Skandium
| |||||
| Yleistä | |||||
| Nimi | skandium | ||||
| Tunnus | Sc | ||||
| Järjestysluku | 21 | ||||
| Luokka | siirtymämetallit | ||||
| Lohko | d-lohko | ||||
| Ryhmä | 3 | ||||
| Jakso | 4 | ||||
| Tiheys | 2,985 · 103 kg/m3 | ||||
| Väri | hopeisen valkea | ||||
| Löytövuosi, löytäjä | 1879, Lars Fredrick Nilson [1] | ||||
| Atomiominaisuudet | |||||
| Atomipaino (Ar) | 44,955908(5)[2] | ||||
| Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 160 pm | ||||
| Kovalenttisäde | 144 pm | ||||
| Orbitaalirakenne | [Ar] 3d1 4s2 | ||||
| Elektroneja elektronikuorilla | 2, 8, 9, 2 | ||||
| Hapetusluvut | III | ||||
| Kiderakenne | heksagonaalinen | ||||
| Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
| Olomuoto | kiinteä | ||||
| Sulamispiste | 1 814 K (1 541 °C) | ||||
| Kiehumispiste | 3 109 K (2 836 °C) | ||||
| Höyrystymislämpö | 332,7 kJ/mol | ||||
| Muuta | |||||
| Ominaislämpökapasiteetti | 0,568 kJ/(kg K) | ||||
| Sähkönjohtavuus | 1,8 · 106 S/m | ||||
| CAS-numero | 7440-20-2 | ||||
| Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa | |||||
Skandium (Sc) on harvinaisiin maametalleihin kuuluva metallinen alkuaine, jonka järjestysluku on 21. Se on hopeisen valkeaa ja kiiltävää sekä verraten kevyttä. Ruotsalainen kemisti Lars Fredrik Nilson löysi skandiumin vuonna 1879.
Historia
muokkaaRuotsalainen kemisti Lars Fredrik Nilson löysi skandiumin tutkiessaan mineraaleja eukseniitti, joka oli peräisin Aredalista Norjasta, ja gadoliniitti, joka oli Ytterbystä Ruotsista. Tarkoituksena oli tutkia harvinaisten maametallien kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia Sven Otto Petterssonin kanssa. Edellä mainituista mineraaleista Nilson uutti 63 grammaa erbiamaalajia (nimi viittaa erbiumiin). Tästä hän löysi edelleen uuden alkuaineen, joka sopi ruotsalaisen kemistin ja geologin Per Teodor Cleven mukaan Dmitri Mendelejevin ennustamaan ekaboriin (sanskritin eka = yksi). Nilson nimesi uuden alkuaineen skandiumiksi, koska se oli löydetty Skandinavian mineraalista. Ruotsalainen fyysikko Tobias Robert Thalén varmisti kohta alkuaineen olemassaolon löytämällä erbian spektristä aiemmin tuntemattomia viivoja. Vasta vuonna 1937 valmistettiin metallista skandiumia liuoksesta, joka sisälsi kaliumkloridia (KCl), litiumkloridia (LiCl) ja skandiumkloridia (ScCl3).
Fysikaaliset ominaisuudet
muokkaa
Skandium on vaaleanharmaa, kiiltävä ja hieman pehmeä metalli. Se on kohtalaisen pysyvää ilmassa, mutta saattaa hitaasti saada kellertävää väriä pintaan muodostuvan skandiumoksidikerroksen (Sc2O3) vaikutuksesta.[3]
Skandiumilla on kaksi allotrooppista muotoa. α-skandiumin kiderakenne on heksagonaalinen tiivispakkaus (a = 330,88 pm ja c = 526,80 pm) huoneenlämpötilassa. Skandiumin β-muoto on tilakeskinen kuutiollinen (bcc), jolle on arvioitu a = 373 pm, kun lämpötila ylittää 1 337 °C.[3]
Skandium on paramagneettista aina absoluuttisesta nollapisteestä sulamispisteeseensä (1 541 °C) saakka. Siitä tulee suprajohtavaa lähellä absoluuttista nollapistettä alle −273,1 °C lämpötilassa kun paine ylittää 186 kilobaaria.[3]
Kemialliset ominaisuudet
muokkaa |
Tämä artikkeli tai osio on keskeneräinen. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla sivua. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla. |
Yhdisteissään skandiumilla ei ole d-elektroneja elektronirakenteissaan, eikä siis varsinaisia siirtymäalkuaineen ominaisuuksia. Skandiumin kemialliset ominaisuudet liittyvät kiinteästi lantanoidien ja aktinoidien kemiaan, joita se muistuttaa enemmän kuin esimerkiksi alumiinia tai titaania.
