Sejarah Skano, Properti, Reaksi, Risiko dan Penggunaan

Dia Skandium Ini adalah logam transisi yang simbol kimianya adalah SC. Ini adalah yang pertama dari logam transisi dalam tabel periodik, tetapi juga merupakan salah satu elemen tanah jarang yang paling tidak umum; Meskipun propertinya mungkin menyerupai lantanida, tidak semua penulis menyetujui untuk mengklasifikasikannya dengan cara seperti itu.

Pada tingkat yang populer itu adalah elemen kimia yang tidak diperhatikan. Namanya, Born of Rare Earth Minerals dari Skandinavia, bisa arus di sebelah tembaga, besi atau emas. Namun, itu masih mengesankan, dan sifat fisik paduan mereka dapat bersaing dengan titanium.

Ultrapure Elemental Scark Sampel. Sumber: Gambar Hi-Res Elemen ofchemical [CC oleh 3.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/oleh/3.0)]

Demikian juga, semakin banyak langkah dibuka di dunia teknologi, terutama dalam hal pencahayaan dan laser. Yang telah mengamati mercusuar yang memancarkan cahaya yang mirip dengan matahari, secara tidak langsung akan menyaksikan keberadaan skandio. Selebihnya, ini adalah elemen yang menjanjikan untuk pembuatan pesawat terbang.

Masalah utama yang dihadapi pasar Skandi adalah sangat tersebar, dan tidak ada mineral atau sumber yang kaya; Jadi ekstrakinya mahal, bahkan jika itu bukan logam dengan kelimpahan rendah di kerak bumi. Di alam itu seperti oksida, padatan yang tidak dapat dengan mudah dikurangi.

Dalam banyak senyawanya, anorganik atau organik, berpartisipasi dalam hubungan dengan jumlah oksidasi +3; yaitu, dengan asumsi keberadaan kation³⁺. Skandi adalah asam yang relatif kuat, dan dapat membentuk hubungan koordinasi yang sangat stabil dengan atom oksigen molekul organik.

[TOC]

Sejarah

Scandio diakui sebagai elemen kimia pada tahun 1879, oleh ahli kimia Swiss Lars f. Nilson. Saya bekerja dengan Euxenita dan Gadolinita Minerals dengan maksud untuk mendapatkan. Dia menemukan bahwa ada elemen yang tidak diketahui dalam jejaknya berkat studi analisis spektroskopi (spektrum emisi atom).

Dari mineral, timnya dan dia berhasil mendapatkan skandio oksida masing -masing, nama yang diterima karena pasti mengumpulkan sampel Skandinavia; mineral yang disebut tanah jarang untuk mereka.

Namun, delapan tahun sebelumnya, pada tahun 1871, Dmitri Mendeleev telah meramalkan keberadaan skandi; Tetapi dengan nama Ekaboro, yang berarti bahwa sifat kimianya mirip dengan Boro. 

Dan sebenarnya itu adalah ahli kimia Swiss per Teodor Cleve yang mengaitkan skandi dengan ekaboro, karena itu elemen kimia yang sama. Khususnya yang memulai blok logam transisi di tabel periodik.

Bertahun -tahun berlalu ketika pada tahun 1937, Werner Fischer dan kolaboratornya, berhasil mengisolasi logam (tetapi tidak murni) Scandio, melalui elektrolisis campuran kalium, lithium dan skandy klorida. Baru pada tahun 1960 ketika dia akhirnya bisa mendapatkannya dengan kemurnian sekitar 99%.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Skandi dasar (asli dan murni) dapat mengkristal dalam dua struktur (alotrop): heksagonal kompak (Hcp) dan kubik yang berpusat di tubuh (BCC). Yang pertama biasanya menyebutnya sebagai fase α, dan yang kedua fase β.

Fase α, heksagonal dan lebih padat, stabil pada suhu lingkungan; Sedangkan β, fase kubik dan lebih sedikit, stabil di atas 1337 ºC. Dengan demikian, pada suhu terakhir ini transisi antara kedua fase atau alotrop terjadi (dalam kasus logam).

