Propiedades químicas de los elementos 21 a 30 de la tabla periódica de elementos químicos.

Todo esto es en el período de transición...

1. Escandio pinyin: kàng Chino tradicional: escandio

Radical: 钅, trazos fuera del radical: 4, trazos totales: 9; radical chino tradicional: Jin, trazos extrarradicales: 4, trazos totales: 12

Wubi 86: QYMN Wubi 98: QYWN Cangjie: XCYHN

Accidente cerebrovascular número de pedido: 311154135 Número de cuatro esquinas: 80717 UniCode: CJK Caracteres chinos unificados U+94AA

Significado básico

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● Escandio

Datos de propiedad del elemento (escandio)

kàngㄎㄤˋ

◎ Un elemento metálico, de color blanco plateado, suave, fácilmente soluble en ácido. Generalmente se oxida rápidamente al aire y pierde su brillo. Se encuentra principalmente en el extremadamente raro cálculo de itrio y escandio. Se puede utilizar para fabricar vidrio especial y aleaciones ligeras resistentes a altas temperaturas.

Traducción chino-inglés

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◎ Escandio

Escandio(Sc)

Inglés

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Propósito◎ escandio

Significado detallado

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◎ Sc

Sc kàng

〈Nombre〉

Un elemento metálico trivalente blanco . Número atómico 21 [escandio] - símbolo del elemento Sc

Significado básico

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◎ Escandio

Escandio kàng

Escandio (Sc)

En química elemental, existen una serie de elementos metálicos con propiedades muy similares llamados elementos de tierras raras. Esta serie incluye quince elementos lantánidos: lantano (La), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), prometio (Pm), samario (Sm), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb). ), disprosio (Dy), holmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), iterbio (Yb), lutecio (Lu) y dos miembros más de la misma familia con propiedades ligeras: escandio (Sc); ) e itrio (Y). Esta serie de elementos se descubrió originalmente a partir de minerales relativamente raros producidos en Suecia. "Tierra" era el nombre colectivo de los óxidos metálicos que en ese momento eran insolubles en agua, por lo que se los llamó tierras raras. Entre estos diecisiete elementos, el escandio ocupa el primer lugar, con un número atómico de sólo 21. Sin embargo, en términos de descubrimiento, el escandio fue descubierto casi cientos de años más tarde que sus vecinos en la tabla periódica. Incluso entre las tierras raras, el escandio no fue descubierto. anteriormente, ocupando el séptimo lugar detrás del itrio, cerio, lantano, erbio, terbio e iterbio. Como el oficial de vanguardia más ligero, su aparición llegó muy tarde.

La razón es muy sencilla. El contenido de escandio en la corteza terrestre no es elevado, sólo 5*10-6, lo que equivale a 5 gramos por tonelada de material de la corteza terrestre (un pequeño trozo de chocolate Dove o toffee White Rabbit). No sólo es lo mismo que el contenido de otros elementos ligeros es mucho menor que el de su hermano más rico, el cerio, y su contenido es sólo moderado entre todos los elementos de tierras raras. Además, los elementos de tierras raras se sienten como un liderazgo colectivo. Sus depósitos minerales son como celebrar una reunión del Politburó, a menudo todos los elementos de este grupo tienen que asistir a la reunión. Para obtener de los depósitos minerales mixtos, encontrar nuestro escandio en realidad no es fácil. Sin embargo, aunque nunca se ha descubierto, sí se ha vaticinado la existencia de este elemento. En la primera versión de la tabla periódica de elementos presentada por Mendeleev en 1869, había una brecha detrás del calcio con un peso atómico de 45. Más tarde, Mendeleev nombró temporalmente al elemento en honor al calcio como ka-Boron) y le dio algunas propiedades físicas y químicas de este elemento. Sin embargo, esta profecía es como una carta en una botella, temporalmente enterrada en el vasto océano académico.

