鈧——稀土家族的“叛逆少年”
鈧是排位最靠前的過渡金屬成玫,原子序數(shù)21旧匈,但鈧比他在元素周期表上面的左鄰右舍都要晚碑裤,即使在稀土里面,鈧的發(fā)現(xiàn)也不是較早的碰蚂。鈧在地殼中的平均豐度與鈹惊派、硼誓胆、鍶、錫送服、鍺庸飘、砷、硒和鎢的豐度相當(dāng)炼杉,但其分布卻極為分散瞒帜,是典型的稀散親石元素。已知含鈧的礦物多達(dá)800多種踢漏,但作為鈧的獨立礦物卻只有鈧釔礦征绸、水磷鈧礦、硅鈧礦和鈦硅酸稀金礦等少數(shù)幾種俄占,且礦源較小歹垫,在自然界中罕見。另一方面颠放,鈧的化學(xué)活性很高,很難制得高純度金屬吭敢。
一碰凶、鈧的發(fā)現(xiàn)之旅
在1869年,門捷列夫注意到鈣(40)和鈦(48)之間原子質(zhì)量存在差距鹿驼,預(yù)測其間存在一種未被發(fā)現(xiàn)的元素欲低,他推測這個元素與硼的性質(zhì)相似于是將其命名為“類硼”。
十年之后瑞典烏普薩拉大學(xué)的拉爾斯·弗雷德里克·尼爾森在斯堪的納維亞(半島)中畜晰,找到了一種很輕的元素的氧化物砾莱。其原子光譜顯示它正是門捷列夫預(yù)測的類硼。根據(jù)它的發(fā)現(xiàn)地拉爾斯將這個元素命名為“鈧(Scandium)”凄鼻,鈧的原子序號21腊瑟,質(zhì)量為44.956位于元素周期表的第四周期。
二唠陈、鈧的地球化學(xué)性質(zhì)
1.鈧的元素周期
盡管鈧是稀土家族的一員僚尚,并且和其他稀土元素一樣通常呈現(xiàn)+3價。鈧離子的半徑僅為0.75 ? (六次配位) 锭泼,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他的稀土元素 (1.03–0.86 ?原堂,六次配位) ,因此鈧元素的物理化學(xué)性質(zhì)和其他稀土元素很不一樣焦凶。
2.鈧的演變過程
在巖漿演化的過程中斗退,其他的稀土元素多表現(xiàn)為不相容元素,富集在結(jié)晶后殘余的巖漿之中叁垫,而鈧多表現(xiàn)為相容元素并富集在早期結(jié)晶的單斜輝石和角閃石之中菠昼。因此在稀土元素超常富集的區(qū)域克导,經(jīng)常看不到鈧的蹤影撇涡。
元素周期表
3.鈧與其他元素的結(jié)合
鈧有時會與高場強元素 (即半徑小且離子電價高的元素) 為伴 像兆,以類質(zhì)同象替換的形式進(jìn)入到鈳鐵礦、錫錳鉭礦糜曲、燒綠石河哑、細(xì)晶石、鋯石和鈦鐵礦之中龟虎;有時與鎢和錫結(jié)合璃谨,進(jìn)入到黑鎢礦和錫石之中;有時又與鐵結(jié)合鲤妥,以離子吸附的形式進(jìn)入到赤鐵礦和針鐵礦之中佳吞。同時,鈧又與這些元素保持若即若離的關(guān)系棉安,有時剛和一個元素結(jié)合底扳,碰到了另外的元素 (比如當(dāng)富揮發(fā)分的流體經(jīng)過的時候) ,鈧又會偷偷溜走贡耽,跟其他元素一起了衷模。
三、稀貴的鈧資源
在地殼中蒲赂,一些含量低于鈧的元素阱冶,如鉛、鉬滥嘴、銻和金都可以形成獨立的礦床能眠,而鈧作為地殼中含量排名第33的元素,卻分布極為分散捍陌,很難富集成礦糖窃。鈧的這一性質(zhì)和其他的稀土元素有點類似,即“稀土并不稀有颁究,只是過于分散”众抽。
從含量很低的原料中富集、分離和提純鈧的過程非常復(fù)雜坑状,通常先通過鈣熱還原無水氟化鈧制得粗鈧尺桅,再根據(jù)粗鈧中各種雜質(zhì)的熔點、沸點以及蒸汽壓和蒸餾速度的不同用真空蒸餾法提純金屬鈧