Скандий и его характеристики
Общая характеристика скандия
Скандий содержится в земной коре в количествах порядка 10-3% (масс.). В свободном состоянии он представляет собой серебристо-белый металл (рис.1) с высокой температурой плавления (1541oС). Плотность – 3,0 г/см 3. По химической активности скандий уступает лишь щелочным и щелочноземельным металлам. Вследствие пассивирования скандий не растворяется в воде и с ней не взаимодействует.
Рис. 1. Скандий. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса скандия
Поскольку в свободном состоянии скандий существует в виде одноатомных молекул Sc, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 44,9559.
Изотопы скандия
Известно, что в природе скандий может находиться в виде единственного стабильного изотопа 45Sc. Массовое число равно 45, ядро атома содержит двадцать один протон и двадцать четыре нейтрона.
Существуют искусственные изотопы скандия с массовыми числами от 36-ти до 60-ти, среди которых наиболее стабильным является 46Sc с периодом полураспада равным 83,79 суток, а также десять ядерных изотопов.
Ионы скандия
На внешнем энергетическом уровне атома скандия имеется три электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d14s2.
В результате химического взаимодействия скандий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Sc0 -3e → Sc3+.
Молекула и атом скандия
В свободном состоянии скандий существует в виде одноатомных молекул Sc. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу скандия:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
6,54 |
|
Относительная электроотрицательность |
1,36 |
|
Радиус атома, нм |
0,162 |
Примеры решения задач
| Задание | Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида скандия, если его молекулярная формула имеет вид Sc2O3. |
| Решение | Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%. Найдем молекулярную массу оксида скандия: Mr(Sc2O3) = 2×Ar(Sc) + 3×Ar(O) = 2×45 + 3×16 = 90 + 48 = 138 г. Тогда, массовые доли скандия и кислорода будут равны: ω (Sc) = 2 × Ar (Sc) / Mr (Sc2O3) × 100%; ω (Sc) = 2 × 45 / 138 × 100% = 65,22%. ω (O) = 3 × Ar (O) / Mr (Sc2O3) × 100%; ω (O) = 3 × 16 / 138 × 100% = 34,78%. |
| Ответ | Массовая доля скандия равна 65,22%, массовая доля кислорода равна 34,78%. |
| Задание | Осуществите ряд превращений:
Sc→Sc(OH)3→ Sc2O3→ ScCl3→Sc(OH)3. |
| Ответ | При растворении скандия в горячей воде выпадает осадок гидроксида скандия и происходит выделение пузырьков газа (водород):
2Sc + 6H2Ohot→ 2Sc(OH)3¯ + 3H2. При нагревании полученного осадка до температуры 460oС происходит его разложение, в результате которого образуется оксид скандия: 2Sc(OH)3→Sc2O3 + 3H2O. В результате растворения оксида скандия в концентрированной соляной кислоте получается хлорид скандия: Sc2O3 + 6HClconc→ 6ScCl3 + 3H2O. При добавлении к хлориду скандия холодного разбавленного раствора щелочи образуется гидроксид скандия: ScCl3 + 3NaOHcold, dilute→Sc(OH)3¯+ 3NaCl. |
