スカンジウム 化学特性,用途語,生産方法
性質
スカンジウムの比重は2.99、融点は1,541°C、沸点は2,836°Cです。スカンジウムは水や希酸に、徐々に溶解します。熱水や酸には容易に溶けます。
ただし、フッ化水素酸とを1:1で混合した溶液には反応しません。これは不動態層が形成されるためだと考えられています。スカンジウムを空気中で燃焼すると、黄色い輝く炎を発し、酸化スカンジウム (III) を形成します。通常スカンジウムの酸化数は+3です。
常温常圧で安定なスカンジウムの結晶構造は、六方最密充填構造 (HCP、α-Sc) です。加熱することによって、さらに2つの形態 (β、δ) があります。それぞれの結晶構造は、立方最密充填構造と面心立方格子です。
解説
スカンジウム,Sc．原子番号21の元素．電子配置[Ar]3d14s2の周期表3族金属元素．希土類元素イットリウム族の一つ．原子量44.955912(6)．質量数45(100％)の安定同位体と，質量数36～60の放射性同位体が知られている．1879年，L.F. Nilsonがガドリン石中から発見し，すぐに，D.I. Mendeleev(メンデレーエフ)の予言したエカホウ素と同一物であることがわかった．元素名はスカンジナビアのラテン語Scandiaから命名．スカンジウムの鉱物には，トルトベイト石Sc2Si2O7がある．地殻中の存在度30 ppm で広く分布しているが，鉱石の品位は低い．タングステン，ウラン製錬の副産物として得られる．希土類中，もっとも高価．主要生産国は中国，カザフスタン，ロシア，ウクライナ．金属は銀白色で2種の変態α(六方最密)，β(立方最密， ＞ 950 ℃)がある．融点1541 ℃，沸点2831 ℃．密度2.989 g cm－3(20 ℃)．酸化数3．標準電極電位 Sc3＋/Sc－2.03 V．第一イオン化エネルギー6.54 eV．アルミニウムに類似した性質を示すが，希土類元素に分類される．Sc2O3，ScX3，ScOXなどの化合物およびオキソ酸がある．Sc2O3･nH2Oは両性化合物．スカンジウム化合物の塩基性は，イットリウムやランタンなどより弱いため，加水分解しやすく，OHブリッジをもったポリマーをつくる．溶液中では，ScCl2＋やScCl2＋などの錯イオンもあり，いわゆる複塩として，K2SO4･Sc2(SO4)3･nH2Oなども生じる．希土類元素と同様に，フッ化物，シュウ酸塩などは水に難溶．旧ソ連で開発された軽くて強力なSc-Al合金は，旧ソ連時代はMIG戦闘機など航空機，弾道ミサイル・ノーズコーン用材料であったが，ソ連解体後，軽量小火器，金属バット，軽量テントフレーム，レース用自転車フレーム材などとして使われている．ScI3[CAS 14474-33-0]はメタルハライドランプ，水銀ランプを昼光色に調整するために封入される．
化学的特性
grey powder
物理的性質
Scandium is a soft, lightweight, silvery-white metal that does not tarnish in air, but overtime, it turns yellowish-pink. It resists corrosion. Scandium reacts vigorously with acids, butnot water. Scandium has some properties similar to the rare-earth elements. Although its position in group 3 places it at the head of the 17 elements of the lanthanide series of rare-earthmetals, scandium, as a metal, is not usually considered a rare-earth. Scandium’s melting pointis 1,541°C, its boiling point is 2836°C, and its density is 2.989 g/cm
3.
同位体
There are 28 isotopes of scandium, ranging from scandium-36 to scandium-57.Scandium-45 is the only stable isotope and contains about 100% of the natural scandium found in the Earth’s crust. The remaining isotopes are radioactive with half-livesranging from nanoseconds to a few minutes to a few hours to a few days, and therefore,they are not found naturally in the Earth’s crust. The radioactive isotopes of scandiumare produced in nuclear reactors.
名前の由来
From the Latin word Scandia, for “Scandinavia.
天然物の起源
Although scandium is chemically similar to rare-earths, it no longer is considered to be oneof them. Scandium is the 42nd most abundant element found in the Earth’s crust, makingup about 0.0025% of the Earth’s crust. It is widely distributed at 5 ppm on the Earth. (It isabout as abundant as lithium, as listed in group 1.) Scandium is even more prevalent in thesun and several other stars than it is on Earth.Scandium is found in ores of wolframite in Norway and thortveitite in Madagascar. It isalso found in granite pegmatites and monazites. It is common in many of the ores where tinand tungsten are also found.