La predicción de Mendeleev no recibió la atención de la gente, pero a finales del siglo XIX, la investigación sobre elementos de tierras raras se convirtió en una moda. Un año antes del descubrimiento del escandio, de Marignac de Suiza obtuvo un óxido blanco diferente de la tierra de erbio de la tierra de erbio rojo rosa mediante la descomposición local del nitrato. El óxido se llama iterbio, que es el sexto elemento de tierra rara descubierto. En ese momento, Lao Ma no tenía muchas muestras a mano, por lo que sugirió que los científicos que tuvieran suficiente tierra de erbio a mano prepararan más tierra de iterbio para estudiar sus propiedades. En ese momento, Nielsen de la Universidad de Uppsala en Suecia tenía a mano una muestra de tierra de erbio. Quería purificar la tierra de erbio según el método de Malinak y medir con precisión los pesos atómicos de erbio e iterbio (porque en ese momento se estaba concentrando). sobre la medición precisa de tierras raras). Las constantes físicas y químicas de los elementos para verificar la ley periódica de los elementos). Después de 13 descomposiciones parciales, obtuvo 3,5 g de suelo de iterbio puro. Pero algo extraño sucedió en ese momento. Malinak dio el peso atómico del iterbio en 172,5, mientras que Nelson obtuvo sólo 167,46. Nelson era muy consciente de que podría haber algunos elementos ligeros mezclados, lo que hacía que la determinación del peso atómico ya no fuera precisa. Entonces continuó procesando el iterbio obtenido mediante el mismo proceso. Finalmente, cuando solo quedaba una décima parte de la muestra, el peso atómico medido cayó a 134,75 y al mismo tiempo se descubrieron algunas nuevas líneas de absorción en el espectro. El juicio de Nelson fue correcto y obtuvo el derecho de ponerle nombre al niño. Llamó al escandio el nombre de su Escandinavia natal. En 1879, anunció oficialmente los resultados de su investigación. En su artículo, también mencionó muchas propiedades químicas de la sal de escandio y la tierra de escandio. Sin embargo, en este artículo no pudo dar el peso atómico preciso del escandio y no estaba seguro de su posición en el ciclo elemental.

Cliff, el buen amigo de Nelson, que también enseña en la Universidad de Uppsala, también está trabajando juntos. A partir de la tierra de erbio, eliminó la tierra de erbio como componente importante. Después de separar la tierra de iterbio y la tierra de escandio, encontró dos nuevos elementos de tierras raras, el holmio y el tulio, del resto. Como subproducto, purificó tierra de escandio y aprendió más sobre las propiedades físicas y químicas del escandio. De esta manera, después de que la botella a la deriva liberada por Mendeleev hubiera estado dormida durante diez años, finalmente fue recogida por Cliff. Se dio cuenta de que el escandio era el boronoide de Mendeleev. Veamos si algunas de las propiedades químicas del escandio coinciden con las predicciones escritas en el antiguo pergamino de la botella.

Eka-Boron Escandio

Peso atómico 44 45,1 (Cliff, 1879)

Volumen atómico: (centímetro cúbico/mol) 15,0

Contenido en la corteza terrestre: (ppm) 16

Contenido del elemento en el sol: (ppm) 0,04

Contenido del elemento en el agua de mar: (ppm)

Superficie del Pacífico 0.00000035

44.955910 (IUPAC, moderno)

Puede formar compuestos en forma de Eb2O3, con una gravedad específica de 3,5, que es más básica que el aluminio. óxido y más débil que el óxido de itrio y el óxido de magnesio aún es cuestionable;

El escandio Sc2O3, con una gravedad específica de 3,86, es más alcalino que la alúmina, más débil que el óxido de itrio y el óxido de magnesio y no reacciona con el cloruro de amonio.

