Φθοριούχο σκάνδιο

Φθοριούχο σκάνδιο
Γενικά
Όνομα IUPAC	Τριφθοροσκάνδιο
Άλλες ονομασίες	Φθοριούχο σκάνδιο Τριφθορίδιο του σκανδίου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	ScF3
Μοριακή μάζα	101,95112 amu
Αριθμός CAS	13709-47-2
SMILES	F[Sc](F)F
InChI	1S/3FH.Sc/h3*1H;/q;;;+3/p-3
Αριθμός EINECS	237-555-4
Αριθμός RTECS	VQ8930000
PubChem CID	83678
Δομή
Κρυσταλλική δομή στερεού	Κυβική
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	1.552 °C[1]
Σημείο βρασμού	1.607 °C[1]
Πυκνότητα	2.530 kg/m³
Εμφάνιση	Έντονα λευκή σκόνη
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	0 2 0
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το φθοριούχο σκάνδιο ή τριφθοριούχο σκάνδιο ή τριφθορίδιο του σκανδίου ή τριφθοροσκάνδιο (αγγλικά scandium fluoride) είναι η ανόργανη δυαδική ιονική χημική ένωση με εμπειρικό τύπο ScF₃. Το χημικά καθαρό φθοριούχο σκάνδιο, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι έντονα λευκό, ελάχιστα υδατοδιαλυτό στερεό. Με την επίδραση περίσσειας φθοριούχων ανιόντων (F^–) παράγει εξαφθοροσκανδιούχα ανιόντα {[ScF₆]^3–}.^[2]

Παραγωγή

Μέθοδος 1^η

Το φθοριούχο σκάνδιο μπορεί να παραχθεί με ολική σύνθεση, δηλαδή με αντίδραση ανάμεσα σε μεταλλικό σκάνδιο και διφθόριο (F₂):^[3]

${\displaystyle \mathrm {2Sc+3F_{2}{\xrightarrow {}}2ScF_{3}} }$

Μέθοδος 2^η

Το φθοριούχο σκάνδιο μπορεί επίσης να σχηματιστεί επίδραση διφθοριούχου αμμωνίου (NH₄HF₂) σε οξείδιο του σκανδίου (Sc₂O₃), που μπορεί να εξαχθεί από το ορυκτό θορτβεϊτίτη, σε υψηλή θερμοκρασία: ^[4]

${\displaystyle \mathrm {Sc_{2}O_{3}+6NH_{4}HF_{2}{\xrightarrow {\triangle }}2ScF_{3}+6NH_{4}F+3H_{2}O} }$

Το παραγόμενο μείγμα περιέχει έναν αριθμό μεταλλικών φθοριδίων (γιατί το συγκεκριμένο ορυκτό περιέχει κι άλλα μέταλλα, που με την παραπάνω διεργασία επίσης παράγουν φθορίδια). ΄Επειτα (για να παραχθεί καθαρότερο μεταλλικό σκάνδιο) ακολουθεί αναγωγή με μεταλλικό ασβέστιο, επίσης σε υψηλή θερμοκρασία:^[4]

${\displaystyle \mathrm {2ScF_{3}+3Ca{\xrightarrow {\triangle }}3CaF_{2}+2Sc} }$

Για να παραχθεί ακόμη καθαρότερο χρήσιμο μεταλλικό σκάνδιο απαιτούνται κι άλλα στάδια καθαρισμού.^[4]

Ιδιότητες

Το τριφθοριούχο σκάνδιο έχει την ασυνήθιστη ιδιότητα της αρνητικής θερμικής διαστολής, δηλαδή όταν θερμαίνεται συστέλλεται αντί να διαστέλλεται. Αυτό το φαινόμενο εξηγείται από την τεταρτική ταλάντωση των ανιόντων φθορίου (F⁻). Η ενέργεια που αποθηκεύτηκε από τη στελεχική κάμψη των ανιόντων φθορίου είναι ανάλογη με την τέταρτη δύναμη (x⁴) της μετατόπισης της γωνίας, ενώ στα περισσότερα άλλα υλικά είναι ανάλογη προς το τετράγωνο (x²) της μετατόπισης της γωνίας. Κάθε άτομο φθορίου συνδέεται με δυο (2) άτομα σκανδίου, και καθώς η θερμοκρασία αυξάνει, το φθόριο ταλαντεύεται πιο κάθετα στους δεσμούς του. Αυτή η κίνηση τραβάει τα άτομα σκανδίου σε εγγύτερη απόσταση, σε όλο το εννιαίο κομμάτι υλικού (τριφθοριούχο σκάνδιο), το οποίο έτσι συστέλλεται.^[5] Το φθοριούχο σκάνδιο παρουσιάζει την παραπάνω αναφερόμενη ιδιότητα από τουλάχιστον 10 K ως τους 1.100 K. Πάνω από τους 1.100 K το φθοριούχο σκάνδιο παρουσιάζει κανονική θετική θερμική διαστολή. Επιπλέον, το φθοριούχο σκάνδιο υιοθετεί κυβική συμμετρία σε όλο αυτό το θερμκρασιακό εύρος, αλλά και μετά, τουλάχιστον μέχρι τους 1.600 K, υπό πίεση αναφοράς (1 atm). Η αρνητική θερμική διαστολή σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες είναι πολύ έντονη, συγκεκριμένα γύρω στα -14·10^–6 K^–1, μεταξύ θερμοκρασιών 60 και 110 K.^[6]

Στις πιέσεις (γύρω από την) πίεση αναφοράς, το τριφθοριούχο σκάνδιο υιοθετεί το κυβικό κρυσταλλικό σύστημα, χρησιμοποιώντας τη δομή περοβσκίτη, με τη μια θέση (ατόμου) μετάλλου κενή.^[7] Η μονάδα κελιού έχει διάσταση 4,01 Å.^[7] Υπό υψηλότερη πίεση το τριφθοριούχο σκάνδιο επίσης υιοθετεί ρομβοεδρική δομή, ενώ υπό πίεση άνω των 3 GPa υιοθετεί τετραεδρική δομή.^[7]

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές

1. Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier, (ISBN 0-12-352651-5).
2. Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier, (ISBN 0-12-352651-5).
3. S.A.Cotton, Scandium, Yttrium and the Lanthanides: Inorganic and Coordination Chemistry, Encyclopedia of Inorganic Chemistry, 1994, John Wiley & Sons, (ISBN 0-471-93620-0).
4. Pradyot Patnaik, 2003, Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill Professional, (ISBN 0-07-049439-8).
5. Woo, Marcus (7 Νοεμβρίου 2011). «An incredible shrinking material: Engineers reveal how scandium trifluoride contracts with heat». Physorg. Ανακτήθηκε στις 8 Νοεμβρίου 2011. 
6. Greve, Benjamin K.; Kenneth L. Martin; Peter L. Lee; Peter J. Chupas; Karena W. Chapman; Angus P. Wilkinson (19 October 2010). «Pronounced Negative Thermal Expansion from a Simple Structure: Cubic ScF₃». Journal of the American Chemical Society 132 (44): 15496–15498. doi:10.1021/ja106711v. PMID 20958035. 
7. Aleksandrov, K. S.; V. N. Voronov; A. N. Vtyurin; A. S. Krylov; M. S. Molokeev; M. S. Pavlovskiĭ; S. V. Goryaĭnov; A. Yu. Likhacheva και άλλοι. (2009). «Pressure-induced phase transition in the cubic ScF3 crystal». Physics of the Solid State 51 (4): 810–816. doi:10.1134/S1063783409040295. ISSN 1063-7834.