Chemisches Scandium-Element

Scandium (Sc), chemisches Element, ein Seltenerdmetall der Gruppe 3 des Periodensystems.

Scandium ist ein silberweißes, mäßig weiches Metall. Es ist an der Luft ziemlich stabil, ändert jedoch langsam seine Farbe von silberweiß zu einem gelblichen Aussehen aufgrund der Bildung von Sc ₂ O ₃ -Oxid auf der Oberfläche. Das Metall löst sich langsam in verdünnten Säuren auf - mit Ausnahme von Flusssäure (HF), bei der eine schützende Trifluoridschicht eine weitere Reaktion verhindert. Scandium ist von 0 K (–273 ° C oder –460 ° F) bis zu seinem Schmelzpunkt (1.541 ° C oder 2.806 ° F) paramagnetisch. Es wird bei –273,1 ° C (–459,6 ° F) bei Drücken über 186 Kilobar supraleitend.

Nachdem der russische Chemiker Dmitri Iwanowitsch Mendeleyjew 1871 die Existenz dieses Elements vorausgesagt und es versuchsweise Ekaboron genannt hatte, entdeckte der schwedische Chemiker Lars Fredrik Nilson 1879 sein Oxid, Scandia, in den Seltenerdmineralien Gadolinit und Euxenit und den schwedischen Chemiker Per Teodor Cleve später im Jahr 1879 identifizierte Scandium als das hypothetische Ekaboron. Scandium kommt in vielen Anteilen, im Allgemeinen weniger als 0,2 Prozent, in vielen der schweren Lanthaniderze und in vielen Zinn-, Uran- und Wolframerzen vor. Thortveitit (ein Scandiumsilikat) ist das einzige Mineral, das große Mengen an Scandium enthält, etwa 34 Prozent. Leider ist dieses Mineral ziemlich selten und keine wichtige Quelle für Scandium. Die kosmische Häufigkeit von Scandium ist relativ hoch. Obwohl es sich nur um das 50. am häufigsten vorkommende Element auf der Erde handelt (seine Häufigkeit ähnelt der von Beryllium), handelt es sich um das 23. am häufigsten vorkommende Element in der Sonne.

In der Natur existiert Scandium in Form eines stabilen Isotops, Scandium-45. Unter 25 (ohne Kernisomere) radioaktiven Isotopen mit Massen im Bereich von 36 bis 61 ist Scandium-46 (Halbwertszeit von 83,79 Tagen) am stabilsten und Scandium-39 (Halbwertszeit von weniger als 300 Nanosekunden) am wenigsten stabil).

Scandium wird von den anderen Seltenen Erden durch Ausfällung des unlöslichen Kaliumscandiumsulfats oder durch Extraktion von Scandiumthiocyanat durch Diethylether getrennt. Das Metall selbst wurde erstmals 1938 durch Elektrolyse von Kalium-, Lithium- und Scandiumchloriden in einem eutektischen Gemisch (dh einem Gemisch mit dem niedrigstmöglichen Schmelzpunkt mit diesen Komponenten) hergestellt. Scandium entsteht heute hauptsächlich als Nebenprodukt der Uranextraktion aus dem Mineral Davidit, das etwa 0,02 Prozent Scandiumoxid enthält. Scandium existiert in zwei allotropen (strukturellen) Formen. Die α-Phase ist dicht gepackt hexagonal mit a = 3,3088 Å und c = 5,2680 Å bei Raumtemperatur. Die β-Phase ist körperzentriert kubisch mit einem geschätzten a = 3,73 Å bei 1.337 ° C (2.439 ° F).

Es wurden nur wenige Anwendungen dieses ungewöhnlichen Übergangsmetalls entwickelt, hauptsächlich aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit und der hohen Kosten von Scandium. Seine niedrige Dichte und sein hoher Schmelzpunkt lassen auf Anwendungen als Legierungsmittel für Leichtmetalle für militärische und Hochleistungsanwendungen schließen. Scandium wird hauptsächlich als Legierungszusatz zu Legierungen auf Aluminiumbasis für Sportartikel und in hochintensiven Metallhalogenidlampen verwendet. In Legierungen mit Aluminium und Legierungen auf Aluminiumbasis begrenzt Scandium das Kornwachstum bei hohen Temperaturen.

Die Chemie von Scandium ähnelt eher der der anderen Seltenerdelemente der Oxidationsstufe +3 als der von Aluminium oder Titan. Ein Teil seines Verhaltens ist jedoch für die Seltenen Erden untypisch, da der Ionenradius (1,66 Å für Koordinationszahl 12) im Vergleich zum Seltenerddurchschnitt (1,82 Å für Koordinationszahl 12) erheblich kleiner ist. Aus diesem Grund ist das Sc ³⁺ -Ion eine relativ starke Säure und neigt viel stärker zur Bildung komplexer Ionen.

Elementeigenschaften

Ordnungszahl	21
atomares Gewicht	44,95591
Schmelzpunkt	1.541 ° C (2.806 ° F)
Siedepunkt	2,836 ° C (5,137 ° F)
spezifisches Gewicht	2,989 (24 ° C oder 75 ° F)
Oxidationszustand	+3
Elektronenkonfiguration	[Ar] 3d ¹ 4s ²