Las sales son incoloras y forman precipitados coloidales con hidróxido potásico y carbonato sódico. Todo tipo de sales son difíciles de cristalizar intactas. La sal de escandio es incolora y forma un precipitado coloidal con hidróxido de potasio y carbonato de sodio. La sal de sulfato es extremadamente difícil de cristalizar.

Los carbonatos son insolubles en agua y pueden formar precipitados de carbonatos básicos. El carbonato de escandio es insoluble en agua y elimina fácilmente el dióxido de carbono.

Las sales dobles de sulfato no pueden formar alumbre. La sal doble sulfato de escandio no forma vitriolo.

El cloruro anhidro EbCl3 es menos volátil que el cloruro de aluminio y se hidroliza más fácilmente que el cloruro de magnesio. La temperatura de sublimación del ScCl3 es de 850oC, mientras que la del AlCl3 es de 100oC y se hidroliza en solución acuosa.

Eb no fue descubierto mediante espectroscopia. Sc no fue descubierto por espectroscopia.

En aquel país no sólo no se sabía nada sobre la estructura de las capas electrónicas de los elementos (incluso los electrones no se descubrieron hasta 1899), sino que incluso químicos autorizados como Duma se mostraban escépticos ante la teoría atómica. Ser capaz de describir las propiedades de un elemento no descubierto con tanta precisión realmente provoca un leve escalofrío en la espalda del lector.

Scandium Mendeleev (1834-1907)

Nelson (1840-1899) Cliff (1840-1905)

2. Hijo de la Luz

Durante mucho tiempo después de su descubrimiento, el uso del escandio no ha sido demostrado debido a la dificultad para elaborarlo. Con la creciente mejora de los métodos de separación de elementos de tierras raras, ahora existen procesos bastante maduros para purificar compuestos de escandio. Debido a que el hidróxido de escandio tiene la alcalinidad más débil en comparación con los elementos de las series de itrio y lantánidos, cuando los minerales mixtos de elementos de tierras raras que contienen escandio se transfieren a una solución y luego se tratan con amoníaco, el hidróxido de escandio precipitará primero. Por lo tanto, se puede separar con relativa facilidad de los raros. elementos terrestres mediante el método de "precipitación gradual". Otro método es utilizar la descomposición por polarización del nitrato para la separación. Dado que el nitrato de escandio es el más fácil de descomponer, se puede lograr el propósito de separar el escandio. Además, el escandio asociado con la recuperación integral de uranio, torio, tungsteno, estaño y otros depósitos minerales es también una de las fuentes importantes de escandio.

Monacita de mina de oro rara negra

Alanita de mina de gadolina

Después de obtener el compuesto de escandio puro, conviértalo en ScCl3, se funden KCl y LiCl y se El zinc fundido se utiliza como cátodo para la electrólisis, de modo que el escandio precipitará en el electrodo de zinc y luego el zinc se evapora para obtener escandio metálico. Se trata de un metal ligero de color blanco plateado que también es muy reactivo químicamente y puede reaccionar con agua caliente para generar hidrógeno. Por lo tanto, el escandio metálico que ves en la imagen está sellado en una botella y protegido con gas argón, de lo contrario, el escandio formará rápidamente una capa de óxido de color amarillo oscuro o gris y perderá su brillo metálico.

Lo más interesante es que los usos del escandio (como principal sustancia de trabajo, no como dopaje) se concentran en direcciones muy brillantes, y no es exagerado llamarlo hijo de la luz.