Perhatikan bahwa sementara skandi biasanya mengkristal dalam solid HCP, itu tidak berarti bahwa itu adalah logam yang sangat padat; Setidaknya, lebih dari aluminium. Dari konfigurasi elektroniknya, dapat diketahui elektron mana yang biasa dalam ikatan logamnya:

[Ar] 3d¹ 4s²

Oleh karena itu, tiga elektron orbital 3D dan 4S terlibat dalam cara dalam bagaimana atom SC dalam kaca berada.

Untuk kompak dalam kaca heksagonal, daya tarik nukleinya harus sedemikian rupa sehingga ketiga elektron ini, dilindungi dengan lemah oleh elektron lapisan internal, tidak bergerak terlalu jauh dari atom SC dan, akibatnya, jarak di antara mereka dipersempit.

Fase tekanan tinggi

Fase α dan β dikaitkan dengan perubahan suhu; Namun, ada fase tetragonal, mirip dengan logam niobio, NB, yang dihasilkan ketika skandi logam mengalami tekanan yang lebih besar dari 20 GPa.

Angka oksidasi

Skandi dapat kehilangan tiga elektron valensi hingga maksimal (3D¹4s²). Secara teori, yang pertama "pergi" adalah orbital 4S.

Dengan demikian, dengan asumsi keberadaan kation⁺ Dalam senyawa, bilangan oksidasi adalah +1; yang sama dengan mengatakan bahwa dia kehilangan elektron dari orbital 4S (3D¹4s¹).

Jika itu SC²⁺, Nomor oksidasi Anda adalah +2, dan Anda akan kehilangan dua elektron (3D¹4s⁰); Dan jika itu SC³⁺, Kation yang paling stabil akan memiliki nomor oksidasi +3, dan isolektronik menjadi argon.

Dapat melayani Anda: karamelisasi

Singkatnya, angka oksidasi adalah: +1, +2 dan +3. Misalnya, di SC₂SALAH SATU₃ Jumlah oksidasi skandi adalah +3 karena keberadaan SC diasumsikan³⁺ (Sc₂³⁺SALAH SATU₃^2-).

Properti

Penampilan fisik

Itu adalah logam putih perak dalam bentuknya yang murni dan dasar, tekstur lembut dan halus. Memperoleh nada kutu kekuningan saat mulai ditutupi dengan lapisan oksida (SC₂SALAH SATU₃).

Masa molar

44.955 g/mol.

Titik lebur

1541 ºC.

Titik didih

2836 ºC.

Kapasitas panas molar

25.52 J/(mol · k).

Panas fusi

14.1 kJ/mol.

Panas penguapan

332,7 kJ/mol.

Konduktivitas termal

66 μΩ · cm pada 20 ºC.

Kepadatan

2,985 g/ml, padatan, dan 2,80 g/ml, cairan. Perhatikan bahwa kepadatan keadaan padatnya mendekati aluminium (2,70 g/ml), yang berarti bahwa kedua logam sangat ringan; Tetapi skandi meleleh pada suhu yang lebih tinggi (titik fusi aluminium adalah 660,3 ºC).

Elektronegativitas

1.36 pada skala Pauling.

Energi ionisasi

Pertama: 633.1 kJ/mol (sc⁺ gas).

Kedua: 1235.0 kJ/mol (sc²⁺ gas).

Ketiga: 2388.6 kJ/mol (SC³⁺ gas).

Radio atom

162 PM.

Urutan magnetik

Paramagnetik.

Isotop

Dari semua isotop skandi, ^{Empat. Lima}SC menempati hampir 100% dari total kelimpahan (ini tercermin dalam berat atomnya sangat mendekati 45 U).

Yang lain terdiri dari radioisotop dengan waktu setengah -kehidupan yang berbeda; Sebagai ⁴⁶Sc (t_1/2 = 83.8 hari), ⁴⁷Sc (t_1/2 = 3,35 hari), ⁴⁴Sc (t_1/2 = 4 jam), dan ⁴⁸Sc (t_1/2 = 43,7 jam). Radioisotop lain memiliki t_1/2 Kurang dari 4 jam.

