Scandium
| Eigenschaften | |||||||||||
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| Allgemein | |||||||||||
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Scandium, Sc, 21 | ||||||||||
| Elementkategorie | |||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 3, 4, d | ||||||||||
| Aussehen | silbrig weiß | ||||||||||
| Massenanteil an der Erdhülle | 5 · 10-4 | ||||||||||
| Atomar | |||||||||||
| Atommasse | 44,955910 u | ||||||||||
| Atomradius (berechnet) | 160 (184) pm | ||||||||||
| Kovalenter Radius | 144 pm | ||||||||||
| Van-der-Waals-Radius | - pm | ||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Ar] 3d1 4s2 | ||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 633,1 | ||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 1235,0 | ||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 2388,6 | ||||||||||
| Physikalisch | |||||||||||
| Aggregatzustand | fest | ||||||||||
| Modifikationen | - | ||||||||||
| Kristallstruktur | hexagonal | ||||||||||
| Dichte | 2985 | ||||||||||
| Mohshärte | 2,5 | ||||||||||
| Magnetismus | - | ||||||||||
| Schmelzpunkt | 1814 K (1541 °C) | ||||||||||
| Siedepunkt | 3103 (2830 °C) | ||||||||||
| Molares Volumen | 15,00 · 10-6 m3·mol−1 | ||||||||||
| Verdampfungsenthalpie | 314,2 | ||||||||||
| Schmelzenthalpie | 14,1 kJ·mol−1 | ||||||||||
| Dampfdruck | 22,1 Pa bei 1812 K | ||||||||||
| Spezifische Wärmekapazität | 568 J·kg−1·K−1 | ||||||||||
| Austrittsarbeit | 3,50 | ||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 1,77 · 106 S·m−1 | ||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 15,8 W·m−1·K−1 | ||||||||||
| Chemisch | |||||||||||
| Oxidationszustände | 3 | ||||||||||
| Normalpotential | -2,077 V (Sc3+ + 3e- → Sc) | ||||||||||
| Elektronegativität | 1,36 (Pauling-Skala) | ||||||||||
| Isotope | |||||||||||
| Weitere Isotope siehe Liste der Isotope | |||||||||||
| NMR-Eigenschaften | |||||||||||
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| Sicherheitshinweise | |||||||||||
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| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||
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.
Geschichte
Scandium (von lat. Scandia „Skandinavien“) 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:
- Thortveitit (Sc,Y)2Si2O7
- Euxenit
- Gadolinit
- Scandium-Ixiolit ((Ta,Nb,Sn,Mn,Fe,Sc)2O4)
- Bazzit ((Sc,Fe)2Be3Si6O18)
- Kolbekit (ScPO4 · 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
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.
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 werden Scandiumlegierungen eingesetzt, die öfters leichter als Carbonkomponenten sind.
Sicherheitshinweise
Scandiumpulver ist brennbar und daher als feuergefährlich einzustufen.
