Zakharov|issue = 7/8}}</ref>.

За поширеністю серед елементів у земній корі ([[Кларки елементів|кларк]]ом), скандій не є дуже рідкісним. Його [[Кларки елементів|кларк]]&nbsp;— приблизно від 18 до 25&nbsp;[[ppm]], що зіставно з поширеністю [[кобальт]]у (20–30&nbsp;ppm). В інших вимірах - ву земній корі за різними даними10даними 10^-3-6•10^-4 % (мас). Скандій заЗа поширенням займаєу земній корі Скандій посідає 35-е місце, середа найпоширенішихза впоширенням земнійна корі,Сонці та— 23-є за поширенням елелемент на Сонці).<ref name="rubber">{{cite book|title =CRC Handbook of Chemistry and Physics|first = David R.|last = Lide|year = 2004|isbn = 9780849304859|pages = 4–28|publisher =CRC Press|location =Boca Raton}}</ref>. Однак, скандій є дуже розпиленимрозпорошеним серед багатьох корисних копалин ([[мінерал]]ів<ref>{{cite book| first = F.|last = Bernhard|chapter = Scandium mineralization associated with hydrothermal lazurite-quartz veins in the Lower Austroalpie Grobgneis complex, East Alps, Austria|title = Mineral Deposits in the Beginning of the 21st Century|year = 2001|isbn = 9026518463| publisher = Balkema| location = Lisse}}</ref> <ref name="Thort">{{cite journal|title = Scandium – Mineraler I Norge|first = Roy|last = Kristiansen|journal = [[Stein (journal)|Stein]]|year = 2003|pages = 14–23|language = Norwegian|url = http://www.nags.net/Stein/2003/Sc-minerals.pdf|archiveurl = https://web.archive.org/web/20101008054147/http://www.nags.net/Stein/2003/Sc-minerals.pdf|archivedate = 2010-10-08|accessdate = 2012-01-28|deadurl = no}}</ref>, [[вугілля]], [[торф]]у та [[сланець|сланців]]) Рідкісні мінерали зі Скандинавії та [[Мадагаскар]]у<ref name="Mada">{{cite journal|journal=Geological Journal|volume = 22|page= 253|year =1987|title = Mineralized pegmatites in Africa|first = O.|last = von Knorring|coauthors = Condliffe, E.|doi = 10.1002/gj.3350220619}}</ref> , такі як [[тортвейтит]], [[евксеніт]], та [[гадолініт]] є єдиними природними джерелами концентрованого скандію. Тортвейтит може містити до 45% скандію (у формі [[оксид]]у, скандію (землі "скандіа").<ref name="Thort"/>.

У природі скандій міститься виключно у вигляді [[ізотоп]]у ⁴⁵Sc, що має [[спін]] ядра 7/2. Тринадцять [[радіоізотоп]]ів було описано, найбільш стабільнийнайстабільніші з яких ⁴⁶Sc з [[Період напіврозпаду|періодом напівжиття]] 83,8&nbsp;діб, ⁴⁷Sc з періодом піврозпадунапіврозпаду 3,35&nbsp;діб, та ⁴⁸Sc з періодом піврозпадунапіврозпаду 43,7&nbsp;годин. ВсіУсі інші [[радіоактивність|радіоактивні]] ізотопи мають період піврозпаду меншнапіврозпаду ніжменше 4&nbsp;годин, більшість - менш ніж менше 2&nbsp;хвилинихвилин. Цей елемент має також п'ять [[ізомерія атомних ядер|ядерних ізомерів]], найбільшнайстабільний стабільний зсеред яких ^44mSc (t_½ = 58,6&nbsp;h).<ref name="Audi">{{cite journal|last = Audi|first = Georges|title = The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties|journal = [[Nuclear Physics A]]|volume = 729|pages = 3–128|publisher = Atomic Mass Data Center|year = 2003|doi=10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001|bibcode=2003NuPhA.729....3A}}</ref>.

Основним шляхом [[радіоактивність|розпаду]] ізотопів з масою, меншменшою ніж у природного стабільного ізотопу ⁴⁵Sc, є [[K-захоплення]], а основним видом розпаду ізотопів, важчих за 45-й, є [[бета-розпад]]. Зазвичай, продуктом розкладурозпаду ізотопів з вагою меншою ⁴⁵Sc є ізотопи [[кальцій|кальцію]], а продуктом розкладу ізотопів з вагою більшою ⁴⁵Sc є ізотопи [[титан (хімічний елемент)|титан]]у.<ref name="Audi"/>.