Keasaman

Kation sc³⁺ Itu adalah asam yang relatif kuat. Misalnya, dalam air Anda dapat membentuk kompleks berair [SC (h₂SALAH SATU)₆]³⁺, yang juga dapat mengubah pH ke nilai di bawah 7, karena menghasilkan ion H₃SALAH SATU⁺ Sebagai produk hidrolisisnya:

[Sc (h₂SALAH SATU)₆]³⁺(Ac)+h₂Atau (l) [sc (h₂SALAH SATU)₅Oh]²⁺(Ac)+h₃SALAH SATU⁺(AC)

Keasaman skandi juga dapat ditafsirkan sesuai dengan definisi Lewis: ia memiliki kecenderungan tinggi untuk menerima elektron dan, oleh karena itu, untuk membentuk kompleks koordinasi.

Nomor Koordinasi

Properti penting dari skandi adalah bahwa jumlah koordinasinya, baik di sebagian besar senyawa anorganik, struktur atau kristal organik, adalah 6; Itu berarti bahwa SC dikelilingi oleh enam tetangga (atau membentuk enam tautan). Di atas, acuo kompleks [SC (h₂SALAH SATU)₆]³⁺ Itu adalah contoh paling sederhana dari semuanya.

Dalam kristal, pusat SC adalah octahedral; baik berinteraksi dengan ion lain (dalam padatan ionik), atau dengan atom netral terkait kovalen (dalam padatan kovalen).

Contoh yang terakhir kita memiliki [SC (OAC)₃], yang membentuk struktur rantai dengan kelompok acotiloxi atau acetoxi) yang bertindak sebagai jembatan antara atom SC.

Tata nama

Karena hampir secara default jumlah oksidasi skandi di sebagian besar senyawanya adalah +3, ini dianggap unik dan karenanya nomenklatur secara signifikan disederhanakan; sangat mirip dengan logam alkali atau aluminium itu sendiri.

Misalnya, pertimbangkan oksida Anda, SC₂SALAH SATU₃. Formula kimia yang sama menunjukkan sebelumnya status oksidasi +3 untuk skandio. Dengan demikian, untuk menyebut senyawa skandi ini, dan seperti yang lain, sistematis, stok dan nomenklatif tradisional digunakan.

Sc₂SALAH SATU₃ Kemudian skandi oxide, menurut nomenklatur stok, menghilangkan (III) (meskipun bukan satu -satunya keadaan oksidasi yang mungkin); Skandik oksida, dengan akhiran -ICO di akhir nama menurut nomenklatur tradisional; dan diescondio trioksida, mematuhi aturan awalan numerik Yunani dari nomenklatur sistematis.

Kertas Biologis

Skandi, untuk saat ini, tidak memiliki kertas biologis yang ditentukan. Artinya, tidak diketahui bagaimana tubuh dapat menumpuk atau mengasimilasi ion SC³⁺; Enzim spesifik apa yang dapat menggunakannya sebagai kofaktor, jika memberikan pengaruh, meskipun mirip dengan ion CA²⁺ atau iman³⁺.

Namun, diketahui bahwa ion SC³⁺ Mereka memberikan efek antibakteri mungkin saat mengganggu metabolisme ion iman³⁺.

Beberapa studi statistik dalam kedokteran mungkin menghubungkannya dengan gangguan lambung, obesitas, diabetes, leptomeningitis serebral dan penyakit lainnya; Tetapi tanpa hasil.

Juga, tanaman biasanya tidak mengumpulkan sejumlah besar skandi di daun atau batangnya tetapi di akar dan nodulnya. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa konsentrasinya dalam biomassa buruk, menunjukkan sedikit partisipasi dalam fungsi fisiologisnya dan, akibatnya, akhirnya menumpuk lebih banyak di tanah.

Dimana dan produksi

Mineral dan bintang

Skandi mungkin tidak sebanyak elemen kimia lainnya, tetapi kehadirannya di kerak bumi melampaui merkuri dan beberapa logam berharga. Faktanya, kelimpahannya mendekati kobalt dan berilium; Untuk setiap ton batu, 22 gram skandi dapat diekstraksi.

