k2o是什么化学元素 钪(化学元素)详细资料大全

钪(化学元素)详细资料大全  

钪是一种化学元素，元素符号是Sc，原子序数是21，是一种柔软、银白色的过渡金属，熔点1541℃，沸点2831℃。易溶于水，可与热水作用，在空气中容易变暗，主要化合价为+3价。常跟钆、铒等混合存在，产量很少，在地壳中的含量约为0.0005%。钪常用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。

基本介绍

中文名：钪外文名：scandium化学符号：Sc相对原子质量：44.955912CAS号：7440-20-2发现者：尼尔森和克莱夫管制类型：不受管制同位素数量：37元素类型：过渡金属 理化性质,物理性质,化学性质,化合物,发现简史,发现历程,相关人物,提取保存,同位素,套用领域,照明行业,合金工业,陶瓷材料,催化化学,核能工业,燃料电池,农业育种,人体危害,

理化性质

物理性质

熔点：1814 K（1541 °C） 沸点：3103 K（2830 °C） 密度： 性状：一种柔软、银白色的金属 摩尔体积： 汽化热：314.2 kJ/mol 熔化热：14.1 kJ/mol 蒸汽压：22.1 Pa（1812K） 声速：无数据（293.15K） 电负性：1.36（鲍林标度） 比热容：568 J/(kg·K) 电导率： Ω 热导率：15.8 W/(m·K)

化学性质

元素名称：钪 英文名：Scandium 元素符号：Sc 原子序数：21 元素系类：过渡金属 CAS号：7440-20-2 地壳含量： % 相对原子质量：44.955912(6) 原子半径：160（184）pm 共价半径：144pm 价电子排布： 电子在每能级的排布：2,8,9,2 常见化合价：+3（弱碱性） 晶体结构：六方密排晶格 电离性质
电离能 第一电离能 633.1 kJ/mol 第二电离能 1235.0 kJ/mol 第三电离能 2388.6 kJ/mol 第四电离能 7090.6 kJ/mol 第五电离能 8843 kJ/mol 第六电离能 10679 kJ/mol 第七电离能 13310 kJ/mol 第八电离能 15250 kJ/mol 第九电离能 17370 kJ/mol 第十电离能 21726 kJ/mol 用途

化合物

钪被空气氧化时略带浅黄色或粉红色，容易风化并在大多数稀酸中缓慢溶解。但是在强酸中表面易形成一个不渗透的钝化层，因此它不与硝酸（HNO3）和氢氟酸（HF）1:1混合物反应。安瓿中的钪 钪土Sc 2O 3，其比重3.86，碱性强于氧化铝，弱于氧化钇和氧化镁，与氯化铵不反应。 盐类无色，与氢氧化钾和碳酸钠形成胶体沉淀，各种盐类均难以完好结晶。钪盐无色，与氢氧化钾和碳酸钠形成胶体沉淀，硫酸盐极难结晶。 碳酸盐不溶于水，可能形成碱式碳酸盐沉淀。碳酸钪不溶于水，并容易脱掉二氧化碳。 硫酸复盐可能不形成矾。 钪的硫酸复盐不成矾。 无水氯化物ScCl 3挥发性低于氯化铝，比氯化镁更容易水解。 ScCl 3升华温度850℃，AlCl 3则为100℃，在水溶液中水解。

发现简史

钪是排位最靠前的过渡金属，原子序数只有21，不过就发现而言，钪比他在元素周期表上面的左邻右舍都要晚，即使在稀土里面，钪的发现也不是较早的，其发现较晚的原因很简单，含量低，钪在地壳里的含量只有 ，也就相当于每一吨地壳物质里面有5克，比其他轻元素相比要低不少。另外呢，稀土元素分离非常困难，这样一来，想从混生的矿藏中找到钪，其实并不容易。不过虽然一直没被发现，这个元素的存在却已经有人作出过预言。在门捷列夫1869年给出的第一版元素周期表中，就赫然在钙的后面留有一个原子量45的空位。后来门捷列夫将钙之后的元素暂时命名为类硼（Eka-Boron），并给出了这个元素的一些物理化学性质。

