2. 2. Физические и химические свойства

Скандий – первый элемент, у которого достраивается не внешний уровень, а предшествующий внутренний подуровень. Его электронная конфигурация [Ar]3d¹4s². Это аналог алюминия, но проявляет более основные свойства.

Чистый Scобладает серебристым блеском, на воздухе тускнеет, сравнительно мягок, хорошо обрабатывается. Содержание 1–2% примесей делает металл твердым и хрупким. Имеет гексагональную плотноупакованную решетку (параметры: а = 0,3309 нм, с = 0,5273 нм), плотность 2,9 г/см³. При 1450˚С претерпевает полиморфное превращение. В вакууме (10^-3мм рт. ст.) при 1400–1450˚С возгоняется. Это свойство используется для получения металла высокой чистоты. Температура плавления скандия 1539˚С, температура кипения 2630˚С. Физические и химические свойства сильно зависят от чистоты скандия. Этим объясняется большое расхождение основных физических констант (t_пл.,t_кип.и плотности) в опубликованных работах. Многие физические свойства скандия до сих пор недостаточно изучены в связи с большой трудностью получения чистого металла.

Для скандия характерна высокая химическая активность. Подобно РЗЭ он непосредственно реагирует с O,S,C,N, галогенами. На воздухе поверхность металла покрывается защитной пленкой оксида, которая препятствует дальнейшему окислению. С азотом реагирует выше 500˚С, образуяScN. При нагревании реагирует с галогенами, образуя тригалогениды. При сплавлении с серой, селеном и теллуром образует соответственноSc₂S₃,Sc₂Se₃,Sc₂Te₃иScTe.

При нагревании в атмосфере водорода получается гидрид ScH₂. Образует также карбиды, бориды, силициды, арсениды. Взаимодействие с различными металлами изучено мало. Сплавы с магнием, алюминием, титаном обладают ценными свойствами, которые используются в промышленности.

При нагревании Scвытесняет водород из воды, легко растворяется в минеральных кислотах, медленно взаимодействует с концентрированным растворомNaOH.

Основные свойства у Scвыражены слабее, чем у РЗЭ. Поскольку радиус ионаSc³⁺(0,083 нм) меньше, чем радиус ионаY³⁺(0,097 нм) и большинства трехзарядных ионов РЗЭ (табл. 3. 2), то в соединенияхScболее ярко выражена тенденция к гидролизу, чем в аналогичных соединениях РЗЭ.

Скандий склонен образовывать двойные комплексные соединения в большей мере, чем РЗЭ.

2. 3. Кислородсодержащие соединения

Оксид Sc₂О₃получают путем прокаливания гидроксида, карбоната, оксалата, сульфата, нитрата скандия. Это белый, тонкий, тугоплавкий порошок (t_пл.= 2470˚С), плотность 3,864 г/см³, нерастворим в воде, плохо растворяется в холодных разбавленных кислотах, хорошо – в концентрированных. В рядуSc–Y–Laхимическая активность повышается. Теплота образования оксида также повышается отScкLa(кДж/г-экв): 284,7 –Sc₂O₃, 305,64 –Y₂O₃, 318,2 –La₂O₃. Оксид скандия проявляет амфотерность, образуя с оксидами щелочных металлов скандиаты –LiScO₂,NaScO₂, а с оксидами железа, алюминия, циркония соединения –ScFeO₃,ScAlO₃,Sc₂ZrO₅.

Гидроксид Sc(OH)₃– амфотерное соединение. Образуется в виде белого студенистого осадка действием растворов аммиака или умеренно концентрированных растворовNaOHна растворы солей скандия в широком интервале рН. На полноту осаждения не влияет присутствие в растворе значительных количеств солей аммония и избыток осадителя; величина рН начала осаждения – приблизительно 4,8–4,9. При осаждении сначала образуются малорастворимые основные соли, которые при увеличении концентрации ОНˉ превращаются вSc(OH)₃. Величина рН образования и состав основных солей зависят от природы аниона (прочности связиSc– анион).

Гидроксид скандия слабо растворим в воде (5∙10^-7моль/л), хорошо – в разбавленных кислотах (образуя соли) и значительно хуже в концентрированных растворах щелочей, образуя скандиаты и в растворах карбонатов аммония и щелочных металлов (с образованиемNH₄Sc(CO₃)₂·nH₂Oи основных карбонатов скандия переменного состава). Кислотная диссоциация гидратированного иона скандия может быть представлена схемой

[Sc(H₂O)₆]³⁺+H₂O↔ [Sc(H₂O)₅OH]²⁺+H₃O⁺.

Гидроксид скандия по ряду свойств отличается от других гидроксидов. Например, он осаждается при более низких значениях рН, чем гидроксиды РЗЭ (рН ≥ 6,3), и более высоких, чем гидроксиды Zr,Th,Ti(рН = 1–3), что облегчает отделениеScот других элементов. При нагреванииSc(OH)₃до 200–260˚С он разлагается домоногидроксидаScO(OH), который при 310–380˚С переходит вSc₂O₃. Моногидроксид скандия (ScO(OH)) легко растворяется в концентрированном раствореNaOH; из полученного раствора кристаллизуетсяNa₃[Sc(OH)₆]·2H₂O.