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스칸듐

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스칸듐(21Sc)
개요
영어명Scandium
주기율표 정보
수소헬륨
리튬베릴륨붕소탄소질소산소플루오린네온
나트륨마그네슘알루미늄규소염소아르곤
칼륨칼슘스칸듐타이타늄바나듐크로뮴망가니즈코발트니켈구리아연갈륨저마늄비소셀레늄브로민크립톤
루비듐스트론튬이트륨지르코늄나이오븀몰리브데넘테크네튬루테늄로듐팔라듐카드뮴인듐주석안티모니텔루륨아이오딘제논
세슘바륨란타넘세륨프라세오디뮴네오디뮴프로메튬사마륨유로퓸가돌리늄터븀디스프로슘홀뮴어븀툴륨이터븀루테튬하프늄탄탈럼텅스텐레늄오스뮴이리듐백금수은탈륨비스무트폴로늄아스타틴라돈
프랑슘라듐악티늄토륨프로트악티늄우라늄넵투늄플루토늄아메리슘퀴륨버클륨캘리포늄아인슈타이늄페르뮴멘델레븀노벨륨로렌슘러더포듐더브늄시보귬보륨하슘마이트너륨다름슈타튬뢴트게늄코페르니슘니호늄플레로븀모스코븀리버모륨테네신오가네손


Sc

Y
CaScTi
원자 번호(Z)21
3족
주기4주기
구역d-구역
화학 계열전이 금속
전자 배열[Ar] 3d1 4s2
준위전자2, 8, 9, 2
스칸듐의 전자껍질 (2, 8, 9, 2)
스칸듐의 전자껍질 (2, 8, 9, 2)
물리적 성질
겉보기은백색
상태(STP)고체
녹는점1814 K
끓는점3109 K
밀도 (상온 근처)2.985 g/cm3
융해열14.1 kJ/mol
기화열332.7 kJ/mol
몰열용량25.52 J/(mol·K)
증기 압력
압력 (Pa)1101001 k10 k100 k
온도 (K)16451804(2006)(2266)(2613)(3101)
원자의 성질
산화 상태3
(약염기성 산화물)
전기 음성도(폴링 척도)1.36
이온화 에너지
  • 1차: 633.1 kJ/mol
  • 2차: 1235.0 kJ/mol
  • 3차: 2388.6 kJ/mol
원자 반지름160 pm (실험값)
184 pm (계산값)
공유 반지름144 pm
판데르발스 반지름211 pm
Color lines in a spectral range
스펙트럼 선
그 밖의 성질
결정 구조육방정계
열팽창(실온) (α, poly)
10.2 µm/(m·K)
열전도율15.8 W/(m·K)
전기 저항도(실온) (α, poly)
calc. 562 n Ω·m
자기 정렬상자성
영률74.4 GPa
전단 탄성 계수29.1 GPa
부피 탄성 계수56.6 GPa
푸아송 비0.279
브리넬 굳기750 MPa
CAS 번호7740-20-2
동위체존재비반감기DMDE
(MeV)
DP
44mSc합성58.61hIT0.270944Sc
γ1.0, 1.1, 1.1-
ε-44Ca
45Sc100%안정
46Sc합성83.79dβ-0.356946Ti
γ0.889, 1.120-
47Sc합성3.3492dβ-0.44, 0.6047Ti
γ0.159-
48Sc합성43.67hβ-0.66148Ti
γ0.9, 1.3, 1.0-
보기  토론  편집 | 출처

스칸듐(←영어:Scandium 스캔디엄[*],문화어: 스칸디움←독일어:Scandium 스칸디움[*],일본어:スカンジウム 수칸지우무[*])은화학 원소로 기호는Sc(←라틴어:Scandium 스칸디움[*])이고원자 번호는 21이다. 은백색의 무른전이 금속 원소로,이트륨란타넘족 원소와 함께희토류로 분류하기도 한다.지각에 약 25ppm (2011년 기준) 들어있다. 1879년스칸디나비아반도에서가돌리나이트육세나이트 광물에서 선스펙트럼 분석을 통해 발견되었다.