发现历程

十九世纪晚期，对稀土元素的研究成为一股热潮。在钪发现之前一年，瑞士的马利纳克（de Marignac）从玫瑰红色的铒土中，通过局部分解硝酸盐的方式，得到了一种不同于铒土的白色氧化物，他将这种氧化物命名为镱土，这就是稀土元素发现里面的第六名。瑞典乌普萨拉大学的尼尔森（L.F.Nilson,1840~1899）按照马利纳克的方法将铒土提纯，并精确测量铒和镱的原子量（因为他这个时候正在专注于精确测量稀土元素的物理与化学常数以期对元素周期律作出验证）。当他经过13次局部分解之后，得到了3.5g纯净的镱土。但是这时候奇怪的事情发生了，马利纳克给出的镱的原子量是172.5，而尼尔森得到的则只有167.46。尼尔森敏锐地意识到这里面有可能是什么轻质的元素。于是他将得到的镱土又用相同的流程继续处理，最后当只剩下十分之一样品的时候，测得的原子量更是掉到了134.75；同时光谱中还发现了一些新的吸收线。尼尔森用他的故乡斯堪的纳维亚半岛给钪命名为Scandium。1879年，他正式公布了自己的研究结果，在他的论文中，还提到了钪盐和钪土的很多化学性质。不过在这篇论文中，他没有能给出钪的精确原子量，也还不确定钪在元素周期中的位置。 尼尔森的好友，也是同在乌普萨拉大学任教的克利夫（P.T.Cleve,1840~1905）也在一起做这个工作。他从铒土出发，将铒土作为大量组分排除掉，再分出镱土和钪土之后，又从剩余物中找到了钬和铥这两个新的稀土元素。做为副产物，他提纯了钪土，并进一步了解了钪的物理和化学性质。这样一来，门捷列夫放出的漂流瓶沉睡了十年之后，终于被克利夫捞了起来。 钪就是门捷列夫当初所预言的"类硼"元素。他们的发现再次证明了元素周期律的正确性和门捷列夫的远见卓识。 而钪金属在1937年才由电解熔化的氯化钪生产出来。

相关人物

门捷列夫 （1834-1907）预言了钪的存在。 尼尔森 （L.F.Nilson,1840~1899）和克利夫（P.T.Cleve,1840~1905）发现了钪。

提取保存

在被发现后相当长一段时间里，因为难于制得，钪的用途一直没有表现出来。随着对稀土元素分离方法的日益改进，如今用于提纯钪的化合物，已经有了相当成熟的工艺流程。因为钪比起钇和镧系元素来，氢氧化物的碱性是最弱的，所以包含了钪的稀土元素混生矿，经过处理转入溶液后用氨处理时，氢氧化钪将首先析出，故套用"分级沉淀"法可比较容易地把它从稀土元素中分离出来。另一种方法是利用硝酸盐的“分级分解”进行分离，由于硝酸钪最容易分解，可以达到分离出钪的目的。另外，在铀、钍、钨、锡等矿藏中综合回收伴生的钪也是钪的重要来源之一。 获得了纯净的钪的化合物之后，将其转化为ScCl 3，与KCl、LiCl共熔，用熔融的锌作为阴极进行电解，使钪就会在锌极上析出，然后将锌蒸去可以得到金属钪。 钪是一种轻质的银白色金属，化学性质也非常活泼，可以和热水反应生成氢气。所以图片中大家看到的金属钪被密封在瓶子里，用氩气加以保护，否则钪会很快生成一个暗黄色或者灰色的氧化层，失去那种闪亮的金属光泽。

