Escandio
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| Escandio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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21 Sc | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Apariencia | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
blanco plateado  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades generales | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nombre, símbolo, número | escandio, Sc, 21 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pronunciación | / s k æ n d yo ə m / SKAN dee-əm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Categoría Elemento | metal de transición | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloque | 3, 4, d | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atómico estándar | 44.955912 (6) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [ Ar ] 3d 1 4s 2 2, 8, 9, 2  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Historia | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Predicción | Dmitri Mendeleev (1871) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Descubrimiento | Lars Fredrik Nilson (1879) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Primer aislamiento | Lars Fredrik Nilson (1879) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades físicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fase | sólido | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidad (cerca rt) | 2,985 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Líquido densidad en mp | 2,80 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de fusion | 1814 K , 1541 ° C, 2806 ° F | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de ebullicion | 3109 K, 2836 ° C, 5136 ° F | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor de fusión | 14.1 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| El calor de vaporización | 332.7 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Capacidad calorífica molar | 25.52 J · mol -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Presión del vapor | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Propiedades atómicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estados de oxidación | 3, 2, 1 (Óxido anfótero) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad | 1,36 (escala de Pauling) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energías de ionización ( más) | Primero: 633.1 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Segundo: 1235,0 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tercero: 2388,6 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio atómico | 162 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radio covalente | 170 ± 19:00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Van der Waals radio | 211 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Miscelánea | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | hexagonal compacta  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ordenamiento magnético | paramagnético | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| La resistividad eléctrica | ( rt) (α, poli) calc. 562 nΩ · m | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | 15.8 W · m -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Expansión térmica | ( rt) (α, poli) 10,2 m / (m · K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| El módulo de Young | 74.4 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de corte | 29.1 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de volumen | 56.6 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Relación de Poisson | 0,279 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Brinell | 750 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Número de registro del CAS | 7440-20-2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| La mayoría de los isótopos estables | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Artículo principal: Los isótopos de escandio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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El escandio es un elemento químico con el símbolo Sc y número atómico 21. Un metálico blanco plateado metal de transición , que históricamente ha sido clasificada a veces como elemento de tierras raras, junto con itrio y los lantánidos . Fue descubierto en 1879 por análisis espectral de los minerales euxenite y gadolinita de Escandinavia.
Escandio está presente en la mayoría de los depósitos de tierras raras y uranio compuestos, pero se extrae de estos minerales en sólo unas pocas minas en todo el mundo. Debido a la baja disponibilidad y las dificultades en la preparación de escandio metálico, que se realizó por primera vez en 1937, no fue hasta la década de 1970 antes de que se desarrollaron aplicaciones para escandio. Los efectos positivos de escandio en aluminio aleaciones fueron descubiertos en la década de 1970, y su uso en este tipo de aleaciones sigue siendo su única aplicación principal. El comercio mundial del metal puro es de alrededor de un centenar de libras al año en promedio.
Las propiedades de los compuestos de escandio son intermedios entre los de aluminio e itrio. La existe relación diagonal entre el comportamiento de magnesio y escandio, al igual que existe entre el berilio y aluminio. En los compuestos químicos de los elementos que se muestran en el grupo 3, anteriormente, el estado de oxidación predominante es 3.
Propiedades
Características químicas del elemento
Escandio es un metal blando con un aspecto plateado. Desarrolla un reparto ligeramente amarillento o rosado cuando se oxida por vía aérea. Es susceptible a la intemperie y se disuelve lentamente en la mayoría de ácidos diluidos. No reacciona con una mezcla 1: 1 de ácido nítrico (HNO 3) y ácido fluorhídrico (HF), posiblemente debido a la formación de un impermeable capa pasiva.
Isótopos
Escandio existe naturalmente exclusivamente como el isótopo Sc 45, que tiene una spin nuclear de 7/2. Trece radioisótopos se han caracterizado con ser más estable Sc 46 con una vida media de 83,8 días, 47 Sc, con una vida media de 3,35 días, y 48 Sc, con una vida media de 43,7 horas. Todos los restantes isótopos radiactivos tienen vidas medias que son menos de 4 horas, y la mayoría de ellos tienen vidas medias que son menos de 2 minutos. Este elemento también tiene cinco estados de la meta con el Sc ser 44m más estable (t ½ = 58.6 h).
Los isótopos de gama escandio del Sc 36 a 60 Sc. El primario modo de decaimiento en masas más bajas que el único isótopo estable, 45 Sc, es captura de electrones, y el modo primario en masas por encima de ella es emisión beta. El primario productos de desintegración en los pesos atómicos por debajo de 45 Sc son calcio isótopos y los productos primarios de los mayores pesos atómicos son de titanio isótopos.