Dapat melayani Anda: padatan kristal: struktur, sifat, jenis, contoh

Masalahnya adalah bahwa atom mereka tidak berada tetapi tersebar; Artinya, tidak ada mineral yang kaya akan skandi dalam komposisi massanya. Oleh karena itu, dikatakan bahwa ia tidak memiliki preferensi untuk salah satu formator mineral khas (seperti karbonat, CO₃^2-, atau sulfida, s^2-).

Itu tidak dalam keadaan paling murni. Oksida Anda juga tidak stabil, sc₂SALAH SATU₃, yang dikombinasikan dengan logam atau silikat lain untuk mendefinisikan mineral; seperti Thortveitita, Euxenita dan Gadolinita.

Tiga mineral ini (langka dalam diri mereka sendiri) mewakili sumber -sumber alami skandi utama, dan ditemukan di wilayah Norwegia, Islandia, Skandinavia dan Madagaskar.

Untuk sisanya, ion SC³⁺ Mereka dapat dimasukkan sebagai kotoran di beberapa batu berharga, seperti aquamarine, atau di tambang uranium. Dan di langit, di dalam bintang -bintang, elemen ini menempati angka 23 dengan kelimpahan; Cukup tinggi jika Anda mempertimbangkan seluruh kosmos.

Limbah industri dan limbah

Itu hanya mengatakan bahwa skandi juga dapat ditemukan sebagai pengotor. Misalnya, ditemukan dalam pigmen TIO₂; dalam limbah pemrosesan uranium, serta dalam mineral radioaktifnya; dan dalam pemborosan bauksit dalam produksi aluminium logam.

Demikian juga, di akhir nikel dan kobalt, yang terakhir menjadi sumber skandi yang menjanjikan di masa depan.

Pengurangan Metalurgi

Kesulitan luar biasa di sekitar ekstraksi skandi, dan bahwa mereka menunda begitu banyak perolehan mereka di negara bagian atau logam, adalah karena SC₂SALAH SATU₃ Sulit untuk mengurangi; bahkan lebih dari paman₂, untuk menunjukkan SC³⁺ Afinitas yang lebih besar dari TI⁴⁺ menuju o^2- (Dengan asumsi karakter ionik 100% dalam oksida masing -masing).

Yaitu lebih mudah untuk menghilangkan oksigen dari paman₂ daripada ke sc₂SALAH SATU₃ dengan zat pereduksi yang baik (biasanya logam batubara atau basa atau alkali). Itulah sebabnya SC₂SALAH SATU₃ Ini berubah pertama menjadi senyawa yang reduksi kurang bermasalah; Seperti Scandio Fluoride, SCF₃. Selanjutnya, SCF₃ Itu dikurangi dengan kalsium logam:

2scf₃(s) +3ca (s) => 2sc (s) +3caf₂(S)

Sc₂SALAH SATU₃ Atau berasal dari mineral yang disebutkan di atas, atau merupakan produk sampingan dari ekstraksi elemen lain (seperti uranium dan besi). Ini adalah bentuk komersial dari skandi, dan produksi tahunannya yang rendah (15 ton) mencerminkan biaya pemrosesan yang tinggi, selain dari ekstrakinya dari batuan.

Elektrolisa

Metode lain untuk menghasilkan skandio adalah terlebih dahulu mendapatkan garam klorida, sccl₃, dan kemudian mengirimkannya ke elektrolisis. Dengan demikian, dalam elektroda ada skandi logam (seperti spons), dan di gas klorin lainnya.

Reaksi

Anfoterisme

Skandi tidak hanya berbagi dengan aluminium karakteristik menjadi logam ringan, tetapi juga anfoteric; yaitu, mereka berperilaku seperti asam dan basa.

Misalnya, bereaksi, seperti banyak logam transisi lainnya, dengan asam kuat untuk menghasilkan garam dan gas hidrogen:

2SC (s) +6hcl (ac) => 2sccl₃(AC) +3H₂(G)

Dengan melakukan itu, itu berperilaku sebagai basis (bereaksi dengan HCl). Tapi, dengan cara yang sama bereaksi dengan basis yang kuat, seperti natrium hidroksida:

2SC (S) +6NAOH (AC) +6H₂Atau (l) => 2NA₃SC (OH)₆(AC) +3H₂(G)

Dan sekarang berperilaku seperti asam (bereaksi dengan NaOH), untuk membentuk skandal garam; Natrium, na₃SC (OH)₆, Dengan skandal anion, SC (OH)₆^3-.

