钪

理化性质

物理性质

化学性质

英文名：Scandium

CAS号：7440-20-2

电离性质

电离能

第一电离能

633.1 kJ/mol

第二电离能

1235.0 kJ/mol

第三电离能

2388.6 kJ/mol

第四电离能

7090.6 kJ/mol

第五电离能

8843 kJ/mol

第六电离能

10679 kJ/mol

第七电离能

13310 kJ/mol

第八电离能

15250 kJ/mol

第九电离能

17370 kJ/mol

第十电离能

21726 kJ/mol

化合物

钪土Sc2O3，其比重3.86，碱性强于氧化铝，弱于氧化钇和氧化镁，与氯化铵不反应。

盐类无色，与氢氧化钾和碳酸钠形成胶体沉淀，各种盐类均难以完好结晶。钪盐无色，与氢氧化钾和碳酸钠形成胶体沉淀，硫酸盐极难结晶。

碳酸盐不溶于水，可能形成碱式碳酸盐沉淀。碳酸钪不溶于水，并容易脱掉二氧化碳。

硫酸复盐可能不形成矾。 钪的硫酸复盐不成矾。

无水氯化物ScCl3挥发性低于氯化铝，比氯化镁更容易水解。 ScCl3升华温度850℃，AlCl3则为100℃，在水溶液中水解。

发现简史

，也就相当于每一吨地壳物质里面有5克，比其他轻元素相比要低不少。另外呢，稀土元素分离非常困难，这样一来，想从混生的矿藏中找到钪，其实并不容易。不过虽然一直没被发现，这个元素的存在却已经有人作出过预言。在门捷列夫1869年给出的第一版元素周期表中，就赫然在钙的后面留有一个原子量45的空位。后来门捷列夫将钙之后的元素暂时命名为类硼（Eka-Boron），并给出了这个元素的一些物理化学性质。

发现历程

十九世纪晚期，对稀土元素的研究成为一股热潮。在钪发现之前一年，瑞士的马利纳克（de Marignac）从玫瑰红色的铒土中，通过局部分解硝酸盐的方式，得到了一种不同于铒土的白色氧化物，他将这种氧化物命名为镱土，这就是稀土元素发现里面的第六名。瑞典乌普萨拉大学的尼尔森（L.F.Nilson,1840~1899）按照马利纳克的方法将铒土提纯，并精确测量铒和镱的原子量（因为他这个时候正在专注于精确测量稀土元素的物理与化学常数以期对元素周期律作出验证）。当他经过13次局部分解之后，得到了3.5g纯净的镱土。但是这时候奇怪的事情发生了，马利纳克给出的镱的原子量是172.5，而尼尔森得到的则只有167.46。尼尔森敏锐地意识到这里面有可能是什么轻质的元素。于是他将得到的镱土又用相同的流程继续处理，最后当只剩下十分之一样品的时候，测得的原子量更是掉到了134.75；同时光谱中还发现了一些新的吸收线。尼尔森用他的故乡斯堪的纳维亚半岛给钪命名为Scandium。1879年，他正式公布了自己的研究结果，在他的论文中，还提到了钪盐和钪土的很多化学性质。不过在这篇论文中，他没有能给出钪的精确原子量，也还不确定钪在元素周期中的位置。

尼尔森的好友，也是同在乌普萨拉大学任教的克利夫（P.T.Cleve,1840~1905）也在一起做这个工作。他从铒土出发，将铒土作为大量组分排除掉，再分出镱土和钪土之后，又从剩余物中找到了钬和铥这两个新的稀土元素。做为副产物，他提纯了钪土，并进一步了解了钪的物理和化学性质。这样一来，门捷列夫放出的漂流瓶沉睡了十年之后，终于被克利夫捞了起来。

