stringtranslate.com

Оксид скандия

Оксид скандия (III) или скандия — неорганическое соединение с формулой Sc 2 O 3 . Это один из нескольких оксидов редкоземельных элементов с высокой температурой плавления . Он используется при получении других соединений скандия , а также в высокотемпературных системах (из-за его устойчивости к нагреванию и тепловому удару ), электронной керамике и стекольной композиции (как вспомогательный материал).

Структура и физические свойства

Оксид скандия (III) имеет кубическую кристаллическую структуру ( точечная группа : тетраэдрическая (T h ), пространственная группа : Ia 3 ), содержащую 6-координированные металлические центры. [2] Порошковый дифракционный анализ показывает расстояния связей Sc−O 2,159–2,071 Å. [1]

Оксид скандия является изолятором с шириной запрещенной зоны 6,0 эВ. [3]

Производство

Оксид скандия является основной формой очищенного скандия , производимого горнодобывающей промышленностью. Руды, богатые скандием, такие как тортвейтит (Sc,Y) 2 ( Si2O7 ) и кольбекит ScPO4 · 2H2O , редки, однако следовые количества скандия присутствуют во многих других минералах . Поэтому оксид скандия в основном производится как побочный продукт при извлечении других элементов.

Реакции

Оксид скандия является основной формой очищенного скандия, производимого горнодобывающей промышленностью, что делает его отправной точкой для всей химии скандия.

Оксид скандия реагирует с большинством кислот при нагревании, образуя ожидаемый гидратированный продукт. Например, нагревание в избытке водного раствора HCl дает гидратированный ScCl 3 · n H 2 O . Его можно обезвожить путем выпаривания досуха в присутствии NH 4 Cl , а затем смесь очищают путем удаления NH 4 Cl путем сублимации при 300-500 °C. [4] Присутствие NH 4 Cl является обязательным, так как в противном случае гидратированный ScCl 3 · n H 2 O при высыхании образует смешанный оксихлорид .

Sc2O3 + 6HCl + xH2O → 2ScCl3 · nH2O + 3H2O​​​​​​​​
ScCl 3 · n H 2 O + n NH 4 Cl → ScCl 3 + n H 2 O + n NH 4 Cl

Аналогично, он превращается в гидратированный трифлат скандия(III) (Sc(OTf) 3 · nH2O ) в результате реакции с трифторметансульфоновой кислотой . [5]

Металлический скандий производится в промышленности путем восстановления оксида скандия; это происходит путем преобразования во фторид скандия с последующим восстановлением металлическим кальцием . Этот процесс в некотором роде похож на процесс Кролла для производства металлического титана .

Оксид скандия образует скандатные соли со щелочами, в отличие от своих высших гомологов оксида иттрия и оксида лантана (но подобно оксиду лютеция ), например, образуя K 3 Sc(OH) 6 с KOH. В этом оксид скандия проявляет большее сходство с оксидом алюминия .

Естественное явление

Природный скандий, хотя и нечистый, встречается в виде минерала кангита . [6]

Ссылки

  1. ^ ab Knop, Osvald; Hartley, Jean M. (15 апреля 1968 г.). «Уточнение кристаллической структуры оксида скандия». Canadian Journal of Chemistry . 46 (8): 1446–1450. doi :10.1139/v68-236.
  2. ^ Уэллс А.Ф. (1984) Структурная неорганическая химия 5-е издание Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6 
  3. ^ Эмелин, А.В.; Катаева, Г.В.; Рябчук, В.К.; Серпоне, Н. (1 октября 1999 г.). «Фотостимулированная генерация дефектов и поверхностные реакции в ряде широкозонных металлических оксидных твердых тел». Журнал физической химии B. 103 ( 43): 9190–9199. doi :10.1021/jp990664z.
  4. ^ Stotz, Robert W.; Melson, Gordon A. (1 июля 1972 г.). «Получение и механизм образования безводного хлорида и бромида скандия(III)». Неорганическая химия . 11 (7): 1720–1721. doi :10.1021/ic50113a058.
  5. ^ МакКлеверти, JA и Мейер, TJ, Comprehensive Coordination Chemistry II , 2003, Elsevier Science, ISBN 0-08-043748-6 , том 3, стр. 99 ["Кипячение оксида скандия с трифторметансульфоновой кислотой приводит к выделению гидратированного трифлата скандия"] 
  6. ^ Миндат, http://www.mindat.org/min-42879.html.