特性
Scandium is the first element in the fourth period of the transition elements, which meansthat the number of protons in their nuclei increases across the period. As with all the transition elements, electrons in scandium are added to an incomplete inner shell rather than tothe outer valence shell as with most other elements. This characteristic of using electrons inan inner shell results in the number of valence electrons being similar for these transition elements although the transition elements may have different oxidation states. This is also whyall the transition elements exhibit similar chemical activity.
使用
Scandium was not produced in any quantities until the late 1930s. Its light weight,resistance to corrosion, and high melting point made it especially useful in the aerospaceindustries. In the early 1940s contractors for the U.S. Air Force appropriated almost all of thescandium metal for use in the construction of military aircraft. The pure metal form is produced by the electrolysis of a salt of scandium, ScCl
3. The metal has found some other uses in high-intensity lamps that produce a natural spectrum, making it useful for stadium lighting.It is also used in nickel alkaline storage batteries. Several compounds are used as catalysts tospeed up chemical reactions. The radioactive scandium-46 (with a half-life of 83.8 days) emitsbeta radiation. This property makes it useful as a radioactive tracer in the petroleum industryto monitor fractionation products.
定義
A lightweight
silvery element belonging to the first transition
series. It is found in minute amounts
in over 800 minerals, often associated with
lanthanoids. Scandium is used in high-intensity
lights and in electronic devices.
Symbol: Sc; m.p. 1541°C; b.p. 2831°C;
r.d. 2.989 (0°C); p.n. 21; r.a.m.
44.955910.
危険性
As with other metals, the transition metals and many of their compounds are toxic, andtheir powdered or gaseous forms should not be ingested or inhaled. In addition, all but one ofthe isotopes of scandium are radioactive and should be handled by experienced personnel.
名称
スウェーデンの分析学者であるラース・フレデリク・ニルソン (英: Lars Fredrik Nilson) が、スカンジナビア (英: Scandinavia) を意味するラテン語のスカンジア (英: Scandia) から、スカンジウムと命名しました。
なお、スカンジウム源はスカンジナビア半島やマダガスカル島で産出される希少鉱石のトルトバイタイト (英: Thortveitite) 、ユークセナイト (英: Euxenite) 、ガドリン石 (英: Gadolinite) などが知られています。例えば、トルトバイタイトには最大で45%のスカンジウムが、酸化スカンジウムとして含まれています。
同位体
天然に存在するスカンジウムの同位体は、45Scの1種類のみです。スカンジウムには13個の放射性同位体が知られています。その中で最も安定な46Scの半減期は、83.8日です。
また、47Scの半減期は3.35日、48Scの半減期は43.7時間、残りのすべての半減期は4時間以下であり、その多くは2分以下です。さらにスカンジウムには、100以上の核異性体が存在します。スカンジウムの同位体の質量数は、40から54の間を取ります。
質量数が45未満のものは電子捕獲などによって崩壊し、その生成物はです。それに対して、質量数が45より大きいものは主にベータ崩壊が起こり、崩壊生成物はです。スカンジウムの安定同位体は、超新星爆発時に起きるr過程により合成されます。
参考文献
生成
、、塩化スカンジウムの共晶混合物を、700〜800°Cで電気分解することで、金属スカンジウムが生成されます。
使用用途
スカンジウムは、ハロゲン元素との反応性が高いだけでなく、価格も高いため、元素や化合物の状態を問わず、あまり応用されてきませんでした。しかし、近年は新素材として注目を集めています。
最も注目を集めているのが、照明への利用です。ヨウ化スカンジウム (ScI3) をに使用することでより強い光が得られることが報告されました。それ以外にも、アルミニウム合金に添加したり、・アルカリ蓄電池の陽極にスカンジウムを加えて電圧の安定や長寿命化を計るなどの用途も見出されています。
スカンジウムの重量比で考えた主な用途は、高機能素材であるアルミニウム－スカンジウム合金です。一部の航空宇宙用部品のほか、自転車、野球、射撃、ラクロスなどのスポーツ用品の材料になっています。
スカンジウム 上流と下流の製品情報
原材料
準備製品