Скандий (Sc) е химичен елемент от групата на преходните метали, който се отличава със своята рядкост, ниска плътност и изключителни физико-химични свойства. Той е част от т.нар. редки земни елементи, макар че по химично поведение стои по-близо до алуминия.
| Скандий | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Скандий |
| Латинско / международно наименование | Scandium |
| Химичен символ | Sc |
| Пореден номер (атомно число) | 21 |
| Период и група в таблицата | 4 период, 3 група |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Преходен метал |
| Атомна маса | 44.9559 u |
| Изотопи | Sc-45 (стабилен), Sc-46, Sc-47 (радиоактивни) |
| Средна атомна маса | 44.956 |
| Плътност | 2.985 g/cm³ |
| Температура на топене | 1541°C |
| Температура на кипене | 2836°C |
| Кристална структура | Хексагонална плътно подредена (hcp) |
| Цвят / външен вид | Сребристобял метал |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Ларс Фредрик Нилсон, 1879 г. |
| Място на откриване | Упсала, Швеция |
| Етимология на името | От „Scandia“ – латинското име на Скандинавия |
| Окислителни степени | +3 (най-стабилна) |
| Електронна конфигурация | [Ar] 3d¹ 4s² |
| Електроотрицателност | 1.36 (по Паулинг) |
| Йонизационна енергия | 633.1 kJ/mol |
| Топлопроводимост | 15.8 W/m·K |
| Електрическа проводимост | Добра за лек метал |
| Химическа активност | Реактивен с кислород и киселини |
| Разпространение в природата | В минерали като тортвеитит, гадолинит и колумбит |
| Основни производители в света | Китай, Русия, Австралия, Украйна |
| Основни приложения | Сплави, осветителна техника, лазери, горивни клетки |
| Биологично значение | Няма известно биологично значение |
| Токсичност и безопасност | Ниска, но прахът може да е дразнещ |
| Историческо значение | Потвърдило теорията на Менделеев за периодичния закон |
| Научна дисциплина | Химия, материалознание |
| Интересни факти | Използван в алуминиево-скандиеви сплави за авиацията |
| CAS номер | 7440-20-2 |
| PubChem CID | 23952 |
| Класификация по IUPAC | Преходен метал |
| Символика и културно значение | Символ на устойчивост и технологичен напредък |
Скандият е открит през XIX век и бързо предизвиква интерес заради способността си да образува изключително здрави и леки сплави, използвани днес в авиацията, космическите технологии, електрониката и оптиката.
Макар и рядко срещан в земната кора, неговото значение в модерната индустрия нараства с всяка изминала година.
Химични и физични свойства
Скандият има атомно число 21 и химичен символ Sc. Той е сребристобял метал, който бързо потъмнява при контакт с въздуха, образувайки тънък оксиден слой. При стайна температура е стабилен, но при нагряване реагира с кислород, халогени и сярна или азотна киселина.
Металът има плътност около 2.985 g/cm³, температура на топене 1541°C и температура на кипене около 2836°C. Тези стойности го поставят между алуминия и титана по физическа устойчивост. Скандият е сравнително мек метал, но неговите сплави показват изключителна твърдост и корозионна устойчивост.
Историческо откриване
Елементът е открит през 1879 г. от шведския учен Ларс Фредрик Нилсон при анализ на редки минерали от Скандинавия, откъдето идва и името му – Scandium, на латински Scandia означава „Скандинавия“. Нилсон доказва, че новият елемент съответства на химичните свойства на „ека-бор“, предсказан от Менделеев в неговата Периодична система.
Откритието на скандия потвърждава теорията за периодичността на елементите и затвърждава значението на Менделеевата система в химията.
Срещане в природата
Скандий не се среща като свободен метал в природата, а се съдържа в малки количества в над 800 минерала, включително тортвеитит, бивалентит, колумбит и гадолинит. Най-значими промишлени залежи се намират в Китай, Норвегия, Украйна, Казахстан и Австралия.
В земната кора концентрацията на скандий е средно 22 ppm (части на милион), което го прави по-разпространен от калай или олово, но труден за извличане поради ниското му съдържание в минералите. Обикновено се получава като страничен продукт при преработката на титан, цирконий и волфрам.
Производство и добив
Промишленото производство на скандий включва няколко етапа:
- Обогатяване на рудата чрез флотация или магнитна сепарация;
- Химическо извличане на скандиевите съединения (най-често от оксиди или флуориди);
- Редукция до чист метал чрез електролиза или калциева редукция.
Поради сложността и високите разходи, производството на 1 килограм скандий може да струва над 10 000 USD, което го прави един от най-скъпите индустриални метали.
Химични съединения
Най-важното съединение е скандиев оксид (Sc₂O₃) – бял прах с висока точка на топене и отлични диелектрични свойства. Използва се в оптика, лазерна техника и електроника. Други важни съединения са скандиев хлорид (ScCl₃) и скандиев нитрат (Sc(NO₃)₃), използвани в металургията и катализаторите.
Приложение
- Авио- и космическа индустрия - Скандият се добавя в алуминиевите сплави, за да се получат материали с висока здравина и ниско тегло. Сплавите Al-Sc са особено ценни в производството на самолети, космически апарати и спортни велосипеди, където всяка грам маса има значение.
- Осветителна техника и оптика - Скандиевите йодиди се използват в метал-халогенни лампи, които излъчват светлина, близка до естествената дневна. Те намират приложение в телевизионни студия, спортни съоръжения и автомобилно осветление.
- Електроника и енергетика - Скандиевите съединения се използват в твърди електролити, лазерни кристали и горивни клетки. Благодарение на високата си йонна проводимост, те повишават ефективността на модерните енергийни системи.
- Медицина и ядрена техника - Изотопът Sc-46 се използва в медицинската диагностика и в научните изследвания като трасьор за проследяване на биохимични процеси и замърсители.
Биологично значение
Скандият няма известна биологична роля в човешкия организъм. В малки количества не е токсичен, но високите дози от неговите соли могат да доведат до дразнене на дихателните пътища и чернодробни нарушения.
Токсичност и безопасност
Металният скандий се счита за относително безопасен, но прахът и неговите съединения трябва да се обработват внимателно. При контакт с кожа или вдишване на прах е необходимо използването на защитни очила, ръкавици и респиратори. Скандият не се класифицира като радиоактивен елемент, но неговите изотопи се използват в радиационни източници.
Интересни факти
Скандият е един от първите елементи, чието съществуване е предсказано от Менделеев. Неговото най-известно приложение е в алуминиево-скандиевите сплави, използвани в олимпийските велосипеди и авиацията.
Светлината от лампа, съдържаща скандий, има цветна температура, близка до естествената дневна светлина (около 5000 K). Световното производство на скандий е изключително малко – по-малко от 20 тона годишно.