La primera arma mágica del escandio se llama lámpara de escandio y sodio, que puede utilizarse para llevar luz a miles de hogares. Se trata de una fuente de luz eléctrica de halogenuros metálicos: la bombilla se llena con yoduro de sodio y yoduro de escandio, y al mismo tiempo se añaden láminas de escandio y sodio. Durante la descarga de alto voltaje, los iones de escandio y los iones de sodio respectivamente emiten luz con su emisión característica. Las líneas espectrales del sodio son dos famosos rayos amarillos de 589,0 y 589,6 nm, mientras que las líneas espectrales del escandio son una serie de emisiones de luz casi ultravioleta y azul de 361,3 a 424,7 nm. El color producido es luz blanca. Precisamente porque la lámpara de escandio y sodio tiene las características de alta eficiencia luminosa, buen color de luz, ahorro de energía, larga vida útil y gran capacidad antivaho, puede usarse ampliamente en cámaras de televisión y plazas, estadios e iluminación vial. Se llama fuente de luz de tercera generación. En China, este tipo de lámpara se promueve gradualmente como una nueva tecnología, pero en algunos países desarrollados, este tipo de lámpara se ha utilizado ampliamente ya a principios de los años 1980. La segunda arma mágica del escandio son las células solares fotovoltaicas, que pueden recoger la luz esparcida por el suelo y convertirla en electricidad que impulsa a la sociedad humana. El escandio es el mejor metal barrera en células solares y fotovoltaicas de silicio semiconductor-aislador metálico. Su tercera arma mágica se llama fuente de rayos gamma. Esta arma mágica puede emitir una gran luz por sí sola, pero este tipo de luz no puede ser captada por nuestros ojos. Es una corriente de fotones de alta energía.

Lo que solemos extraer de los minerales es el 45Sc, que es el único isótopo natural del escandio. Cada núcleo de 45Sc tiene 21 protones y 24 neutrones. Si ponemos escandio en un reactor nuclear y dejamos que absorba la radiación de neutrones, al igual que si ponemos un mono en el horno de alquimia de Taishang Laojun durante 7.749 días, nacerá 46Sc con un neutrón más en el núcleo. El 46Sc, un isótopo radiactivo artificial, se puede utilizar como fuente de rayos gamma o átomo trazador y también para radioterapia de tumores malignos. Hay innumerables usos, como los láseres de granate de itrio, galio y escandio, las fibras ópticas infrarrojas de vidrio de fluoruro de escandio y los tubos de rayos catódicos recubiertos de escandio en los televisores. Parece que el escandio está destinado a ser brillante.

3. Condimento mágico

Algunas aplicaciones del escandio se mencionan anteriormente. Sin embargo, debido al alto precio, rara vez se utilizan grandes cantidades de escandio y escandio en productos industriales considerando el costo. Los compuestos de escandio se utilizan como una fina capa de lámina de escandio en una bombilla. En más campos, el escandio y los compuestos de escandio se utilizan como condimentos mágicos. Al igual que la sal, el azúcar o el glutamato monosódico en manos de un chef, sólo una pequeña cantidad puede tener el toque final.

En química inorgánica, el dopaje es un método muy importante. Dopar una pequeña cantidad de otros compuestos en una estructura cristalina que sirve como matriz Debido a que las propiedades químicas de las sustancias dopadas son diferentes de las de la matriz original, se producirán varios cambios y defectos en la estructura de la red cristalina, lo que puede mejorar la calidad. propiedades originales de la matriz, o agregar actividades que no estaban presentes originalmente. Por ejemplo, los materiales más habituales para los semiconductores de tipo P y N son el silicio monocristalino con mala conductividad, que crea agujeros debido a la falta de electrones de valencia, y el fósforo, que genera electrones libres debido al exceso de electrones de valencia. añadido al silicio monocristalino obtenido. Nuestro escandio es también una importante materia prima dopante. Muchos materiales obtienen propiedades inesperadas gracias al dopaje con escandio.

