Scandium
Inhoudsopgave
Scandium is een zacht, zilverkleurig metaal dat een dichtheid heeft van ongeveer 3 maal de dichtheid van water. Scandium is een overgangsmetaal en het wordt vanwege zijn eigenschappen ook onder de zeldzame aardmetalen gestopt. Het is, net als de andere zeldzame aardmetalen lastig te extraheren en te scheiden van andere elementen en het komt voor in dezelfde ertsen.
Scandium is het 31ste meest voorkomende element op Aarde. In de korst van de Aarde bevindt zich gemiddeld ongeveer 22 ppm Scandium.
Scandium is dun verspreid, het komt voor in meer dan 800 mineralen. Binnen deze mineralen wordt Scandium meestal aangetroffen in zijn oxidevorm (Sc2O3, scandiumoxide oftewel scandia). Er zijn veel commerciële toepassingen bekend maar de kosten voor Scandium zijn wel hoog. Zuiver scandium kan marktprijzen van enkele honderdduizenden euro’s per kilo bereiken. Prijzen voor scandiumoxide kunnen oplopen tot duizenden euro’s per kilo.
Chemische gegevens
| Symbool | Sc |
| Volledige naam | Scandium |
| Atoomnummer | 21 |
| Atoommassa (g.mol-1 ) | 44,955 |
| Groep | transitiemetalen |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,36 |
| Dichtheid (g.cm-3 bij 20 °C) | 2,985 |
| Smeltpunt (°C) | 1541 |
| Kookpunt (°C) | 2836 |
| Vanderwaalsstraal (nm) | 0,211 |
| Ionstraal | 0,083 (+3) |
| Isotopen | 14 waarvan 1 stabiel en 13 radioactief |
| Elektronenschil | [Ar]3d14s2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 9, 2 |
| Eerste ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 633,1 |
| Tweede ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 1235 |
| Derde ionisatiepotentiaal (kJ.mol-1 ) | 1388,6 |
| Standaard potentiaal (V) | — |
| Ontdekt door: | voorspeld: Dmitri Mendeleev (1871), ontdekt: 1879: Lars Fredrik Nilson |
Geschiedenis
De uitvinder van het periodiek systeem, de Russische chemicus Dmitri Mendeleev, voorspelde het bestaan en de eigenschappen van scandium (hij noemde het ekaboor) al in 1869. In 1879 bestudeerde de Zweedse chemicus Lars Fredrik Nilson de spectra van de mineralen euxeniet en gadoliniet. Aan de hand van de spectra identificeerde hij het element scandium. De naam is afkomstig van het Latijnse woord voor Scandinavië: “Scandia”. Dat is gedaan omdat de mineralen waarin scandium werd aangetroffen destijds alleen maar op het Scandinavische schiereiland worden gevonden. De Zweedse chemicus Teodor Cleve legde de link dat het nieuwe element dat door Nilson was ontdekt hetzelfde was als het voorgestelde element beschreven door Mendeleev.
Tijdens de eerste poging om het element te isoleren verwerkten Nilson en zijn team 10 kilogram euxeniet. Dit leverde ongeveer 2 gram scandiumoxide op. In 1937 lukte het de Duitse chemici Werner Fischer, Karl Brünger en Hans Grienseisen om metallisch scandium te maken en pas in 1960 lukte het om 99% zuiver Scandium te maken.