Skandium käyttäytyy useimmiten samoin kuin lantanoidit hapetusluvulla +3. Kuitenkin jotkin sen ominaisuudet ovat erilaisia johtuen sen merkittävästi pienemmästä ionisäteestä (166 pm koordinaatioluvulla 12), verrattuna harvinaisten maametallien ionisäteen keskiarvoon (182 pm koordinaatioluvulla 12). Tästä johtuen Sc3+-ioni on verrattain vahva happo ja muodostaa komplekseja helpommin kuin harvinaiset maametallit yleensä.[3]
Skandium liukenee hitaasti laimeisiinkin happoihin, poikkeuksena vetyfluoridin liuos, sillä siinä skandiummetallin pintaan muodostuu suojaava skandiumfluoridin (ScF3) kerros.[3]
Isotoopit
muokkaaKaikki luonnosta löytyvä skandium on 45Sc-isotooppia.[3] Ainoan pysyvän isotoopin lisäksi sille tunnetaan yli 20 radioisotooppia, joiden massaluvut ovat välillä 36–60. Niistä pitkäikäisin on vuonna 1936 löydetty 46Sc, jonka puoliintumisaika on hieman alle 84 päivää. Seuraavaksi stabiileimmat ovat 47Sc, jonka puoliintumisajaksi on mitattu 3,35 päivää, 48Sc (noin 43,7 tuntia) ja 44Sc (4 tuntia). Kaikkien muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle neljä tuntia, useimmilla alle muutaman minuutin. Lisäksi skandiumilla on viisi metastabiilia ydinisomeeria.[4]
Isotoopit, joiden massat ovat alle ainoan pysyvän isotoopin 45Sc massan, hajoavat pääasiassa elektronisieppauksella; sitä raskaammat isotoopit hajoavat enimmäkseen β--hajoamisella. Keveiden isotooppien hajoamistuotteet ovat yleensä kalsiumin isotooppeja, pysyvää isotooppia raskaammat taas useimmiten hajoavat titaanin isotoopeiksi. 44Sc hajoaa poikkeuksellisesti β+-hajoamisella.[4]
Esiintyminen ja käyttö
muokkaaLuonnossa skandium esiintyy harvinaisten maametallien ohella ja rauta- ja magneettimineraaleissa. Norjalaiset geologit löysivät 1980-luvulla tavattoman suuria skandiummalmiesiintymiä Finnmarkista Pohjois-Norjasta. Suomessa skandiumia on Rautalammilla Kiviniemen esiintymässä.[5]
On osoittautunut, että skandiumia voidaan käyttää joissakin lasereissa sekä mahdollisesti joidenkin keraamisten suprajohteiden valmistamisessa. Skandiumjodidia (ScI3) käytetään erityisesti päivänvalolampuissa elohopean ja natriumin ohella. Eräistä metalliseoksista saadaan kovempia, kun niihin lisätään skandiumia. Skandium on alumiinia hivenen painavampi, mutta sulamispiste on selvästi korkeampi; sitä on käytetty esimerkiksi lentokoneen osissa ja avaruustekniikassa.[6]
Lähteet
muokkaa- Facta-tietosanakirja. WSOY, 2006. ISBN 951-0-31930-9
Viitteet
muokkaa- ↑ Facta 2006, s. 714
- ↑ Meija, Juris et al.: Atomic Weights of the Elements 2013 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2016, 88. vsk, nro 3, s. 272–274. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. (pdf) Viitattu 17.12.2016. (englanniksi)
- ↑ a b c d e f Scandium Encyclopædia Britannica Online. Viitattu 8.4.2018. (englanniksi)
- ↑ a b Audi, G. ym.: The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties. Chinese Physics C, 2017, 41. vsk, nro 3, s. 030001-1-030001-138. IOP Publishing. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001 Artikkelin verkkoversio. (pdf) Viitattu 8.4.2018. (englanniksi) (Arkistoitu – Internet Archive)
- ↑ Anna Ronkainen: Savossa on maan alla miljardien edestä skandiumia – nyt tutkijat ovat ehkä keksineet, miten aarre saadaan ylös pilaamatta ympäristöä YLE Uutiset. 21.3.2018. Viitattu 21.3.2018.
- ↑ Hamilo, Marko: Mendelejev ennusti skandiumin (alkuainesarjan artikkeli skandiumista) Helsingin Sanomat 13.3.2007. Arkistoitu 15.9.2015. Viitattu 2.12.2015.
Aiheesta muualla
muokkaa
- Periodictable: Technical data for Scandium (englanniksi)
- Luettelo skandiumin isotoopeista The Isotopes Project Home Page (englanniksi)
- Americanelements: Scandium Technical and Safety Data (englanniksi)
- MineralPrices.com: Heavy Rare Earth Metals, Scandium metal 99.9% ja Scandium Oxide ≥ 99.95% (englanniksi)
- Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Scandium (englanniksi)