El escandio en su forma elemental se ha utilizado ampliamente en el dopaje de aleaciones de aluminio. Siempre que se añadan unas milésimas de escandio al aluminio se generará una nueva fase de Al3Sc, que modificará la aleación de aluminio y provocará cambios significativos en la estructura y propiedades de la aleación. Agregar 0,2% ~ 0,4% Sc (esta proporción es realmente similar a la proporción de sal al cocinar en casa, solo se necesita un poco) puede aumentar la temperatura de recristalización de la aleación en 150 ~ 200 °C y mejorar la temperatura alta. Resistencia, estabilidad estructural y soldadura. El rendimiento y la resistencia a la corrosión mejoran significativamente y se puede evitar el fenómeno de fragilización que es fácil de producir durante el funcionamiento prolongado a altas temperaturas. Las aleaciones de aluminio de alta resistencia y alta tenacidad, las nuevas aleaciones de aluminio soldables de alta resistencia y resistentes a la corrosión, las nuevas aleaciones de aluminio de alta temperatura, las aleaciones de aluminio de alta resistencia y resistentes a la radiación de neutrones, etc., tienen una gran aplicación en la industria aeroespacial y de aviación. , barcos, reactores nucleares, vehículos ligeros y trenes de alta velocidad. Perspectivas de desarrollo muy atractivas. El escandio también es un excelente modificador del hierro. Una pequeña cantidad de escandio puede aumentar significativamente la resistencia y dureza del hierro fundido. Además, el escandio también se puede utilizar como aditivo en aleaciones de cromo y tungsteno de alta temperatura. Por supuesto, además de confeccionar ropa de boda para otras personas, debido a que el escandio tiene un punto de fusión más alto y su densidad es cercana a la del aluminio, también se usa en aleaciones ligeras de alto punto de fusión, como la aleación de escandio-titanio y la aleación de escandio-magnesio. , pero es tan raro que me temo que estas cosas sólo se usan en transbordadores espaciales y cohetes. Si se usaran como portabicicletas, dado su valor, podrían ser robadas veinte o treinta veces al día.

El escandio elemental se utiliza generalmente en aleaciones, y los óxidos de escandio también juegan un papel importante en materiales cerámicos. Los materiales cerámicos de circonio tetragonal, que se pueden utilizar como materiales de electrodos para pilas de combustible de óxido sólido, tienen una propiedad muy especial: la conductancia de este electrolito aumenta con el aumento de la temperatura y la concentración de oxígeno en el ambiente. Sin embargo, la estructura cristalina de este material cerámico en sí no puede existir de manera estable y no tiene valor industrial; debe doparse con algunas sustancias que puedan fijar la estructura para mantener sus propiedades originales; La adición de un 6-10 % de óxido de escandio actúa como una estructura de hormigón, lo que permite estabilizar el óxido de circonio en la red cuadrada. También existen aplicaciones como el nitruro de silicio, un material cerámico de ingeniería de alta resistencia y resistente a altas temperaturas, como densificador y estabilizador. El óxido de escandio, como agente densificante, puede generar la fase refractaria Sc2Si2O7 en el borde de las partículas finas, reduciendo así la deformación a alta temperatura de las cerámicas de ingeniería. En comparación con la adición de otros óxidos, puede mejorar mejor las propiedades mecánicas a alta temperatura del silicio. nitruro. Agregar una pequeña cantidad de Sc2O3 al UO2 en el combustible nuclear del reactor de alta temperatura puede evitar la transformación de la red, el aumento de volumen y las grietas causadas por la conversión de UO2 en U3O8.

El escandio no es desconocido en la química orgánica. Sin embargo, aunque el papel del escandio en las reacciones orgánicas también es el de un condimento, se diferencia del dopaje en materiales inorgánicos, sino que se utiliza como catalizador. Sc2O3 se puede utilizar para la deshidratación y desoxigenación de etanol o alcohol isopropílico, descomposición de ácido acético, producción de etileno a partir de CO y H2, etc. El catalizador de Pt-Al que contiene Sc2O3 es un catalizador importante en el proceso de purificación y refinación por hidrogenación de petróleo pesado en la industria petroquímica. En reacciones de craqueo catalítico como el cumeno, los catalizadores de zeolita Sc-Y son 1.000 veces más activos que el silicato de aluminio en comparación con algunos catalizadores tradicionales, las perspectivas de desarrollo de los catalizadores de escandio serán muy brillantes.

Desde que Nielsen notó la falta de datos sobre el peso atómico hasta hoy, el escandio sólo ha estado en la mira de la gente durante más de ciento veinte años, pero ha estado en el banquillo durante casi cien años. Hasta que la ciencia de los materiales a finales del siglo pasado El vigoroso desarrollo le dio vitalidad. Hoy en día, los elementos de tierras raras, incluido el escandio, se han convertido en estrellas candentes de la ciencia de los materiales, desempeñando funciones siempre cambiantes en miles de sistemas, aportando más comodidad a nuestras vidas cada día y creando su valor económico que es aún más difícil de medir. Según la teoría del yin y el yang y los cinco elementos, el oro nace de la tierra. ¿Es esto cierto?

Apéndice: Propiedades del Escandio

Calcio - Escandio - Titanio

Escandio

Itrio

Tabla periódica de Elementos

Propiedades generales

Nombre, símbolo, número de serie

Escandio, Sc, 21

Estado de oxidación:

Principal Sc+2, Sc+3

Otros

Energía de ionización (kJ /mol)

M - M+ 631

M+ - M2+ 1235

M2+ - M3+ 2389

M3+ - M4+ 7089

M4+ - M5+ 8844

M5+ - M6+ 10720

M6+ - M7+ 13320

M7+ - M8+ 15310

M8+ - M9+ 17369

M9+ - M1 21740

Unidad parámetros de la celda:

a = 330,9 pm

b = 330,9 pm

c = 527,33 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

Serie de metales de transición

Grupo, período, partición de elementos

Grupo 3, 4, d

Densidad, dureza

2985kg/m3, sin datos

Color y aspecto

Blanco plateado

Contenido de corteza

5×10-4 %

Propiedades atómicas

Peso atómico

44.955910 Unidad de peso atómico

Radio atómico (valor calculado)

160 (184) pm

***Radio de valencia

144 pm

Radio de Van der Waals

Sin datos

Configuración electrónica de valencia

[Argón]3d14s2

Estructura cristalina: La celda unitaria es una celda unitaria hexagonal.

Disposición de los electrones en cada nivel de energía

2, 8, 9, 2

Valencia de oxidación (óxido)

3 (Débilmente alcalino)

Estructura cristalina

Hexagonal

Propiedades físicas

Estado de la materia

Estado sólido

Punto de fusión

1814 K (1541 °C)

Punto de ebullición

3103 K (2830 °C)

Volumen molar

15,00×10-6m3/mol

Calor de vaporización

314,2 kJ/mol

Calor de fusión

14,1 kJ/mol

Presión de vapor

22,1 Pa (1812K)

Velocidad del sonido

Sin datos (293,15K)

Otras propiedades

Electronegatividad

1,36 (escala de Pauling)

Calor específico

568 J/(kg ·K)

Conductividad eléctrica

1,77×106/(metro ohmio)

Conductividad térmica

15,8 W/(m· K)

Primera energía de ionización

633,1 kJ/mol

Segunda energía de ionización 1235,0 kJ/mol

Tercera energía de ionización 2388,6 kJ/mol

La cuarta energía de ionización es 7090,6 kJ/mol

La quinta energía de ionización es 8843 kJ/mol

La sexta energía de ionización es 10679 kJ/mol

La séptima energía de ionización es 13310 kJ/mol

La octava energía de ionización es 15250 kJ/mol

La novena energía de ionización es 17370 kJ /mol

Décima energía de ionización 21726 kJ/mol

Isótopo más estable

Isótopo

Abundancia

La mitad -life

Modo Decay

Energía Decay

MeV

Productos Decay

45Sc 100 % Estable

46Sc Artificial

83,79 días de desintegración beta

2,367 46Ti

El escandio fue descubierto por Lars Frederick Nilson en 1879 y recibió su nombre de Escandinavia ( Escandinavia)

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