钪（拼音：kàng，注音：ㄎㄤˋ，粤拼：kong3；英语：Scandium；源于斯堪的纳维亚半岛拉丁语：scandia），是一种化学元素，其化学符号为Sc，原子序数为21，原子量为44.955908 u，是一种柔软、银白色的过渡性金属。它常跟钇、镧系元素等稀土金属 [4]混合存在。钪是在1879年由拉尔斯·弗雷德里克·尼尔松的团队，在斯堪的纳维亚半岛的黑稀金矿（euxenite）和硅铍钇矿（gadolinite）中，使用光谱分析发现的元素。
钪存在于大多数稀土矿和铀化合物的沉积物中，但它仅可以从全球某些矿场的矿石萃取，由于钪不易取得及制备困难，所以直到1937年才首次取得，而它的应用直到1970年代才被研发出来。在1970年代人们发现钪对于铝合金具有增益效果，此应用目前仍是其主要用途，氧化钪的全球贸易量约为每年15~20吨。[5]
钪化合物的性质介于铝和钇之间。钪和镁之间也存在着对角线规则，就像铍和铝的关系。钪是3族元素，就像其他第三族的元素，钪的主要氧化数为+3。
性质
化学性质
钪是银色的柔软金属，被空气氧化时略带浅黄色或粉红色。钪容易风化，在大多数稀酸中缓慢溶解。它不与硝酸（）和氢氟酸（）的1:1混合物反应，可能是由于形成了一个不渗透的钝化层。钪粉在空气中点燃，放出明亮的黄色火焰，形成氧化钪。[6]
同位素
钪共有37个同位素，其中只有一种同位素()是稳定的。25种钪的放射性同位素已获得表征，其中最稳定的是46Sc，半衰期为 83.8天；接着是半衰期3.35天的47Sc；半衰期43.7小时的48Sc；以及会放出正电子的44Sc，它的半衰期为4小时。剩下的放射性同位素的半衰期都小于4小时，大部分都小于2分钟。钪也有五种同核异构体，其中最稳定的是半衰期58.6小时的44m2Sc。[7]
钪已发现的同位素在36Sc 到60Sc之间。比45Sc轻的钪同位素的主要衰变方式为电子捕获成钙的同位素，而比45Sc重的同位素则主要通过β衰变成钛的同位素。[7]
存在
在地球地壳中，钪并不稀有。钪的丰度预测在18至25 ppm之间，可以和钴（20–30 ppm）比较。钪是地球上第50常见的元素（地壳中第35常见的元素），但它是太阳中第23常见的元素。[8]然而，钪分布稀疏，在许多矿物中痕量存在。[9]来自斯堪的纳维亚[10]和马达加斯加[11]的稀有矿物如：钪钇石、黑稀金矿和硅铍钇矿是钪唯一已知的集中来源。钪钇石可以包含高达45%的以氧化钪形式存在的钪。[10]
稳定的钪是在超新星中通过R-过程产生的。[12]它也可以通过更常见的铁核的宇宙射线散裂而成。
- 28Si + 17n → 45Sc（R-过程）
- 56Fe + p → 45Sc + 11C + n（宇宙射线散裂）
化合物
钪化学几乎被三价钪离子 Sc3+主宰。M3+ 离子半径在下表中列出，表明钪离子的化学性质与钇离子的共同点多于与铝离子的共同点。部分由于这种相似性，钪通常被归类为类镧系元素。
氧化物和氢氧化物
钪的氧化物Sc2O3和氢氧化物 Sc(OH)3 都是两性的：[13]
- Sc(OH)3 + 3 OH− → [Sc(OH)6]3−（钪酸根）
- Sc(OH)3 + 3 H+ + 3 H2O → [Sc(H2O)6]3+
α- 和γ-ScOOH 的结构类似碱式氧化铝。[14]Sc3+ 的水溶液由于水解呈酸性。
卤化物
钪的卤化物 ScX3在 X= Cl、Br或I时，它们极易溶于水，但ScF3不溶于水。在这四种卤化物中，钪都是六配位的。这些卤化物都是路易斯酸：举个例子，ScF3 在有过量氟离子的溶液里会形成 [ScF6]3−。
有机钪化合物
钪与环戊二烯基配体 (Cp) 形成一系列有机金属化合物，这类似于镧系元素。一个例子是含氯桥键的 [ScCp2Cl]2，以及相关的五甲基环戊二烯基配位化合物。[15]
不寻常氧化态
除+3以外的氧化态的钪化合物很少见，但已得到很好的表征。蓝黑色的 CsScCl3 是其中最简单的。它的材料采用片状结构，在钪(II)中心之间表现出广泛的结合。[16]氢化钪的性质不太清楚，尽管它似乎不是Sc(II)的氢化物。[1]正如对大多数元素所观察到的那样，双原子的一氢化钪已在高温气相下通过光谱观察到。[2]钪的硼化物和碳化物是非整比化合物，这是它的相邻元素的典型特征。[17]
在有机钪化合物中也观察到较低的氧化态 (+2、+1、0)。[18][19][20][21]
历史
1869年，门捷列夫曾预测一种称为“类硼”的未发现元素。1879年拉斯·弗雷德里克·尼尔森和他的团队从黑稀金矿（euxenite）和硅铍钇矿（gadolinite）中通过光谱分析发现这个新的元素。尼尔森制备了2克的高纯度氧化钪。[22][23]他把这新元素命名为“Scandium”，源自拉丁文“Scandia”（斯堪的纳维亚半岛）。1937年，钪单质首次从钾、锂和氯化钪的共晶混合物于700–800 °C电解出来。[24]
生产
全球产量约每年15吨（三氧化二钪化合物），需求比供应量高50%。每年供需均在增长。
应用
钪用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。
金属化物灯，寿命长，消耗电力少，用作运动场照明灯和高级车的车灯。
健康与安全
钪元素被认为无毒，尽管人们尚未对钪化合物进行广泛的动物试验。[26]氯化钪的半数致死量已被确定为4克/千克（口服）和755毫克/千克（腹腔注射）。[27]从这些结果看来，钪化合物应处理为中度毒性化合物。
参见
参考文献
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外部链接
- 元素钪在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介绍（英文）
- EnvironmentalChemistry.com —— 钪（英文）
- 元素钪在The Periodic Table of Videos（诺丁汉大学）的介绍（英文）
- 元素钪在Peter van der Krogt elements site的介绍（英文）
- WebElements.com – 钪（英文）