钪

鈧（拼音：kàng，注音：ㄎㄤˋ；英語：Scandium；源于斯堪地那維亞半島；拉丁語：scandia），是一種化學元素，化學符號为Sc，原子序數为21，原子量為7001449559080000000♠44.955908 u，是一種柔軟、銀白色的過渡性金屬。它常跟釔、鑭系元素等稀土金屬 ^[4]混合存在。鈧是在1879年由拉爾斯·弗雷德里克·尼爾松的團隊，在斯堪地那維亞半島的黑稀金礦（英语：euxenite）（euxenite）和矽鈹釔礦（英语：gadolinite）（gadolinite）中，使用光譜分析發現的元素。

钪   ₂₁Sc

氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） - ↑ 钪 ↓ 钇 钙 ← 钪 → 钛
外觀
银白色固态金属
概況
名稱·符號·序數	钪（Scandium）·Sc·21
元素類別	过渡金属
族·週期·區	3 ·4·d
標準原子質量	44.955908（5）
电子排布	[Ar] 3d^1 4s^2 2，8，9，2
歷史
預測	德米特里·门捷列夫（1871年）
發現	拉斯·弗雷德里克·尼尔森（1879年）
分離	拉斯·弗雷德里克·尼尔森
物理性質
物態	固态
密度	（接近室温） 2.985 g·cm^−3
熔点	1814 K，1541 °C，2906 °F
沸點	3109 K，2836 °C，5136 °F
熔化热	14.1 kJ·mol^−1
汽化热	332.7 kJ·mol^−1
比熱容	25.52 J·mol^−1·K^−1
蒸氣壓 壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 溫/K 1645 1804 （2006） （2266） （2613） （3101）
原子性質
氧化态	+3,+2^[1],+1^[2],0^[3] （两性）
电离能	第一：633.1 kJ·mol^−1 第二：1235.0 kJ·mol^−1 第三：2388.6 kJ·mol^−1 （更多）
原子半径	162 pm
共价半径	170±7 pm
范德华半径	211 pm
雜項
晶体结构	六方密堆积
磁序	顺磁性
电阻率	(α,poly)（预测）（25 ℃）562 n Ω·m
熱導率	15.8 W·m^−1·K^−1
热膨胀系数	(α,poly)（25 ℃）10.2 µm/(m·K)
杨氏模量	74.4 GPa
剪切模量	29.1 GPa
体积模量	56.6 GPa
泊松比	0.279
布氏硬度	750 MPa
CAS号	7440-20-2
最穩定同位素
主条目：钪的同位素 同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變 方式 能量（MeV） 產物 ^45Sc 100% 穩定，帶24個中子 ^46Sc 痕量 83.79 天 β^− 0.3569 ^46Ti γ 0.889，1.120 - ^47Sc 痕量 3.3492 天 β^− 0.44，0.60 ^47Ti γ 0.159 - ^48Sc 痕量 43.67 时 β^− 0.661 ^48Ti γ 0.9，1.3，1.0 -

鈧存在於大多數稀土礦和鈾化合物的沉積物中，但它僅可以從全球某些礦場的礦石萃取，由於鈧不易取得及製備困難，所以直到1937年才首次取得，而它的應用直到1970年代才被研發出來。在1970年代人們發現鈧對於鋁合金具有增益效果，此應用目前仍是其主要用途，氧化鈧的全球貿易量約為每年15~20噸。^[5]

鈧化合物的性質介於鋁和釔之間。鈧和鎂之間也存在著對角線規則，就像鈹和鋁的關係。鈧是3族元素，就像其他第三族的元素，鈧的主要氧化數為+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（${\displaystyle {\ce {HNO3}}}$ ）和氢氟酸（${\displaystyle {\ce {HF}}}$ ）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

主条目：钪的同位素

鈧共有37個同位素，其中只有一种同位素(${\displaystyle {\ce {^45Sc}}}$ )是穩定的。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（英语：thortveitite）、黑稀金矿（英语：euxenite）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

主条目：钪化合物

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。

离子半径 (pm)

Al	Sc	Y	La	Lu
53.5	74.5	90.0	103.2	86.1

氧化物和氢氧化物

钪的氧化物Sc
2O
3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 H
2O → [Sc(H
2O)
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 ScX
3在 X= Cl、Br或I时，它们极易溶于水，但ScF
3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，ScF
3 在有过量氟离子的溶液里会形成 [ScF
6]³⁻。

有机钪化合物

主条目：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 [ScCp
2Cl]
2，以及相关的五甲基环戊二烯基配合物。^[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 CsScCl
3 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克的高纯度氧化鈧。^[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。

價格

根據美國地質調查局的報告顯示，從2015年至2019年的美國，少量鈧錠的價格為每克107至134美元，而氧化鈧的價格為每克4至5美元。^[25]

应用

 

米格-29部分由钪铝合金制成。^[26]

钪用来制特种玻璃、轻质耐高温合金。

金屬鹵化物燈，壽命長，消耗電力少，用作運動場照明燈和高級車的車燈。

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。^[27]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（英语：Intraperitoneal injection））。^[28]从这些结果看来，钪化合物应处理为中度毒性化合物。

参见

• 稀土元素

参考文献

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    5Me
    4)SiMe
    2(η¹−NCMe
    3)}(PMe
    3)Sc(μ²−H)]
    2 and [{(η⁵−C
    5Me
    4)SiMe
    2(η¹−NCMe
    3)}Sc(μ¹−CH
    2CH
    2CH
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外部連結

• 元素钪在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 钪（英文）
• 元素钪在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
• 元素钪在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
• WebElements.com – 钪（英文）