Oksidasi

Saat terpapar udara, skandi mulai mengoksidasi oksida masing -masing. Reaksi dipercepat dan dilatih sendiri jika sumber panas digunakan. Reaksi ini diwakili dengan persamaan kimia berikut:

4SC (s) +3o₂(g) => 2sc₂SALAH SATU₃(S)

Halogenuros

Scandio bereaksi dengan semua halogen untuk membentuk halogenuros dari formula kimia umum scx₃ (X = f, cl, br, dll.).

Misalnya, bereaksi dengan yodium sesuai dengan persamaan berikut:

2SC (s) +3i₂(g) => 2sci₃(S)

Dengan cara yang sama bereaksi dengan klorin, bromin dan fluoride.

Formasi hidroksida

Skandi logam dapat larut dalam air untuk menyebabkan masing -masing hidroksida dan gas hidrogen:

2SC (S) +6H₂Atau (l) => 2sc (oh)₃(s) + h₂(G)

Hidrolisis asam

Kompleks berair [SC (h₂SALAH SATU)₆]³⁺ Mereka dapat menghidrolisis sedemikian rupa sehingga mereka akhirnya membentuk SC- (OH) -sc, sampai mendefinisikan cluster dengan tiga atom skandio.

Risiko

Tidak diketahui, selain peran biologisnya, apa sebenarnya efek fisiologis dan toksikologis skandi.

Dalam bentuk dasarnya diyakini bahwa itu tidak beracun, kecuali padatannya yang terbagi halus dihirup dan dengan demikian menyebabkan kerusakan pada paru -paru. Demikian juga, senyawa mereka dikaitkan dengan toksisitas nol, sehingga asupan garam mereka secara teori tidak boleh mewakili risiko apa pun; Selama dosisnya tidak tinggi (diuji pada tikus).

Dapat melayani Anda: Tekanan uap: konsep, contoh dan latihan diselesaikan

Namun, data yang terkait dengan aspek -aspek ini sangat terbatas. Oleh karena itu, tidak dapat diasumsikan bahwa tidak ada senyawa skandi yang benar -benar tidak beracun; Bahkan lebih sedikit jika logam dapat menumpuk di tanah dan air, kemudian pindah ke tanaman, dan pada tingkat yang lebih rendah, ke hewan.

Untuk saat -saat ini, skandi belum mewakili risiko yang jelas jika dibandingkan dengan logam yang lebih berat; seperti kadmium, merkuri dan timah.

Aplikasi

Paduan

Meskipun harga skandi tinggi dibandingkan dengan logam lain seperti titanium atau ittrio, aplikasinya akhirnya menggunakan upaya dan investasi. Salah satunya adalah menggunakannya sebagai aditif untuk paduan aluminium.

Dengan cara ini, paduan SC-A (dan logam lainnya) mempertahankan cahaya mereka, tetapi mereka menjadi lebih tahan korosi, suhu tinggi (mereka tidak retak), dan sekuat titanium.

Begitu banyak efek yang dimiliki skandi pada paduan ini, sehingga cukup untuk menambahkannya dalam jumlah jejak (kurang dari 0,5% dalam massa) sehingga sifat -sifatnya meningkat secara drastis tanpa mengamati peningkatan beratnya yang cukup besar dalam bobotnya. Dikatakan bahwa, jika digunakan secara besar-besaran suatu hari, itu bisa mengurangi berat pesawat sebesar 15-20%.

Demikian juga, Paduan Skandi telah digunakan untuk bingkai revolver, atau untuk pembuatan artikel olahraga, seperti kelelawar bisbol, sepeda khusus, buluh memancing, tongkat golf, dll.; Meskipun paduan titanium biasanya menggantinya dengan menjadi lebih murah.

Yang paling terkenal dari paduan ini adalah AL_{dua puluh}Li_{dua puluh}Mg₁₀Sc_{dua puluh}Anda₃₀, yang sama kuatnya dengan titanium, seringan aluminium dan sekeras keramik.