Одержання скандію базується на попутному його вилученні у вигляді оксидів при гідро- і пірометалургійній переробці деяких – вольфрамітових, каситеритових, рідкісноземельних (евксенітових, ксенотимових і інш.), частково уранових (давидитових, бранеритових) концентратів, а також фосфатизованих кісткових залишків. Вміст Sc₂O₃ у фосфоритах доходить до 0,04%; крім того, він нагромаджується в золіпопелі кам'яного вугілля. С. можеСкандій бутиможна добутийдобути попутно при переробці титаномагнетитових і цирконових концентратів, з відходів виробництва алюмінію і золипопелу вугілля. Рентабельно вилучати його з відходів переробки вольфрамітових концентратів при вмісті в них 0,04-0,05 % Sc, а також ззі шлаків від переробки каситеритових концентратів при вмісті в них 0,1% Sc. При цьому кількість цирконію не повинна перевищувати 0,3%.

У середині ХХ ст. виробництво і споживання скандію не перевищувало першихкількох сотень кг. Різке його збільшення відмічаєтьсявідзначається з 1980-х років. Найбільші країни-споживачі скандію: США, Японія, Франція.

Сучасне{{коли?}} світове виробництво скандію знаходитьсяперебуває на рівні 2 тонни на рік (у вигляді оксиду скандію). За часичасів [[Холодна Війна|холодної війни]] у Росії накопичився значний запас первинного скандію. У 2003 році тільки три родовища, поставлялипостачали скандій: уранові і залізні рудники у м. [[Жовті Води]] в [[Україна|України]], родовища рідкісних земель у [[Баян Про]], [[Китай]] і апатитових шахтах на [[Кольський півострів|Кольському півострові]], [[Росія]]. У будь-якому разі, зазвичай, скандій є побічним продуктом при видобуванні інших елементів <ref name="Deschamps"/> і продається у вигляді окису скандію.

Виробництво металевогометалічного скандію знаходиться встановить близько 10 кг на рік.<ref name="Deschamps">{{cite web|first=Y.|last=Deschamps|accessdate=2008-10-21|url=http://www.mineralinfo.org/Substance/Scandium/Sc.pdf|publisher=mineralinfo.com|title=Scandium|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120324033608/http://www.mineralinfo.org/Substance/Scandium/Sc.pdf|archivedate=2012-03-24|deadurl=yes}}</ref><ref name="USGS2008">{{cite web|url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/scandium/mcs-2008-scand.pdf|publisher=United States Geological Survey|accessdate=2008-10-20|title=Mineral Commodity Summaries 2008: Scandium|archiveurl=https://www.webcitation.org/6HZymJ7ng?url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/scandium/mcs-2008-scand.pdf|archivedate=2013-06-23|deadurl=no}}</ref> Подібно до рідкісноземельних металів скандій після дещо складного процесу відділення від попутних елементів, переводять у [[оксид]] скандію, потім за допомогою HF у [[флуор]]ид. Після чого відновлюють [[кальцій|кальцієм]]. РештуЗалишки кальцію іззі сплаву відганяють у вакуумі, та отримують чистий скандій.

Лише [[Мадагаскар]] та регіон [[Івланд]], [[Норвегія]] мають родовища корисних копалин з високим вмістом скандію, [[тортвейтит]]у (Sc, Y)<sub>2</SUB> (Si<sub>2</SUB>O<sub>7</SUB>) і [[стеретит|кольбекіт]]у ScPO<sub>4</SUB>·2Н<sub>2</SUB>О, але вони не експлуатуються.розробляються<ref name="USGS2008"/>.

За умов відсутностіВідсутність надійної, безпечної, стабільної та довгострокової перспективіперспективи виробництва скандію, обмежує його комерційне застосування скандію. Незважаючи наПопри низький рівень використання, скандій забезпечуємає значні перспективи використання. Особливо перспективним є легування алюмінієвих сплавів 0,5%-ами скандію, що значно підвищує експлуатаційні якості матеріалу. Ринковий попит на кубічний діоксид цирконію, стабілізований скандієм, постійно зростає, оскільки використовується як електроліт високої ефективності в твердотілихтвердотільних оксидних [[паливний елемент|паливних елементів]].

