Сегодняшняя статья будет посвящена химическому элементу, в ядре которого двадцать один протон. Этот элемент гораздо менее известен, чем предыдущий наш герой – водород. Поскольку встречается в природе он гораздо реже. Имя этого элемента – скандий. Он имеет только один стабильный изотоп – скандий-45.
Самое интересное, что можно сразу же навскидку вспомнить о скандии, это ту роль, которую он сыграл в создании периодической таблицы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Случилось это во второй половине XIX века. Как вы, возможно, знаете, друзья мои, Дмитрий Иванович составил таблицу, в которой он классифицировал все известные на тот момент элементы с учётом некоторых простых правил. Элементы в этой таблице были упорядочены в соответствии с их атомной массой. От самого лёгкого (водорода) и так далее.
Однако такой подход давал сбои.
Умница Менделеев
Конечно же, протоны и электронные оболочки в то время ещё не были открыты, поэтому классифицировать десятки известных химических элементов было крайне непросто. Когда элементы сортировались от лёгких к тяжёлым, их характеристики не всегда следовали фиксированным или предсказанным правилам. Было, например, очевидно, что в основном свойства химических элементов примерно повторяются через каждые восемь из них. Однако это работало не всегда.
Вот здесь и проявил себя гениальный мозг Менделеева. Учёный предложил немного усовершенствовать подход к систематизации химических элементов. За что его даже поначалу высмеивали.
Дмитрий Иванович заметил, что иногда элементы переставали повторять свои свойства не после восьми позиций, а после семи. И тогда он предположил следующее: элементы действительно повторяют свои свойства через каждые восемь позиций. И проблема не в элементах, а в нашем высокомерии: мы считаем, что все химические элементы уже обнаружены. Ну а если это не так? Если мы оставим пустыми те места, где должен быть элемент, а все последующие передвинем на одну позицию вперёд? Хм. Теперь-то свойства повторяются как надо! Остались пробелы, конечно. Но будем думать!
Предсказанный скандий
Менделеев с кажущимся высокомерием, возмутившим многих его современников, не только предсказал, где находятся «дыры». А в зависимости от их расположения ещё и рассказал всему научному миру, какими свойствами будут обладать пока еще неизвестные элементы. Например, под бором гениальный русский учёный оставил «дыру» и заявил, что в эту «дыру» однажды войдёт еще не открытый элемент, который он назвал экабор (эка на санскрите означает «один», то есть неоткрытый элемент был чем-то вроде бор-один). По свойствам окружающих элементов в своей таблице Менделеев предсказал в 1869 году свойства экабора, от его температуры плавления и кипения до атомной массы, которую он должен иметь.
Как уже было сказано выше, поначалу позиция Менделеева некоторых возмущала. Однако, к счастью для него (поскольку во многих случаях такие пионеры науки, как он, умирают до того, как их предсказания сбываются), через несколько лет стали открываться новые элементы, которые в точности соответствовали тем «дыркам», что оставил для них старый добрый Дмитрий Иванович.
Всего через десять лет после публикации предполагаемых свойств экабора, в 1879 году, швед Ларс Фредрик Нильсон открыл новый элемент в двух скандинавских минералах, эвксените и гадолините. Нильсону удалось получить два грамма оксида этого нового элемента. И с их помощью он определил фундаментальные свойства того, что он назвал скандием. От названия региона Европы Скандинавия.
Когда другой шведский химик, Пер Теодор Клеве изучил свойства скандия, он обнаружил, что они почти полностью совпадают со свойствами экабора Менделеева. Пробел был заполнен!
И внешний вид нового элемента, и его свойства были явно металлическими (как и предсказывал Менделеев).
Итак, что же это за зверь такой, этот скандий?
Металл как металл. Ничего особенного
Как и многие другие металлы, скандий довольно легко окисляется. Поэтому увидеть его в чистом виде на Земле невозможно.
Скандий в течение многих лет считался одним из редкоземельных элементов, наряду с другими элементами с большим количеством протонов. Эта номенклатура в настоящее время устарела, поскольку многие из элементов, называемых «редкоземельными», оказались не настолько редки, как можно было бы предположить из их названия. Сегодня скандий классифицируется как один из переходных металлов. Эта большая группа элементов находится в «середине» периодической таблицы.
Не вызывает сомнений то, что скандий трудно найти. Только в 1960 году были получены первые полкилограмма металлического скандия с чистотой 99%. Этого металла не так уж и много на нашей планете: он занимает 50-е место по распространённости на Земле и 35-е место в земной коре.
Ещё одна проблема заключается в том, что он очень сильно рассеян. Скандий содержится во многих различных минералах, но в ничтожных концентрациях. Настолько малых, что извлечь его из них на практике нереально. По крайней мере заработать на этом деньги не получится. Только очень немногие породы содержат скандий в высоких концентрациях.
Мировое производство скандия составляет всего несколько десятков тонн в год. Цена металла составляет около 10 долларов за грамм. В мире есть всего несколько рудников, которые добывают скандий, и они не являются скандийными рудниками как таковыми. Оксид скандия является в большинстве случаев побочным продуктом при разработке других горных пород.
Редкий и ненужный
Несмотря на то, что скандия на Земле мало, это не особо дефицитный, но тем не менее достаточно полезный металл. Когда он есть. При этом ни по одному из своих свойств он ничем не выделяется среди других металлов. Поэтому его значение в промышленности и сельском хозяйстве очень невелико. И если бы скандий одним прекрасным утром исчез, мы, наверное, этого даже и не заметили бы.
Отсюда одна из причин, по которой эта статья не имеет большого объёма. Скандий – это не какой-нибудь особый и незаменимый металл по своим свойствам. И при этом он не настолько распространён, чтобы его активно применять. По поводу скандия фактически даже нет подробных токсикологических исследований. Потому что его используется так мало, что релевантность результатов будет крайне мала. Да и кто и при каких условиях будет подвергаться воздействию большого количества скандия в повседневной жизни?
Подавляющее большинство скандия, используемого в мире, идёт на его сплав с алюминием. Алюминиево-скандийные сплавы, в которых содержится ничтожное количество второго - порядка 0,3%, лучше ведут себя при сварке и более прочны, чем чистый алюминий. Однако при этом они такие же лёгкие, как последний. Однако даже здесь скандий не такой уж и особенный. Поскольку для этих же целей используются другие металлы с аналогичными функциями, легирующие алюминий, такие как титан, например. Который дешевле и более распространён в природе, чем скандий.
Всем добра!
Интересуетесь металлами? Вы можете найти прекрасную книгу про металлы по этой ссылке.
«Реклама». ООО Яндекс, ИНН 7736207543