Соединения скандия

Скандий образует соединения, отвечающие степени окисления элемента +3. Другие степени окисления нехарактерны для скандия.

Оксид и гидроксид скандия. Оксид Sc₂0₃ — белое вещество, образующееся при окислении скандия кислородом, термическом разложении гидроксида, карбоната, оксалата, сульфата, нитрата скандия. Т_пл = 2480 °С, плотность 3,86 г/см³. В воде малорастворим. Хорошо растворяется в концентрированных минеральных кислотах.

Гидроксид скандия Sc(OH)₃ - аморфное соединение. Осаждается действием на растворы солей скандия растворами аммиака или щелочей; рН начала выделения 4,9. Растворим в растворах щелочей, карбонатов аммония, щелочных металлов; растворимость резко снижается в присутствии малорастворимых гидроксидов железа, марганца и др.

Карбонат скандия. Для скандия характерно образование основных карбонатов [Sc(OH)_m]₂(C0₃)_3m·ЗН₂0, растворимых в растворах (NH₄)₂C0₃ и Na₂C0₃ лучше, чем аналогичные соединения РЗЭ.

Нитрат скандия Sc(NO₃)₃·4Н₂0 - хорошо растворимая соль; растворимость в воде: 61,27 % (при 15 °С), 67,60 % (при 504 ^оС).

Сульфат скандия Sc₂(S0₄)₃ образует гидраты с 2; 4; 5 и 6 молекулами воды. Растворимость в воде 28,53 % (при 25 ^оС). С сульфатами щелочных металлов образует соединения Me[Sc(SO₄)₂] или Me₃Sc[SO₄]₃ в 20 раз менее растворим в растворе K₂S0₄, чем аналогичные соединения элементов иттриевой подгруппы РЗЭ.

Фосфат скандия ScP0₄·2Н₂0 - малорастворим, получается действием на водный раствор солей скандия фосфорной кислоты.

Оксалат скандия Sc₂(C₂0₄)₃·nН₂0 (n = 3; 4; 5; 6; 18) образуется при действии щавелевой кислоты на нейтральные или слабокислые растворы солей скандия.

Иодат скандия Sc(IO₃)₃·1,5Н₂0 - хорошо растворим в отличие от аналогичных соединений тория и циркония.

Фторид скандия ScF₃ - белое кристаллическое вещество, Т _пл = 1552°С, Т _кип = 1607 °С. Малорастворим. При обработке концентрированной H₂S0₄ превращается в сульфат, при нагревании в растворе NaOH — в гидроксид. Растворим в HF, растворах фторидов щелочных металлов и аммония; в растворе образуются комплексы [ScF₄]^-, [ScF₆]^3-.

Хлорид скандия ScCl₃ - белое кристаллическое вещество, гигроскопичен, Т _пл = 968 ^оС, Т _кип = 975 ^оС. Температурная зависимость давления пара (МПа): lgP = -14200/Т + 10,49 (1066 - 1229 К).

Кристаллогидрат ScCl₃·6Н₂0 при нагревании на воздухе превращается сначала в оксохлорид ScOCl, плохо растворимый в воде, кислотах и щелочах, затем — в Sc₂0.

Карбид скандия ScC изучен больше, чем другие карбиды скандия. Получается синтезом из элементарных веществ или восстановлением Sc₂0₃ углем. Температура плавления 1800 °С, микротвердость 26,7 ГПа.

5.2.4. Области применения скандия

Скандий и его соединения в настоящее время применяют в производстве легких сплавов, электронной технике, светотехнике, производстве специальной керамики. Возможности Применения скандия ограничены высокой ценой. В 1988 г. оксид скандия (1г) стоил 2,8 долл., дистиллированный металл (чистота 99,99 %) — 15 долл. Высокая цена связана с малыми объемами производства (около 100 кг в год в пересчете на металл). Основные производители скандиевой продукции - КНР, Франция.

Легкие сплавы. Скандий представляет интерес как конструкционный материал для ракето- и самолетостроения, астронавтики, поскольку, обладая значительно более высокой температурой плавления, чем алюминий, имеет ту же плотность. Особый интерес представляют сплавы Al — Sc, Mg — Sc, Mg — Sc — Li, Mg — Y — Sc. Так как добавка десятых долей процента скандия к алюминию и его сплавам обусловливает повышение прочностных, в определенных случаях пластических свойств, рост сопротивления против коррозионного растрескивания, улучшение свариваемости деформированных полуфабрикатов. При кристаллизации расплава в процессе образования слитков большая часть скандия входит в пересыщенный раствор, а оставшаяся часть выделяется в виде частиц Al₃Sc, которые обусловливают измельчение литого зерна.

Легирование 0,4 % скандия сплавов алюминия и магния увеличивает временное сопротивление на 20 – 35 %, а предел текучести на 60 — 80 %. При этом относительное удлинение остается достаточно высоким (15 — 20 %).

Электронная техника. Важная область применения оксида скандия — производство ферритов для ЭВМ с индукцией 0,08 — 0,1 Тл, что в 3 раза меньше, чем у ферритов из оксидов железа, магния, марганца. Такие ферриты меньше перегреваются при перемагничивании, что увеличивает быстродействие магнитной памяти ЭВМ.

Светотехника. Мателлогалогенидные (иодидные) ртутные лампы с добавками скандия используют для освещения промышленных зданий и спортивных сооружений.

Производство керамики. Разработаны различные виды керамики на основе Zr0₂ и Hf0₂ с добавками Sc₂0₃, успешно работающие при высоких температурах.

Другие области применения. Гидрид скандия используют в ядерной технике как высокотемпературный замедлитель нейтронов. Борид скандия ScB₂ предложено использовать как компонент легких жаропрочных сплавов, а также в материалах катодов электронных приборов. Оксид скандия — компонент германатных оптических стекол, люминофоров.

Дата добавления: 2014-01-11