同位素

钪(原子质量单位:44.955912(6) )的一个特征是同位素较多，共有37个同位素，其中只有1个同位素( 47Sc)在大自然中是稳定存在的。 符号质子中子质量半衰期核自旋 36Sc 21 15 36.01492(54)# 37Sc 21 16 37.00305(32)# 7/2-# 38Sc 21 17 37.99470(32)# <300 ns (2-)# 39Sc 21 18 38.984790(26) <300 ns (7/2-)# 40Sc 21 19 39.977967(3) 182.3(7) ms 4- 41Sc 21 20 40.96925113(24) 596.3(17) ms 7/2- 42Sc 21 21 41.96551643(29) 681.3(7) ms 0+ 43Sc 21 22 42.9611507(20) 3.891(12) h 7/2- 44Sc 21 23 43.9594028(19) 3.97(4) h 2+ 45Sc 21 24 44.9559119(9) 稳定 7/2- 46Sc 21 25 45.9551719(9) 83.79(4) d 4+ 47Sc 21 26 46.9524075(22) 3.3492(6) d 7/2- 48Sc 21 27 47.952231(6) 43.67(9) h 6+ 49Sc 21 28 48.950024(4) 57.2(2) min 7/2- 50Sc 21 29 49.952188(17) 102.5(5) s 5+ 51Sc 21 30 50.953603(22) 12.4(1) s (7/2)- 52Sc 21 31 51.95668(21) 8.2(2) s 3(+) 53Sc 21 32 52.95961(32)# >3 s (7/2-)# 54Sc 21 33 53.96326(40) 260(30) ms 3+# 55Sc 21 34 54.96824(79) 0.115(15) s 7/2-# 56Sc 21 35 55.97287(75)# 35(5) ms (1+) 57Sc 21 36 56.97779(75)# 13(4) ms 7/2-# 58Sc 21 37 57.98371(86)# 12(5) ms (3+)# 59Sc 21 38 58.98922(97)# 10# ms 7/2-# 60Sc 21 39 59.99571(97)# 3# ms 3+# 备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括弧括起来的代表数据不确定性。

套用领域

照明行业

比较有趣的是，钪的用途（作为主要工作物质，而不是用于掺杂的）都集中在很光明的方向，称他为光明之子也不为过。钪的相关图片 钪的第一件法宝叫做钪钠灯，可以用来给千家万户带来光明。这是一种金属卤化物电光源：在灯泡中充入碘化钠和碘化钪，同时加入钪和钠箔，在高压放电时，钪离子和钠离子分别发出他们的特征发射波长的光，钠的谱线为589.0和589.6nm两条著名的黄色光线，而钪的谱线为361.3~424.7nm的一系列近紫外和蓝色光发射，因为互为补色，产生的总体光色就是白色光。正是由于钪钠灯具有发光效率高、光色好、节电、使用寿命长和破雾能力强等特点，使其可广泛用于电视摄像和广场、体育馆、马路照明， 被称为第三代光源。在中国这种灯还是作为新技术被逐渐推广的，而在一些已开发国家，这种灯早在80年代初就被广泛使用了。 钪的第二件法宝是太阳能光电池，可以将撒落地面的光明收集起来，变成推动人类社会的电力。在金属-绝缘体-半导体矽光电池和太阳能电池中，钪是最好的阻挡金属。 他的第三件法宝叫做γ射线源，这个法宝自己就能大放光明，不过这种光亮我们肉眼接收不到，是高能的光子流。我们平常从矿物中提炼出来的是45Sc，这是钪的唯一一种天然同位素，每一个45Sc的原子核中有21个质子和24个中子。倘若我们像把猴子放到太上老君的炼丹炉中炼上七七四十九天一样将钪放在核反应堆中，让他吸收中子辐射，原子核中多一个中子的46Sc就诞生了。46Sc这种人工放射性同位素可以当作γ射线源或者示踪原子，还可以用来对恶性肿瘤进行放射治疗。还有像钇镓钪石榴石雷射器，氟化钪玻璃红外光导纤维，电视机上钪涂层的阴极射线管之类的用途简直不知凡几，看来钪生来就和光明有缘呢。