Kesan 3D

Paduan SC-Al telah digunakan untuk membuat tayangan 3D logam, dengan tujuan menempatkan atau menambahkan lapisannya pada padatan yang telah dipilih sebelumnya.

Iluminasi Stadion

Lampu Cahaya pada Tahap meniru sinar matahari berkat aksi Scandio Iodide di sebelah uap merkuri. Sumber: Pexels.

Skandio Yoduro, Sci₃, Ditambahkan (bersama dengan natrium iodida) ke lampu uap merkuri untuk membuat lampu buatan yang meniru matahari. Itulah sebabnya di stadion atau lapangan olahraga, bahkan di malam hari, pencahayaan di dalamnya sedemikian rupa sehingga mereka memberikan perasaan mengamati permainan dalam sehari penuh.

Efek serupa telah dialokasikan untuk perangkat listrik seperti kamera digital, layar televisi, atau untuk monitor komputer. Juga, lampu depan dengan lampu sci ini₃-HG telah berada di studio film dan televisi.

Baterai bahan bakar oksida padat

Sofc, untuk akronimnya dalam bahasa Inggris (sel bahan bakar oksida padat) menggunakan oksida atau keramik sebagai media elektrolitik; Dalam hal ini, padatan yang berisi ion skandi. Penggunaannya dalam perangkat ini adalah karena konduktivitas listriknya yang hebat dan kemampuan untuk menstabilkan kenaikan suhu; Jadi mereka bekerja tanpa pemanasan dalam tingkat tinggi.

Contoh dari salah satu oksida padat seperti itu adalah zirkonit yang distabilkan dengan skandi (berbentuk SC₂SALAH SATU₃, lagi).

Keramik

Skandio dan Titanium carbide menjadi keramik kekerasan yang luar biasa, hanya diatasi dengan berlian. Namun, penggunaannya terbatas pada bahan dengan aplikasi yang sangat canggih.

Kristal Koordinasi Organik

Ion SC³⁺ Mereka dapat berkoordinasi dengan beberapa ligan organik, terutama jika mereka adalah molekul teroksigenasi.

Ini karena ikatan SC-O yang terbentuk sangat stabil, dan karenanya akhirnya membangun kristal dengan struktur yang luar biasa, yang pori-porinya dapat dipicu reaksi kimia, berperilaku sebagai katalis heterogen; atau host molekul netral, berperilaku seperti penyimpanan padat.

Demikian juga, kristal kristal menangis organik seperti itu dapat digunakan untuk merancang bahan sensorik, saringan molekuler, atau konduktor ion.

Referensi

1. Irina Shtngeeva. (2004). Skandium. Saint Petersburg State University Saint Petersburg. Pulih dari: risetgate.bersih
2. Wikipedia. (2019). Skandium. Diperoleh dari: di.Wikipedia.org
3. Para editor Eeritlopaedia Britannica. (2019). Skandium. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: Britannica.com
4. Kata. Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Skandium. Chemicool. Pulih dari: chemicool.com
5. Skala. (2018). Skandium. Dipulihkan dari: scale-project.UE
6. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (3 Juli 2019). Tinjauan Skandium. Pulih dari: thinkco.com
7. Kist, a.KE., Zhuk, l.yo., Danilova, e.KE., & Makhmudov, dan.KE. (2012). Tentang pertanyaan tentang peran biologis skandium. Pulih dari: inis.Iaea.org
8. W.KE.Grosshans, dan.K.Vohra & w.B.Holzapfel. (1982). Transformasi Fase Tekanan Tinggi di Yttrium dan Skandium: Hubungan dengan Bumi Jarang dan Struktur Kristal Actinides. Jurnal Magnetisme dan Bahan Magnetik Volume 29, Masalah 1-3, halaman 282-286 doi.org/10.1016/0304-8853 (82) 90251-7
9. Marina atau. Barsukova et al. (2018). Kerangka kerja skandium-organik: kemajuan dan prospek. Russ. Chem. Putaran. 87 1139.
10. Menginvestasikan jaringan berita. (11 November 2014). Aplikasi Skandium: Gambaran Umum. AIME Medium Inc. Dipulihkan dari: Investnews.com