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과학상식나라

스칸듐[scandium] (기호 Sc)

4,633 2022.10.19 08:54

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스칸듐(scandium) 은 원자번호 21번의 원소로, 원소기호는 Sc이다. 주기율표에서는 3족(3B족)에 속하는 은백색의 전이금속이며, 희토류 원소의 하나다. 비활성 기체인 아르곤에 비해 3개의 전자를 더 갖고 있어, 쉽게 3개의 전자를 잃고 +3의 산화 상태를 갖는 화합물을 만든다.

스칸듐은 생산량도 적고 또 금속 상태로 얻기도 어려워 값이 비싸 다량 사용되지는 않으나, 산업적 이용은 점차 늘고 있다. 알루미늄 등과 합금을 만들어 항공기 부품, 경주용 자전거 뼈대 등 경주용 운동 기구에 사용되며, 스칸듐 할로겐 화합물은 태양 빛과 비슷한 밝은 빛을 내는 램프에 사용된다. 스칸듐 화합물은 알루미늄과 이트륨 화합물의 중간 정도의 성질을 보이며, 스칸듐과 마그네슘은 성질이 비슷한 대각선 관계(diagonal relationship)를 보인다.

스칸듐은 21개의 전자를 갖고 있어 전자배치는 [Ar]3d14s2이다. 따라서 3개의 전자를 쉽게 잃어 아르곤과 같은 전자배치를 하게 되므로, 주된 산화수는 +3이다. 비교적 무르고 가벼운 금속(밀도, 2.986 g/cm3)으로 은백색을 띤다. 녹는점은 희토류 금속 중에서 Lu와 Tm 다음으로 높은 1541oC이고, 끓는점은 2836oC이다. 전기비저항은 알루미늄에 비해 월등히 크다. 폴링의 전기음성도는 1.36이다. 45Sc는 7/2의 핵 스핀을 갖고 있어, 이의 용액이나 고체 상태의 연구에 핵자기공명법(nmr)을 사용할 수 있다.

천연 상태에서 스칸듐은 단지 하나의 동위원소 45Sc를 가지며, 이는 방사성 붕괴를 하지 않는다. 13 가지의 방사성 동위원소들이 만들어져 성질이 조사되었는데, 반감기가 가장 긴 것은 46Sc(반감기 83.8 일)이고, 47Sc과 48Sc의 반감기는 각각 3.35일과 43.7시간이다. Sc 방사성 동위원소 중 원자량이 45보다 작은 것들은 전자 포획으로 같은 원자 질량을 갖는 칼슘(Ca) 동위원소가 되고, 원자량이 45보다 큰 것들은 β-붕괴를 하고 타이타늄(Ti)이 된다.
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