合金工业

单质形式的钪，已经被大量套用于铝合金的掺杂。在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相，对铝合金起变质作用，使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%~0.4%的Sc（这个比例也真的和家里炒菜放盐的比例差不多，只需要那么一点）可使合金的再结晶温度提高150~200℃，且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。高强高韧铝合金、新型高强耐蚀可焊铝合金、新型高温铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等，在航天、航空、舰船、核反应堆以及轻型汽车和高速列车等方面具有非常诱人的开发前景。 钪也是铁的优良改化剂，少量钪可显著提高铸铁的强度和硬度。另外，钪还可用作高温钨和铬合金的添加剂。当然，除了为他人做嫁衣裳之外，因为钪具有较高熔点，而其密度却和铝接近，也被套用在钪钛合金和钪镁合金这样的高熔点轻质合金上，但是因为价格昂贵，一般只有太空梭和火箭等高端制造业才会使用。

陶瓷材料

单质的钪一般套用于合金，而钪的氧化物也是物以类聚地在陶瓷材料上面起到了重要的作用。像可以用作固体氧化物燃料电池电极材料的四方相氧化锆陶瓷材料有一种很特别的性质，在这种电解质的电导会随着温度和环境中氧的浓度增高而增大。但是这种陶瓷材料的晶体结构本身不能稳定存在，不具有工业价值；必须要在其中掺杂一些能够将这种结构固定下来的物质才能够保持原有的性质。掺入6~10%的氧化钪就好像混凝土结构一样，让氧化锆能够稳定在四方形的晶格上。 还有像高强度，耐高温的工程陶瓷材料氮化矽做增密剂和稳定剂。 氧化钪作为增密剂，可以在细小颗粒的边缘生成难熔相Sc 2Si 2O 7，从而减小工程陶瓷的高温变形性，与添加其它氧化物相比能更好改善氮化矽的高温机械性能。

催化化学

在化学化工中，钪常被作为催化剂使用，Sc2O3可用於乙醇或异丙醇脱水和脱氧、乙酸分解，由CO和H2制乙烯等等中。含Sc2O3的Pt-Al催化剂更是在石油化工中作为重油氢化提净，精炼流程的重要催化剂。而在诸如异丙苯催化裂化反应中，Sc-Y沸石催化剂比矽酸铝的活性大1000倍；和一些传统的催化剂比起来，钪催化剂的发展前景将是很光明的。

核能工业

在高温反应堆核燃料中UO2加入少量Sc 2O 3可避免因UO 2向U 3O 8转化发生的晶格转变、体积增大和出现裂纹。

燃料电池

同样，在镍碱电池中加入2.5%~25%的钪，会增加使用寿命。

农业育种

在农业上可以对玉米 甜菜 豌豆 小麦 向日葵等种子做硫酸钪（浓度一般为10-3~10-8mol/L 不同的植物会有所不同）处理，已取得促进发芽的实际效果，8小时后根和芽的干燥重量和幼苗相比，分别增加37%和78%，但原因机理尚在研究中。 从尼尔森注意到原子量数据的亏欠到今天，钪进入人们的视野不过一百年二十多年，却差不多坐了一百年的冷板凳，直到上个世纪后期材料科学的蓬勃发展才给他带来了生机。到今天，连同钪在内的稀土元素都已经成为了材料科学中炙手可热的明星，在成千上万的体系中发挥着千变万化的作用，每天都在给我们的生活带来多一点的便利，创造的经济价值更是难以计量。

人体危害

钪单质被认为是无毒。钪化合物的动物试验已经完成，氯化钪的半数致死量已被确定为4毫克/公斤腹腔和755毫克/千克口服给药。从这些结果看来钪化合物应处理为中度毒性化合物。