而钪金属在1937年才由电解熔化的氯化钪生产出来。

相关人物

提取保存

获得了纯净的钪的化合物之后，将其转化为ScCl3，与KCl、LiCl共熔，用熔融的锌作为阴极进行电解，使钪就会在锌极上析出，然后将锌蒸去可以得到金属钪。

同位素

符号

质子

中子

质量

半衰期

核自旋

激发能量

36Sc

21

15

36.01492(54)#

37Sc

21

16

37.00305(32)#

7/2-#

38Sc

21

17

37.99470(32)#

<300 ns

(2-)#

39Sc

21

18

38.984790(26)

<300 ns

(7/2-)#

40Sc

21

19

39.977967(3)

182.3(7) ms

4-

41Sc

21

20

40.96925113(24)

596.3(17) ms

7/2-

42Sc

21

21

41.96551643(29)

681.3(7) ms

0+

43Sc

21

22

42.9611507(20)

3.891(12) h

7/2-

44Sc

21

23

43.9594028(19)

3.97(4) h

2+

45Sc

21

24

44.9559119(9)

稳定

7/2-

46Sc

21

25

45.9551719(9)

83.79(4) d

4+

47Sc

21

26

46.9524075(22)

3.3492(6) d

7/2-

48Sc

21

27

47.952231(6)

43.67(9) h

6+

49Sc

21

28

48.950024(4)

57.2(2) min

7/2-

50Sc

21

29

49.952188(17)

102.5(5) s

5+

51Sc

21

30

50.953603(22)

12.4(1) s

(7/2)-

52Sc

21

31

51.95668(21)

8.2(2) s

3(+)

53Sc

21

32

52.95961(32)#

>3 s

(7/2-)#

54Sc

21

33

53.96326(40)

260(30) ms

3+#

55Sc

21

34

54.96824(79)

0.115(15) s

7/2-#

56Sc

21

35

55.97287(75)#

35(5) ms

(1+)

57Sc

21

36

56.97779(75)#

13(4) ms

7/2-#

58Sc

21

37

57.98371(86)#

12(5) ms

(3+)#

59Sc

21

38

58.98922(97)#

10# ms

7/2-#

60Sc

21

39

59.99571(97)#

3# ms

3+#

应用领域

照明行业

合金工业

单质形式的钪，已经被大量应用于铝合金的掺杂。在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相，对铝合金起变质作用，使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%~0.4%的Sc（这个比例也真的和家里炒菜放盐的比例差不多，只需要那么一点）可使合金的再结晶温度提高150~200℃，且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。高强高韧铝合金、新型高强耐蚀可焊铝合金、新型高温铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等，在航天、航空、舰船、核反应堆以及轻型汽车和高速列车等方面具有非常诱人的开发前景。

陶瓷材料

单质的钪一般应用于合金，而钪的氧化物也是物以类聚地在陶瓷材料上面起到了重要的作用。像可以用作固体氧化物燃料电池电极材料的四方相氧化锆陶瓷材料有一种很特别的性质，在这种电解质的电导会随着温度和环境中氧的浓度增高而增大。但是这种陶瓷材料的晶体结构本身不能稳定存在，不具有工业价值；必须要在其中掺杂一些能够将这种结构固定下来的物质才能够保持原有的性质。掺入6~10%的氧化钪就好像混凝土结构一样，让氧化锆能够稳定在四方形的晶格上。

还有像高强度，耐高温的工程陶瓷材料氮化硅做增密剂和稳定剂。

氧化钪作为增密剂，可以在细小颗粒的边缘生成难熔相Sc2Si2O7，从而减小工程陶瓷的高温变形性，与添加其它氧化物相比能更好改善氮化硅的高温机械性能。

催化化学

核能工业

在高温反应堆核燃料中UO2加入少量Sc2O3可避免因UO2向U3O8转化发生的晶格转变、体积增大和出现裂纹。

燃料电池

同样，在镍碱电池中加入2.5%~25%的钪，会增加使用寿命。

农业育种

人体危害