Scandium

Eigenschaften
[Ar] 3d1 4s2 21 Sc Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Scandium, Sc, 21
Serie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	3, 4, d
Aussehen	silbrig weiß
CAS-Nummer	7440-20-2
Massenanteil an der Erdhülle	5,1 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse	44,955910 u
Atomradius (berechnet)	160 (184) pm
Kovalenter Radius	170 pm
Elektronenkonfiguration	[Ar] 3d1 4s2
1. Ionisierungsenergie	633,1 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1235,0 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2388,6 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	2,985 g/cm3
Mohshärte	2,5
Magnetismus	paramagnetisch (χm = 2,6 · 10−4)[3]
Schmelzpunkt	1814 K (1541 °C)
Siedepunkt	3103 K (2830 °C)
Molares Volumen	15,00 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	318 kJ/mol
Schmelzwärme	16 kJ/mol
Spezifische Wärmekapazität	586 [1] J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	1,81 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	16 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidationszustände	3
Oxide (Basizität)	Sc2O3 (schwach basisch)
Normalpotential	−2,03 V (Sc3+ + 3 e− → Sc)
Elektronegativität	1,36 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE (MeV) ZP 43Sc {syn.} 3,891 h ε 2,221 43Ca 44Sc {syn.} 3,927 h ε 3,653 44Ca 45Sc 100 % Stabil 46Sc {syn.} 83,79 d β− 2,367 46Ti 47Sc {syn.} 3,3492 d β− 0,600 47Ti 48Sc {syn.} 43,67 h β− 3,994 48Ti 49Sc {syn.} 57,2 min β− 2,006 49Ti
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Spin γ in rad·T−1·s−1 Er(1H) fL bei B = 4,7 T in MHz 45Sc 7/2 6,508 · 107 0,302 24,29
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [4] Pulver Gefahr H- und P-Sätze H: 228 EUH: keine EUH-Sätze P: 210 [4] Gefahrstoffkennzeichnung [5] Scandium-Pulver Leicht- entzündlich (F) R- und S-Sätze R: 11 (Pulver) S: 16-43(Pulver)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Scandium (von lat. Scandia „Skandinavien“) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Sc und der Ordnungszahl 21. Im Periodensystem steht es in der 3. Nebengruppe (Gruppe 3) oder Scandiumgruppe. Das weiche, silberweiße Element ist das erste der Übergangsmetalle und wird auch den Metallen der Seltenen Erden zugerechnet.

Geschichte

Scandium wurde 1879 von Lars Fredrik Nilson entdeckt. Aus 10 kg Euxenit und Gadolinit isolierte er ein Oxid mit bisher unbekannten Eigenschaften. Das von ihm vermutete neue Element nannte er zu Ehren seiner Heimat „Scandium“. Schon 1869 sagte Dmitri Iwanowitsch Mendelejew ein Element Eka-Bor mit der Ordnungszahl 21 voraus. Erst Per Teodor Cleve erkannte später die Übereinstimmung des Scandiums mit dem Eka-Bor.

Reines Scandium wurde erstmals 1937 elektrolytisch aus einer eutektischen Schmelze aus Kalium-, Lithium- und Scandiumchlorid bei 700 bis 800 °C hergestellt.

Vorkommen

Scandium gehört zu den seltenen Elementen. Elementar kommt es nicht vor, nur in einigen seltenen Mineralien findet man es in angereicherter Form:^[6]

• Thortveitit: (Sc,Y)₂Si₂O₇
• Euxenit: (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆
• Gadolinit Y₂Fe²⁺Be₂Si₂O₁₀
• Ixiolit: (Ta,Nb,Sn,Mn,Fe)₄O₈
• Bazzit: (Sc,Al)₂Be₃Si₆O₁₈
• Kolbeckit: ScPO₄ · 2 H₂O

Scandium findet sich in geringer Konzentration in über 800 Mineralien. Es ist daher auch in Erzkonzentraten der Übergangsmetalle als „Verunreinigung“ enthalten. Hierzu zählen russische und chinesische Wolframit- und Tantalitkonzentrate. Auch bei der Aufbereitung uranhaltiger Erze fallen Scandiumverbindungen an.
Die blaue Färbung des Aquamarins, einer Spielart des Berylls, soll durch Sc³⁺-Ionen verursacht werden.

Gewinnung und Herstellung

Als Ausgangsstoff dient hauptsächlich Thortveitit, das in mehreren Verfahrensschritten zum Scandiumoxid aufbereitet wird. Metallisches Scandium wird anschließend durch Umsetzung zum Fluorid und Reduktion mit Calcium erzeugt.

Eigenschaften

reines Scandium, sublimiert-dendritisch

Aufgrund seiner Dichte zählt Scandium zu den Leichtmetallen. An Luft wird es matt, es bildet sich eine schützende gelbliche Oxidschicht. Scandium reagiert mit verdünnten Säuren unter Bildung von Wasserstoff und dreiwertigen Kationen. In Wasserdampf erfolgt ab 600 °C die Umsetzung zu Scandiumoxid Sc₂O₃. In wässrigen Lösungen verhalten sich Sc-Kationen ähnlich wie Aluminium, was bei analytischen Trennungen oftmals Schwierigkeiten bereitet. In einer Mischung aus Salpetersäure und 48 % Fluorwasserstoff soll es beständig sein.

Verwendung

Seine Hauptanwendung findet Scandium als Scandiumiodid in Hochleistungs-​Hochdruck-​Quecksilberdampflampen, beispielsweise zur Stadionbeleuchtung. Zusammen mit Holmium und Dysprosium entsteht ein dem Tageslicht ähnliches Licht. Scandium wird auch zur Herstellung von Laserkristallen verwendet. Magnetischen Datenspeichern wird Scandiumoxid zur Erhöhung der Ummagnetisierungsgeschwindigkeit zugesetzt. Scandium als Scandiumchlorid wird in Mikromengen als ein sehr wichtiger Bestandteil im Katalysator bei der Chlorwasserstoffherstellung eingesetzt.

Als Legierungszusatz zeigt Scandium gefügestabilisierende und korngrößenfeinende Effekte. Eine Aluminium-​Lithium-​Legierung mit geringem Scandiumzusatz wird zur Herstellung einiger Bauteile in russischen Kampfflugzeugen verwendet. Auch in der modernen Fahrradindustrie (siehe Rennrad) werden Scandiumlegierungen eingesetzt. Diese Legierungen enthalten ebenfalls nur relativ wenig Scandium.

Sicherheitshinweise

Scandiumpulver ist brennbar und daher als feuergefährlich einzustufen.

Verbindungen

• Scandiumoxid Sc₂O₃
• Scandiumfluorid ScF₃
• Scandiumchlorid ScCl₃
• Scandiumiodid ScI₃

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Scandium) entnommen.
3. ↑ Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
4. ↑ ^{a b} Datenblatt Scandium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 23. April 2011.
5. ↑ Eintrag zu Scandium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. April 2008 (JavaScript erforderlich).
6. ↑ Michael Fleischer und Joseph A. Mandarino: Glossary of Mineral Specimens 1991, The Mineragical Record Inc., Tucson.

Weblinks

 Wiktionary: Scandium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Scandium – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

Periodensystem der Elemente

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Normdaten: SWD in der DNB: 4051871-1