Aparición
En términos de la corteza terrestre, escandio no es particularmente raro. Las estimaciones varían del 18 al 25 ppm, que es comparable a la abundancia de cobalto (20-30 ppm). El escandio es sólo el elemento más común 50a en la tierra (35a más abundante en la corteza terrestre), pero es el 23o elemento más común en el Sol . Sin embargo, escandio se distribuye con baja densidad y se produce en pequeñas cantidades en muchos minerales . Minerales raros de Escandinavia y Madagascar como Thortveitita, euxenite, y gadolinita son las fuentes concentradas sólo conocidas de este elemento. Thortveitita pueden contener hasta 45% de escandio en la forma de escandio óxido (III).
La forma estable de escandio se crea en supernovas a través de la r-proceso.
Producción
La producción mundial de escandio es del orden de 2 toneladas por año en forma de óxido de escandio. La producción primaria es de 400 kg, mientras que el resto es de los arsenales de Rusia generados durante la Guerra Fría . En 2003, sólo tres minas produjeron escandio: las minas de uranio y hierro en Zhovti Vody en Ucrania , las minas de tierras raras en Bayan Obo, de China y de las minas de apatita en la Península de Kola, Rusia . En cada caso, escandio es un subproducto de la extracción de otros elementos y se vende como óxido de escandio.
La producción de escandio metálico es del orden de 10 kg por año. El óxido se convierte a fluoruro de escandio e reducida con metálico de calcio .
Madagascar y Iveland- Región Evje en Noruega tienen los únicos depósitos de minerales con alto contenido de escandio, Thortveitita (Sc, Y) 2 (Si 2 O 7) y Kolbeckita SCPO 4 · 2H 2 O, pero estos no están siendo explotados.
La ausencia de producción fiable, seguro, estable y de largo plazo ha limitado las aplicaciones comerciales de escandio. A pesar de este bajo nivel de uso, escandio ofrece beneficios significativos. Particularmente prometedor es el fortalecimiento de las aleaciones de aluminio con tan poco como 0,5% de escandio. Zirconia estabilizada escandio goza de una creciente demanda del mercado para su uso como un electrolito de alta eficiencia en pilas de combustible de óxido sólido.
Compuestos
La química está casi totalmente dominada por el ion trivalente, Sc 3+. Los radios de los iones M 3+ en la tabla de abajo indican que en términos de propiedades químicas, los iones de escandio son más similares a los de itrio que a las de aluminio. En parte por esta similitud, escandio se clasifica a menudo como un elemento lantánido similares.
Óxidos e hidróxidos
El óxido Sc 2 O 3 y el Sc hidróxido (OH) 3 son anfótero:
- Sc (OH) 3 + 3 OH - → Sc (OH) 3
6 - Sc (OH) 3 + 3 + 3 H + H 2 O → [Sc (H 2 O) 6] 3+
Las formas α- y γ- de hidróxido de óxido de escandio (SCO (OH)), son isoestructural con su aluminio homólogos de hidróxido de óxido. Soluciones de SC 3+ en el agua son ácidos debido hidrólisis.
Halogenuros y pseudohaluros
El haluros SCX 3 (X = Cl, Br, I) son muy solubles en agua, pero SCF 3 es insoluble. En los cuatro haluros el escandio es 6-coordinados. Los haluros son Ácidos de Lewis; por ejemplo, SCF 3 disuelve una solución que contiene exceso de flúor para formar [SCF 6] 3-. El número de coordinación 6 es típico de Sc (III). En los Y 3+ y La 3+ iones más grandes, números de coordinación de 8 y 9 son comunes. Escandio (III) triflato se utiliza a veces como un Catalizador ácido de Lewis en la química orgánica .
Derivados orgánicos
Escandio forma una serie de compuestos organometálicos con ligandos de ciclopentadienilo (Cp), similar al comportamiento de los lantánidos. Un ejemplo es el dímero cloro-puente, [SCCP 2 Cl] 2 y derivados relacionados de ligandos pentametilciclopentadienil.
Estados de oxidación poco frecuentes
Los compuestos que cuentan con escandio en el estado de oxidación distinto de 3 son raros pero bien caracterizado. El compuesto azul-negro CsScCl 3 es uno de los más sencillos. Este material adopta una estructura similar a una lámina que presenta extensa unión entre los centros (II) escandio. Hidruro de escandio no se entiende bien, aunque no parece ser una hidruro de solución salina de Sc (II). Como se observa en la mayoría de los elementos, un hidruro de escandio diatómico se ha observado espectroscópicamente a altas temperaturas en la fase de gas. Boruros y carburos son escandio no estequiométrica, como es típico de los elementos vecinos.
