Scandium

Scandium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Sc und der Ordnungszahl 21. Das weiche, silberweiße Übergangsmetall wird auch den Metallen der Seltenen Erden zugerechnet.

Eigenschaften
Calcium - Scandium - Titan
Sc
Y  
 
 
[Ar]3d14s2
45
21
Sc
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Scandium, Sc, 21
Serie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 3, 4, d
Aussehen silbrig weiß
Massenanteil an der Erdhülle 5 · 10-4 %
Atomar
Atommasse 44,955910
Atomradius (berechnet) 160 (184) pm
Kovalenter Radius 144 pm
van der Waals-Radius -
Elektronenkonfiguration [Ar]3d14s2
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 9, 2
Oxidationszustände (Oxide) 3 (schwach basisch)
Elektronegativität 1,36 (Pauling-Skala)
Normalpotential 1,2 V (0,5Sc2O3 + 3H+ + 3e-
→ Sc + 1,5H2O)
Kristallstruktur hexagonal
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Dichte (Mohshärte) 2985 kg/m3 (-)
Magnetismus -
Schmelzpunkt 1814 K (1541 °C)
Siedepunkt 3103 K (2830 °C)
Molares Volumen 15,00 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme 314,2 kJ/mol
Schmelzwärme 14,1 kJ/mol
Dampfdruck 22,1 Pa bei 1812 K
Schallgeschwindigkeit k. A. m/s bei 293,15 K
Verschiedenes
Spezifische Wärmekapazität 568 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 1,77 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit 15,8 W/(m · K)
1. Ionisierungsenergie 633,1 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1235,0 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2388,6 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 7090,6 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie 8843 kJ/mol
6. Ionisierungsenergie 10679 kJ/mol
7. Ionisierungsenergie 13310 kJ/mol
8. Ionisierungsenergie 15250 kJ/mol
9. Ionisierungsenergie 17370 kJ/mol
10. Ionisierungsenergie 21726 kJ/mol
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 % Sc ist stabil mit 24 Neutronen
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 49Ti
49Sc {syn.} 57,2 min β- 2,006 49Ti
NMR-Eigenschaften
45Sc
Kernspin 7/2
gamma 6,499 · 107 rad/T
Empfindlichkeit 0,301
Larmorfrequenz bei B = 4,7 T 48,6 MHz
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.
Inhaltsverzeichnis
1 Eigenschaften
2 Anwendungen
3 Geschichte
4 Quellen
5 Herstellung
6 Verbindungen
7 Vorsichtsmaßnahmen
8 Weblinks

Eigenschaften

thumb|left|elementares Scandium 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 HNO3 und 48% HF soll es beständig sein.

Anwendungen

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 Erhöhng der Ummagnetisierungsgeschwindigkeit zugesetzt.
Als Legierungszusatz zeigt Scandium gefügestabilisierende und korngrößenfeinnende Effekte. Eine Aluminium-Lithiumlegierung mit geringem Scandiumzusatz wird zur Herstellung einiger Bauteile in russischen Kampfflugzeugen verwendet.

Geschichte

Scandium (lat. Scandia für Skandinavien) wurde 1879 von Lars Fredrick 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 Identität 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 ° Celsius hergestellt.

Quellen

Scandium gehört zu den seltenen Elementen. Elementar kommt es natürlich nicht vor. Nur in einigen seltenen Mineralien findet man es in angereicherter Form:

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.

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.

Verbindungen

Scandiumoxid
Scandiumcarbid
Scandiumiodid

Vorsichtsmaßnahmen

Scandiumpulver ist brennbar und daher als feuergefährlich einzustufen.

Weblinks

See also: Scandium, 1869, 1879, 1937, Aggregatzustand, Aquamarin, Argon, Atommasse, Atomradius