Scandium

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Eigenschaften
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 44,955908(5)[3] 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 (\chi_{m} = 2,6 · 10−4)[4]
Schmelzpunkt 1814 K (1541 °C)
Siedepunkt 3003 K[5] (2730 °C)
Molares Volumen 15,00 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 310 kJ/mol[5]
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 ZA 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 [6]

Pulver

02 – Leicht-/Hochentzündlich

Gefahr

H- und P-Sätze H: 228
P: 210 [6]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [7][8]

Scandium-Pulver

Leichtentzündlich
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[Bearbeiten]

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.

2003 gab es weltweit nur drei Minenproduktionsstätten: Bayan-Obo-Mine (Volksrepublik China), Schowti Wody (Ukraine) und auf der Halbinsel Kola (Russland).[9]

Vorkommen[Bearbeiten]

Scandium gehört zu den seltenen Elementen. Elementar kommt es nicht vor, nur in einigen seltenen Mineralen findet man es in angereicherter Form.[10] Scandium als Hauptbestandteil enthalten nur fünf Minerale[11]:

Daneben sind bisher (Stand 2013) noch 14 weitere Minerale bekannt, bei denen Scandium in geringeren Anteilen in der chemischen Formel vertreten sind wie unter anderem Jervisit, Bazzit, Juonniit, Cascandit, Davisit und Scandiobabingtonit.[11]

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Als Beimengung in geringer Konzentration findet sich Scandium in über 800 Mineralen. 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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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[Bearbeiten]

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. Weiters wurde Ende der 90er Jahre vom Revolverhersteller Smith & Wesson das Revolver-Modell 360PD herausgebracht. Der aus einer Scandium-Aluminium-Legierung bestehende hochwertige Rahmen ermöglicht eine deutliche Gewichtsreduktion, und es können aus dieser Waffe trotzdem starke Ladungen verschossen werden (.357 Magnum bzw. .38 Special +P).

Sicherheitshinweise[Bearbeiten]

Scandiumpulver ist brennbar und daher als feuergefährlich einzustufen.

Verbindungen[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  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. IUPAC, Standard Atomic Weights Revised v2
  4. 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.
  5. a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
  6. a b Datenblatt Scandium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 23. April 2011 (PDF).
  7. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  8. Eintrag zu Scandium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. April 2008 (JavaScript erforderlich).
  9. mineralinfo.org: Les enjeux du Scandium dans la filière superalliages (Version vom 24. März 2012 im Internet Archive).
  10. Michael Fleischer und Joseph A. Mandarino: Glossary of Mineral Specimens 1991, The Mineragical Record Inc., Tucson.
  11. a b Webmineral - Mineral Species containing Scandium
  12. IMA/CNMNC List of Mineral Names; August 2013 (PDF 1,3 MB)

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Scandium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Scandium – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien