Скандий

(лат. Scandium)

        Sc, химический элемент III группы периодической системы Менделеева: атомный номер 21, атомная масса 44,9559; лёгкий металл с характерным жёлтым отливом, который появляется при контакте металла с воздухом. Известен один природный стабильный изотоп ⁴⁵Sc. Из 10 искусственных радиоактивных изотопов важнейший ⁴⁶Sc с периодом полураспада 84 сут. С. был предсказан Д. И. Менделеевым в 1870 и выделен в 1879 Л. Ф. Нильсоном из минералов гадолинита и эвксенита, найденных в Скандинавии (лат. Scandia), отсюда и название элемента.

         Распространение в природе. Среднее содержание С. в земной коре (кларк) 2,2․10^-3% по массе. В горных породах содержание С. различно: в ультраосновных 5․10^-4, в основных 2,4․10^-3, в средних 2,5․10^-4, в гранитах и сиенитах 3^.10^-4; в осадочных породах (1—1,3)^.10^-4. С. концентрируется в земной коре в результате магматических, гидротермальных и гипергенных (поверхностных) процессов. Известно два собственных минерала С. — тортвейтит и стерреттит; они встречаются чрезвычайно редко. В целом С. — типичный рассеянный элемент (См. Рассеянные элементы), слабый мигрант (см. также Рассеянных элементов руды). Содержание С. в морской воде 4․10^-5 г/л.

         Физические и химические свойства. С. существует в двух кристаллических модификациях: α и β; при обычной температуре устойчива α-модификация с гексагональной решёткой (а = 3,3080 Å и с = 5,2653 Å), выше 1350 °С — β-модификация с кубической объёмноцентрированной решёткой. Плотность С. в а-форме при 25 °С 3,020 г/см³, атомной радиус 1,64 Å, ионный радиус 0,75 Å, t_пл 1539 ± 5 °С, t_kип 2700 °C, выше 1600 °С летуч. При 25 °С удельная теплоёмкость 25,158 кдж/(кг^. К) [6,01 ккал/ (г․°С)], удельное электрическое сопротивление (54—70,7)^.10^-6 ом․см, С. слабый парамагнетик, его атомная магнитная восприимчивость 236-10^-6 (20 °С). Sc — первый переходный элемент с одним 3d электроном; конфигурация внешних электронов атома 3d¹4s².

         С.— мягкий металл, в чистом состоянии легко поддаётся обработке — ковке, прокатке, штамповке.

         По хим. поведению сходен с др. переходными элементами в степени окисления +3 (например, Ti³⁺, Fe³⁺, Мп³⁺), элементами подгруппы Al, Be, а также элементами иттриевой подгруппы, вместе с которыми его иногда относят к редкоземельным элементам (См. Редкоземельные элементы). На воздухе покрывается защитной окисной плёнкой толщиной до 600Ǻ, заметное окисление начинается при 250 °С. При взаимодействии с водородом (450 °С) образуется гидрид ScH₂, с азотом (600—800 °С) — нитрид ScN, с галогенами (400—600 °С) — соединения типа ScCI₃; С. реагирует также с бором и кремнием при температуре выше 1000 °С. Металл легко растворяется в соляной, азотной и серной кислотах (с понижением концентрации кислоты скорость растворения С. резко падает и с 0,001 н. растворами он не реагирует). Соли соляной, серной, азотной, роданистоводородной и уксусной кислот хорошо растворяются в воде, а соли фосфорной, щавелевой и плавиковой кислот мало растворимы; некоторой летучестью обладают ацетилацетонат и его фторпроизводные. На С. практически не действуют разбавленные растворы NaOH (10%) и смесь концентрированных HNO₃ и HF (1: 1). В воде соединения С. заметно гидролизуются с образованием основных солей. Ионы Sc³⁺ склонны к полимеризации, образованию комплексных ионов различного типа, состав которых зависит от природы аниона и pH среды, например Sc (CO₃)^-₂, Sc (SO₄)^3-₃. Основные соли в растворе легко переходят в аморфную гидроокись.

         Получение и применение. С. преимущественно в виде окислов извлекают попутно при гидро- и пирометаллургической переработке вольфрамовых, оловянных, титановых, урановых руд и бокситов. Окислы хлорируют или фторируют при повышенной температуре, а затем компактный металлический С. (выход Скандий 99,5°о) получают термическим восстановлением его хлорида или фторида металлическим кальцием с последующей дистилляцией (возгонкой) Sc в высоком вакууме 133,3․10^-6 н/м² (10^-6 мм рт. cm.) при 1600—1700 °С.

         Масштабы применения С. весьма ограничены. Окись С. идёт на изготовление ферритов для элементов памяти быстродействующих вычислительных машин. Радиоактивный ⁴⁶Sc используется в нейтронно-активационном анализе и в медицине. Сплавы С., обладающие небольшой плотностью и высокой температурой плавления, перспективны как конструкционные материалы в ракето- и самолётостроении, а ряд соединений С. может найти применение при изготовлении люминофоров, оксидных катодов, в стекольном и керамических производствах, в химической промышленности (в качестве катализаторов) и в других областях.

         Лит.: Борисенко Л. Ф., Скандий, М, 1961; Фаворская Л. В., Химическая технология скандия, А.-А., 1969; Коган Б. И., Названова В. А., Скандий, М., 1961; Справочник но редким металлам, пер. с англ., М., 1965; Vickery R. С., The chemistry of yttrium and scandium, Oxf., 1960.

         Л. Н. Комиссарова