Historia
Dmitri Mendeleev , creador de la tabla periódica , predijo la existencia de un elemento ekaboron, con una masa atómica entre 40 y 48 en 1869. Lars Fredrik Nilson y su equipo detectado este elemento en los minerales euxenite y gadolinita. Nilson preparó 2 gramos de óxido de escandio de alta pureza. Nombró el escandio elemento, desde la América Scandia significa "Escandinavia". Nilson fue aparentemente sin darse cuenta de la predicción de Mendeleiev, pero Per Teodor Cleve reconoció la correspondencia y notificó Mendeleev.
Escandio metálico se produjo por primera vez en 1937 por la electrólisis de una mezcla eutéctica, a 700-800 ° C , de potasio , de litio , y cloruros escandio. La primera libra de 99% de escandio puro metal fue producido en 1960. El uso de aleaciones de aluminio se inició en 1971, a raíz de una patente estadounidense. Aleaciones de aluminio-escandio también se desarrollaron en la URSS .
Cristales láser de gadolinio-escandio-galio granate (GSGG) fueron utilizados en aplicaciones de defensa estratégica desarrollados en el Iniciativa de Defensa Estratégica (SDI) en los años 1980 y 1990.
Aplicaciones
La adición de escandio al aluminio limita el crecimiento del grano excesivo que se produce en la zona afectada por el calor de los componentes de aluminio soldadas. Esto tiene dos efectos beneficiosos: el precipitado Al 3 Sc forma cristales más pequeños que se forman en otra aleaciones de aluminio y el volumen de las zonas libre de precipitado que normalmente existen en los límites de grano de aleaciones de aluminio-endurecimiento de edad se reduce. Ambos de estos efectos aumentan la utilidad de la aleación. Sin embargo, aleaciones de titanio, que son similares en ligereza y resistencia, son más baratos y mucho más ampliamente utilizado.
La principal aplicación de escandio en peso está en aleaciones de aluminio-escandio para componentes menores de la industria aeroespacial. Estas aleaciones contienen entre 0,1% y 0,5% de escandio. Fueron utilizados en el avión militar ruso, específicamente la MiG-21 y MiG-29.
Algunos elementos de equipamiento deportivo, que se basan en materiales de alto rendimiento, se han hecho con aleaciones de aluminio-escandio, incluyendo bates de béisbol y bicicletas marcos y componentes. Palos de lacrosse también están hechos con aleaciones de escandio-titanio para aprovechar la fuerza de titanio. La empresa de fabricación de armas de fuego estadounidense Smith & Wesson produce revólveres con marcos compuestos de aleación de escandio y cilindros de titanio o de acero al carbono.
Los dentistas utilizan erbio, cromo: granate de itrio-escandio-galio (Er, Cr: YSGG) láser para la preparación de la cavidad y en endodoncia.
Aproximadamente 20 kg (Sc 2 O 3), del escandio se utiliza anualmente en los Estados Unidos para hacer lámparas de descarga de alta intensidad. Yoduro de escandio, junto con yoduro de sodio, cuando se añade a una forma modificada de lámpara de vapor de mercurio, produce una forma de lámpara de halogenuros metálicos. Esta lámpara es una fuente de luz blanca con un alto índice de reproducción cromática que se asemeja a la luz solar suficiente para permitir una buena reproducción de color con TV cámaras. Alrededor de 80 kg de escandio se utiliza en las lámparas de halogenuros metálicos / bombillas nivel mundial por año. Las primeras lámparas de halogenuros metálicos a base de escandio fueron patentados por General Electric y en un principio hizo en América del Norte, a pesar de que ahora se producen en todos los principales países industrializados. La radiactivo isótopo 46 Sc se utiliza en las refinerías de petróleo como un agente de rastreo. Triflato de escandio es un catalítica Ácido de Lewis utilizado en la química orgánica .
Salud y seguridad
Escandio Elemental se considera la experimentación con animales no tóxico y poco de compuestos escandio se ha hecho. La dosis letal media (LD 50) para los niveles de escandio (III) cloruro de para las ratas han sido determinados como 4 mg / kg para intraperitoneal y 755 mg / kg para la administración oral. A la luz de estos resultados compuestos de escandio debe ser manejado como compuestos de toxicidad moderada.
