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钪（拼音：kàng，注音：ㄎㄤˋ，粤拼：kong3；英语：Scandium；源于斯堪的纳维亚半岛拉丁语：scandia），是一种化学元素，其化学符号为Sc，原子序数为21，原子量为44.955908 u，是一种柔软、银白色的过渡性金属。它常跟钇、镧系元素等稀土金属 ^[4]混合存在。钪是在1879年由拉尔斯·弗雷德里克·尼尔松的团队，在斯堪的纳维亚半岛的黑稀金矿（英语：euxenite）（euxenite）和硅铍钇矿（英语：gadolinite）（gadolinite）中，使用光谱分析发现的元素。

钪 ₂₁Sc

氢（非金属）

氦（惰性气体）

锂（碱金属）

铍（碱土金属）

硼（类金属）

碳（非金属）

氮（非金属）

氧（非金属）

氟（卤素）

氖（惰性气体）

钠（碱金属）

镁（碱土金属）

铝（贫金属）

硅（类金属）

磷（非金属）

硫（非金属）

氯（卤素）

氩（惰性气体）

钾（碱金属）

钙（碱土金属）

钪（过渡金属）

钛（过渡金属）

钒（过渡金属）

铬（过渡金属）

锰（过渡金属）

铁（过渡金属）

钴（过渡金属）

镍（过渡金属）

铜（过渡金属）

锌（过渡金属）

镓（贫金属）

锗（类金属）

砷（类金属）

硒（非金属）

溴（卤素）

氪（惰性气体）

铷（碱金属）

锶（碱土金属）

钇（过渡金属）

锆（过渡金属）

铌（过渡金属）

钼（过渡金属）

锝（过渡金属）

钌（过渡金属）

铑（过渡金属）

钯（过渡金属）

银（过渡金属）

镉（过渡金属）

铟（贫金属）

锡（贫金属）

锑（类金属）

碲（类金属）

碘（卤素）

氙（惰性气体）

铯（碱金属）

钡（碱土金属）

镧（镧系元素）

铈（镧系元素）

镨（镧系元素）

钕（镧系元素）

钷（镧系元素）

钐（镧系元素）

铕（镧系元素）

钆（镧系元素）

铽（镧系元素）

镝（镧系元素）

钬（镧系元素）

铒（镧系元素）

铥（镧系元素）

镱（镧系元素）

镥（镧系元素）

铪（过渡金属）

钽（过渡金属）

钨（过渡金属）

铼（过渡金属）

锇（过渡金属）

铱（过渡金属）

铂（过渡金属）

金（过渡金属）

汞（过渡金属）

铊（贫金属）

铅（贫金属）

铋（贫金属）

钋（贫金属）

砹（类金属）

氡（惰性气体）

钫（碱金属）

镭（碱土金属）

锕（锕系元素）

钍（锕系元素）

镤（锕系元素）

铀（锕系元素）

镎（锕系元素）

钚（锕系元素）

镅（锕系元素）

锔（锕系元素）

锫（锕系元素）

锎（锕系元素）

锿（锕系元素）

镄（锕系元素）

钔（锕系元素）

锘（锕系元素）

铹（锕系元素）

𬬻（过渡金属）

𬭊（过渡金属）

𬭳（过渡金属）

𬭛（过渡金属）

𬭶（过渡金属）

鿏（预测为过渡金属）

𫟼（预测为过渡金属）

𬬭（预测为过渡金属）

鿔（过渡金属）

鿭（预测为贫金属）

𫓧（贫金属）

镆（预测为贫金属）

𫟷（预测为贫金属）

鿬（预测为卤素）

鿫（预测为惰性气体）

-
↑
钪
↓
钇

钙 ← 钪 → 钛

外观

银白色固态金属

概况

名称·符号·序数

钪（Scandium）·Sc·21

元素类别

过渡金属

族·周期·区

3 ·4·d

标准原子质量

44.955908（5）

电子排布

[氩] 3d¹ 4s²
2，8，9，2

历史

预测

德米特里·门捷列夫（1871年）

发现

拉斯·弗雷德里克·尼尔森（1879年）

分离

拉斯·弗雷德里克·尼尔森

物理性质

物态

固态

密度

（接近室温）
2.985 g·cm⁻³

熔点

1814 K，1541 °C，2906 °F

沸点

3109 K，2836 °C，5136 °F

熔化热

14.1 kJ·mol⁻¹

汽化热

332.7 kJ·mol⁻¹

比热容

25.52 J·mol⁻¹·K⁻¹

蒸气压

压/Pa	1	10	100	1 k	10 k	100 k
温/K	1645	1804	（2006）	（2266）	（2613）	（3101）

原子性质

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

杂项

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

热导率

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

最稳定同位素

主条目：钪的同位素

同位素	丰度	半衰期 (t_1/2)	衰变
同位素	丰度	半衰期 (t_1/2)	方式	能量（MeV）	产物
⁴⁵Sc	100%	稳定，带24个中子
⁴⁶Sc	痕量	83.79 天	β⁻	0.3569	⁴⁶Ti
⁴⁶Sc	痕量	83.79 天	γ	0.889，1.120	-
⁴⁷Sc	痕量	3.3492 天	β⁻	0.44，0.60	⁴⁷Ti
⁴⁷Sc	痕量	3.3492 天	γ	0.159	-
⁴⁸Sc	痕量	43.67 时	β⁻	0.661	⁴⁸Ti
⁴⁸Sc	痕量	43.67 时	γ	0.9，1.3，1.0	-

钪存在于大多数稀土矿和铀化合物的沉积物中，但它仅可以从全球某些矿场的矿石萃取，由于钪不易取得及制备困难，所以直到1937年才首次取得，而它的应用直到1970年代才被研发出来。在1970年代人们发现钪对于铝合金具有增益效果，此应用目前仍是其主要用途，氧化钪的全球贸易量约为每年15~20吨。^[5]

钪化合物的性质介于铝和钇之间。钪和镁之间也存在着对角线规则，就像铍和铝的关系。钪是3族元素，就像其他第三族的元素，钪的主要氧化数为+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（ ${\ce {HNO3}}$ ）和氢氟酸（ ${\ce {HF}}$ ）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

钪共有37个同位素，其中只有一种同位素( ${\ce {^45Sc}}$ )是稳定的。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

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。

氧化物和氢氧化物

钪的氧化物Sc₂O₃和氢氧化物 Sc(OH)₃ 都是两性的：^[13]

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 ScX₃在 X= Cl、Br或I时，它们极易溶于水，但ScF₃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，ScF₃ 在有过量氟离子的溶液里会形成 [ScF₆]³⁻。

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 [ScCp₂Cl]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 CsScCl₃ 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克的高纯度氧化钪。^[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。

价格

根据美国地质调查局的报告显示，从2015年至2019年的美国，少量钪锭的价格为每克107至134美元，而氧化钪的价格为每克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。

金属化物灯，寿命长，消耗电力少，用作运动场照明灯和高级车的车灯。

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

主题
访问相关主题

化学主题

参考文献

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外部链接

元素钪在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介绍（英文）
EnvironmentalChemistry.com —— 钪（英文）
元素钪在The Periodic Table of Videos（诺丁汉大学）的介绍（英文）
元素钪在Peter van der Krogt elements site的介绍（英文）
WebElements.com – 钪（英文）