Скандій як елемент, що не має хромофорних властивостей, має малутому кількістьмало хімічних реакцій придатні для його якісного визначення. На заразНаразі не відомо жодної аналітичної реакції, яка б давала можливість легко та надійно визначити скандій на фоні суміші інших елементів.

* Феніларсонова кислота утворює осад іззі скандієм у оцтовокислому середовищі. Осад розчиняється у мінеральних кислотах, на відміну від феніларсонатів Ti, Zr, [[Hf]], [[Sn]]. Таким чином, скандій можна виявити уза присутностінаявності цих елементів. Для якісного відкриття скандію використовуються інші реагенти та методи.

Додавання скандію до алюмінію обмежує надмірне зростання металевого зерна у зоні нагріву у зварних частинах з алюмінієвих сплавів. Це має наслідком два наступних позитивних ефекти: осадження [[інтерметаліди|інтерметалід]]у Al₃Sc забезпечує формування менших кристалів у сплаві Al-Sc ніж у інших сплавах [[Алюміній|алюмінію]]<ref name="Ahmad2003"/> та зниження об'єму міжкристалічних зон<ref name="Ahmad2003"/> Обидва ці ефекти підвищують експлуатаційні якості сплавів. Однак, [[титанові сплави|сплави титану]], подібні за вагою та міцністю, є більш дешевідешевші та використовуються ширше.<ref name="Schwarz2004">{{cite book|url=http://books.google.com/?id=aveTxwZm40UC&pg=PA2274|page=2274|author=Schwarz, James A.; Contescu, Cristian I.; Putyera, Karol |publisher=CRC Press|year= 2004|isbn=0824750497|title=Dekker encyclopédia of nanoscience and nanotechnology, Volume 3}}</ref>

Основне застосування скандію (якщо рахувати за вагою використаного металу) в алюмінієвих сплавах для деяких компонентів аерокосмічної промисловості. Ці сплави містять від 0,1% до 0,5% скандію. Вони використовувалися в російських військових літаках, зокрема, [[МіГ-21]] та [[МіГ-29]].<ref name="Ahmad2003"/>.

Приблизно 20&nbsp;kgкг скандію (у вигляді Sc₂[[кисень|O]]₃) скандію використовується щорічно в [[США]] для виробництва газорозрядних ламп високої інтенсивності .<ref name="CRC">Hammond, C.R. in ''CRC Handbook of Chemistry and Physics'' 85th ed., Section 4; The Elements</ref>. Йодид скандію, разом із [[йодиди|йодид]]ом натрію, додають у спеціальний тип [[ртутна лампа|ртутних ламп]], так званих метало-галогенних ламп. Ця лампа є джерелом білого світла з високим індексом передачі кольору, що досить нагадує сонячне світло та забезпечує гарну передачу кольорукольорів [[Камерателевізійна телевізійнакамера|телекамерателекамерами]].<ref>{{cite book|title = Lighting Control: Technology and Applications|first = Robert S.|last = Simpson|publisher = Focal Press|year = 2003|isbn = 9780240515663|url = http://books.google.com/?id=GEIhCl2T-2EC&pg=PT147|pages = 108}}</ref>. Приблизно 80&nbsp;кг скандію на рік використовується для створення таких ламп (загалом поу світусвіті). Перші метало-галогенні лампи на основі скандію було запатентовано [[General Electric]] і спочатку вироблялися у Північній Америці, хоча вони зараз виробляються у всіх великих промислово розвинених країнах. Радіоактивний ізотоп ⁴⁶Sc використовується у нафтопереробній промисловості як маркірувальний агент.<ref name="CRC"/>. Тріфлат (трифторметансульфонат) скандію є [[Кислота Льюїса|Кислотою Льюїса]] та використовується як каталізатор у органічному синтезі.<ref>{{cite journal|journal = [[Pure Appl. Chem.]]|volume = 72|issue = 7|pages = 1373–1380|year = 2000|title = Green Lewis acid catalysis in organic synthesis|first = Shu|last = Kobayashi|coauthors = Manabe, Kei|url = http://www.iupac.org/publications/pac/2000/7207/7207pdf/7207kobayashi_1373.pdf|doi = 10.1351/pac200072071373}}</ref>.