Скандий

Ска́ндий (лат. Scandium, от лат. Scandia – Скандинавия), Sc, химический элемент III группы короткой формы (3-й группы длинной формы) периодической системы, атомный номер 21, атомная масса 44,955912; относится к редкоземельным элементам (РЗЭ). В природе один стабильный изотоп ⁴⁵ Sc; искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 36–44 и 46–60, наиболее долгоживущий ⁴⁶ Sc (период полураспада Т_1/2 83,81 сут, β-распад). Концентрация скандия в земной коре 2,5·10^–3 % по массе, в океанской воде 6·10^–7 мг/дм³ . Известно более 100 минералов, содержащих скандий; собственные очень редкие минералы – тортвейтит (Sc,Y)₂ Si₂ O₇ и неcколько других силикатов. Существование скандия предсказал Д. И. Менделеев в 1870 г.; элемент открыт шведским химиком Л. Ф. Нильсоном в 1879 г.; название произошло от лат. Scandia – Скандинавия.

Конфигурация внешних электронных оболочек атома скандия 3d¹ 4s² ; устойчивая степень окисления +3, редко +2; энергии ионизации Sc⁰ → Sc¹⁺ → Sc²⁺ → Sc³⁺ соответственно равны 6,5616, 12,80 и 24,76 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,36; атомный радиус 164 пм, ионный радиус Sc³⁺ 89 пм (координационное число 6) и 101 пм (координационное число 8). Скандий – серебристый мягкий металл, легко поддающийся механической обработке; существует в двух кристаллических модификациях – гексагональной (до 1336 °C) и объёмноцентрированной кубической; при комнатной температуре плотность 2989 кг/м³ ; t_пл 1541 °C, t_кип 2840 °C; слабый парамагнетик.

По химическим свойствам близок к алюминию и РЗЭ, высокоактивен, на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида, при нагревании окисляется до Sc₂ O₃ , с Н₂ образует гидрид ScH_x (x⩽2), c N₂ – нитрид ScN, c галогенами и галогеноводородами – тригалогениды. Легко взаимодействует с минеральными кислотами (кроме HF); со многими металлами образует сплавы и интерметаллиды.

Cкандий получают из отходов обогащения и переработки руд U, РЗЭ, Ti, W. Очищенный Sc₂ O₃ фторируют, полученный ScF₃ восстанавливают Ca, металлический скандий очищают перегонкой в вакууме. По оценкам, мировое производство скандия (металла и соединений) 2–8 т в год (2015).

Скандий применяют в основном для легирования сплавов на основе Al, используемых в авиастроении, ракетостроении и для деталей космических аппаратов. Дисперсные Al₃ Sc, Al₃ (Sc,Zr), введённые в Al (0,1–0,5 % Sc), улучшают структуру зёрен, повышают термическую устойчивость сплава и позволяют проводить его сварку. Из сплавов изготавливают спортивный инвентарь. Добавки ScI₃ повышают эффективность мощных ртутных ламп.