Scandium

Isotop	NH	t_1/2	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	E_r(¹H)	f_L bei B = 4,7 T in MHz
⁴⁵Sc	7/2	6,508 · 10⁷	0,302	24,29

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung ^[5]

Pulver

Gefahr

H- und P-Sätze

H: 228

P: 210 ^[5]

EU-Gefahrstoffkennzeichnung ^[6]^[7]

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:^[8]

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. Weiters wurde Ende der 90er Jahre vom Revolverhersteller Smith & Wesson das Revolver-Modell 360PD herausgebracht. Der aus einer Scandium-Aluminum-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

Scandiumpulver ist brennbar und daher als feuergefährlich einzustufen.

Verbindungen

Scandiumoxid Sc₂O₃
Scandiumfluorid ScF₃
Scandiumchlorid ScCl₃
Scandiumbromid ScBr₃
Scandiumiodid ScI₃
Scandiumnitrat Sc(NO₃)₃
Scandiumsulfat Sc₂(SO₄)₃

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Scandium) entnommen.
↑ 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.
↑ ^4,0 ^4,1 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.
↑ ^5,0 ^5,1 Datenblatt Scandium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 23. April 2011.
↑ 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.
↑ Eintrag zu Scandium in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. April 2008 (JavaScript erforderlich).
↑ Michael Fleischer und Joseph A. Mandarino: Glossary of Mineral Specimens 1991, The Mineragical Record Inc., Tucson.