주로 희토류 원소나우라늄 화합물을 포함한 광물에 포함되어 있으나, 이들 광물은 세계적으로도 생산량이 한정된 자원이다. 따라서 순수한 스칸듐은 1937년이 되어서야 분리되었으며, 실용적인 용도로 쓰이기 시작한 것은 1970년대 이후이다. 1970년대에는알루미늄에 스칸듐을 첨가하면 그 강도가 증가한다는 것이 알려져 현재까지도 그 분야에 주로 사용되고 있다. 최근 들어 용도가 늘어나고 있는데 스칸듐은 흔하지 않은금속이므로 산업에는 조금씩만 사용된다. 대표적으로 램프에 불을 켜는데 사용된다.

스칸듐은주기율표d-구역에 속하는 원소로서알루미늄,이트륨,마그네슘과 비슷한 성질을 지닌다. 주기율표의 3족에 속하며 주산화 상태는 +3이다.

특성

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스칸듐은 은백색의 광택이 있는 무른전이 금속이다. 공기 중에서산화되면 노르스름한 색이나 연한 붉은색을 띤다.풍화침식 작용에 민감하며 묽은과는 느리게 반응한다. 공기 중에서연소하면 밝은 노란색 빛을 방출하여 산화 스칸듐을 생성한다. 주산화 상태는 +3이며 이온 형태로 존재할 경우 대부분 Sc3+ 형태로 존재한다. 화학적으로알루미늄보다는이트륨에 더 가까우므로란타넘족 원소로 분류되기도 한다.

동위 원소

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 이 부분의 본문은스칸듐 동위 원소입니다.

자연에는45Sc가 유일하게안정한 동위 원소로 존재한다. 또,원자량 36에서 60 사이에 13종류의방사성 동위 원소가 발견되었는데 이들 중46Sc는 가장 안정한 것으로반감기가 83.8일이다. 이외에47Sc(반감기 3.35일),48Sc(반감기 43.7시간) 등이 존재한다. 나머지 동위 원소들은 모두 반감기가 4시간 미만이다.

존재

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스칸듐은지각에서 상당히 희귀한 원소는 아니다. 자료에 따라 지각에 18~25ppm 정도 포함된 것으로 나오는데 이는코발트(20~30ppm)와 비슷한 수치이다.지구 전체에서는 50번째로 풍부하고 지각 속에는 35번째로 많은 원소이다.태양에는 훨씬 더 많은 양이 존재하여 23번째로 많은 원소이다. 그러나 스칸듐은 광물에 다량 함유되어 있는 경우가 극히 드물다.스칸디나비아반도마다가스카르에서 주로 발견되는육세나이트,가돌리나이트 등이 그나마 스칸듐이 많이 포함된 광석이다. 현재 주 생산국은우크라이나,중국,러시아 등이나마다가스카르,노르웨이 등지에도 상당량 매장되어 있다.

우주에서는초신성에서R-과정에 의해 생성된다.

역사

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드미트리 멘델레예프는 1869년 자신의주기율표에서원자량 40~48 사이의 새로운 원소(에카붕소)가 존재할 것이라고 예측했다. 이후스웨덴의 라르스 닐손(Lars Fredrik Nilson)과 그의 연구팀은육세나이트가돌리나이트에서 새로운 원소를 발견하였고, 닐손은 고순도의 산화 스칸듐 2g을 추출하는데 성공하기까지 하였다. 또, 스칸디나비아의라틴어 이름인 ‘스칸디아’에서 이름을 따 ‘스칸듐’이라는 이름을 붙였다. 한편, 닐손은 멘델레예프의 에카붕소 예측은 전혀 몰랐지만 이후스웨덴의 클레베(Per Teodor Cleve)가 ‘에카붕소’와 ‘스칸듐’이 동일한 것임을 밝혔다.

순수한 스칸듐은 1937년에 최초로 분리되었다. 1971년에는미국에서알루미늄과 스칸듐의합금을 사용하기 시작했으며, 이는 나중에소련에서도 개발되었다.

용도

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알루미늄과 스칸듐의 합금은 가볍고 강도가 뛰어나 다양한 용도로 사용된다.

주의사항

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순수한 스칸듐은 무해한 것으로 알려져 있으나 현재까지 시행된동물 실험은 거의 없다. 일부 스칸듐 화합물은 약한독성이 있는 것으로 추정된다.

각주

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  1. Sam Kean 지음; 이충호 옮김. 《사라진 스푼 : 주기율표에 얽힌 광기와 사랑, 그리고 세계사》. 해나무. 124쪽.ISBN 978-89-5605-551-0. 

외부 링크

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