Bohr-Rutherford diagram
Isotopen
| Nummer | Naam | Symbool | Atoommassa (u) | Abundantie (%) |
|---|---|---|---|---|
| 21 | Scandium | 45 Sc | 44,955910 | 100 |
Radioisotopen
| Symbool | Atoommassa (u) | Halfwaardetijd |
|---|---|---|
| 38 Sc | 37,99470 | < 300 ns |
| 39 Sc | 38,984790 | < 300 ns |
| 40 Sc | 39,977967 | 182,3 ms |
| 41 Sc | 40,96925113 | 596,3 ms |
| 42 Sc | 41,96551643 | 681,3 ms |
| 43 Sc | 42,9611507 | 3,891 uur |
| 44 Sc | 43,9594028 | 3,97 uur |
| 46 Sc | 45,9551719 | 83,79 dagen |
| 47 Sc | 46,9524075 | 3,3492 dagen |
| 48 Sc | 47,952231 | 43,67 uur |
| 49 Sc | 48,950024 | 57,2 min |
| 50 Sc | 49,952188 | 102,5 s |
| 51 Sc | 50,953603 | 12,4 s |
| 52 Sc | 51,95668 | 8,2 s |
| 53 Sc | 52,95961 | > 3 s |
| 54 Sc | 53,96326 | 260 ms |
| 55 Sc | 54,96824 | 0,115 s |
| 56 Sc | 55,97287 | 35 ms |
| 57 Sc | 56,97779 | 13 ms |
| 58 Sc | 57,98371 | 12 ms |
| 59 Sc | 58,98922 | 10 ms |
| 60 Sc | 59,99571 | 3 ms |
Weetjes
- Als Scandium wordt blootgesteld aan de lucht dan oxideert het en verschijnt er een gele of roze tint van scandiumoxide aan het oppervlak.
- Op de maan en de Zon komt meer Scandium voor dan op Aarde. Op Aarde heeft scandium de neiging om zich dun over het oppervlak te verspreiden in plaats van geconcentreerd op bepaald locaties voor te komen.
- Scandium wordt voornamelijk gewonnen in China, Kazachstan, Madagaskar, Noorwegen en Rusland. Een groot deel is afkomstig uit de Koude Oorlog voorraden van de voormalige Sovjet-Unie.
- De totale hoeveelheid scandium die in de Verenigde Staten wordt gewonnen wordt beschouwd als “handelsgeheim” en wordt niet gepubliceerd.
- Scandium speelt geen rol in de biologie. Een gemiddeld persoon neemt minder dan 0,1 microgram per dag op zonder bekende gezondheidseffecten.
- Scandium-Aluminiumlegeringen hebben een verbeterde sterkte, een verbeterde weerstand tegen herkristallisatie, een kleinere korrelgrootte en een verbeterde weerstand tegen heet kraken in vergelijking met conventionele legeringen. Hiervoor is slechts 0,5% scandium per legering nodig.
- Scandium wordt gebruikt om hoge intensiteit verlichting en kwikdamplampen te maken die voornamelijk voor fotografie en televisie/films worden gebruikt. Scandium produceert licht dat sterk lijkt op natuurlijk zonlicht.
- Scandium wordt ook toegepast in alkalinebatterijen, als katalysator (scandiumoxide) en om het ontkiemen van plantenzaden te bevorderen (in de vorm van scandiumsulfaat).
- Scandium wordt ook toegepast in de sport. Het wordt verwerkt in fietsframes en honkbalknuppels. Deze metaallegeringen zijn sterker, hebben een lichter gewicht en zijn corrosiebestendig.
- Het radioactieve isotoop 46 Sc wordt bij de raffinage van olie gebruikt om de beweging van olie te volgen en in ondergrondse leidingen om lekken op te sporen.
- Er komt waterstofgas vrij tijdens een reactie wanneer water over Scandium stroomt door een reactie met het zuurstof in het water.
- Onzuiverheden van scandium zorgen voor de blauwe kleur aan de variëteit van Beryl die bekend staat als de edelsteen aquamarijn.
Huidig onderzoek
Veel onderzoek is gericht op het toepassen van scandium in legeringen en dan vooral met aluminium. De meeste onderzoeken bespreken de voordelen van het combineren van scandium met andere metalen en waarvoor de legeringen mogelijk voor kunnen worden gebruikt.
Scandium wordt voornamelijk gewonnen als bijproduct bij het winnen van andere ertsen zoals uranium, aluminium, titanium, zirkonium en andere zeldzame aardmetalen. Er worden verschillende technieken gebruikt om het scandium uit de overgebleven ertsen terug te winnen. Er wordt onder andere gebruik gemaakt van uitlogen, extractie door middel van oplosmiddelen, precipitatie en calcinering.
Spectra
Absorptiespectrum
Emissiespectrum
