Scandium

Scandium - Symbol Sc, Ordnungszahl 21 - ist ein silberweißes Leichtmetall der 3. Gruppe im Periodensystem und kommt in der Natur nur in Form des Isotops ⁴⁵Sc vor.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Scandium

Bezeichnung:Scandium Symbol:Sc Ordnungszahl:21 Atommasse:44,955908(5) u Periodensystem-Stellung:3. Gruppe, 4. Periode, d-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Seltene Erden. Entdeckung:1879 - Lars Fredrik Nilson. Bedeutung des Namens:Scandia = Skandinavien. Englischer Name:Scandium CAS-Nummer:7440-20-2 InChI-Key:SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N

Das Scandium-Atom

Das Sc-Atom - und damit das chemische Element Scandium - ist eindeutig durch die 21 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Scandium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Scandium-Isotope zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Scandium-Vorkommen bestehen aus nur einem Scandium-Nuklid; es besitzt die Massenzahl 45. Die relative Atommasse des Scandiums wird mit 44,955908(5) u angegeben.

Elektronenkonfiguration

Symbol

Kurzform

[Ar] 3d¹ 4s²

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Scandium-Atom zu trennen.

1. IE:	6,56149 eV	2. IE:	12,79977 eV	3. IE:	24,75685 eV	4. IE:	73,4900 eV	5. IE:	91,65 eV	6. IE:	110,68 eV
7. IE:	138,0 eV	8. IE:	158,1 eV	9. IE:	180,03 eV	10. IE:	225,18 eV	11. IE:	249,800 eV	12. IE:	687,36 eV
13. IE:	756,7 eV	14. IE:	830,8 eV	15. IE:	927,5 eV	16. IE:	1009 eV	17. IE:	1094 eV	18. IE:	1213 eV
19. IE:	1287,98 eV	20. IE:	5674,8 eV	21. IE:	6033,758 eV	22. IE:	eV	23. IE:	eV	24. IE:	eV

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Scandium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
4492	498,0	403,6	398,7

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
51,1	28,3	28,3

Weitere Daten

Atomradius:184 pm (berechnet)
160 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:170(7) pm (nach Cordero et al.)
148 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
116 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
114 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:15,00 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,196; ω_L1: 0,00039; ω_L2: 0,00084; ω_L3: 0,00084 Coster-Kronig-Übergänge:F₁₂: 0,31; F₁₃: 0,60; F₂₃: Termsymbol:²D_3/2

Spektrallinien des Scandiums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Scandiums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemie des Scandiums

In den Scandium-Verbindungen tritt das Metall - bis auf einige wenige, aber dennoch gut charakterisierte Ausnahmen - in der Oxidationsstufe +III auf.

In reinem Zustand ist Scandium ein weiches Metall mit einem silbrigen Aussehen. Es entwickelt einen leicht gelblichen oder rosafarbenen Schimmer, wenn es durch den Luftsauerstoff oxidiert wird. Es ist witterungsempfindlich und löst sich in den meisten verdünnten Säuren langsam auf. Scandium-Späne entzünden sich spontan an der Luft mit einer leuchtend gelben Flamme unter Bildung von Scandiumoxid.

Chemische Daten

Elektronegativität:1,36 nach Pauling
1,20 nach Allred-Rochow
1,19 nach Allen
1,09 nach Sanderson
2,8571 eV nach Gosh-Gupta
3,34 eV nach PearsonElektronaffinität:0,188(20) eV bzw. 18(2) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+ 3

Standardpotentiale

Normalpotential des Scandiums:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-2,077	+ III	Scandium(III)-Kation	Sc³⁺	+ 3 e^-	⇔	Sc (s)	Scandium	0

Material- und physikalische Eigenschaften des Scandiums

Die nachfolgende Übersicht führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Scandium-Metalls auf.

Schmelzpunkt:1541 °C Schmelzenthalpie (molar):14,1 kJ mol^-1 Siedepunkt:2836 °C Verdampfungsenthalpie:304,8 kJ mol^-1 Wärmekapazität:25,52 J mol^-1 K^-1 (molar)
0,568 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:346 K Thermische Leitfähigkeit:15,8 W m^-1 K^-1 Wärmeausdehnung:10,2 μm m^-1 K^-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:1,81 × 10⁶ A V^-1 m^-1 Elektrischer Widerstand:562 nΩ m bei 25 °C Dichte:2,985 g cm^-3
2,80 g cm^-3 (flüssig, am Schmelzpunkt) Elastizitätsmodul:74,4 GPa, α-Sc (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):43,5 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0230 GPa^-1 300 K Poisson-Zahl:0,279 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:hexagonal - hcp Härte:nach Brinell: 0,75 GPa Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:315,0 × 10^-6 cm³ mol^-1 bei 18 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol^-1 (Feststoff, Kristall)
377,8 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:336,0 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:34,6 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
174,8 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

In der Erdkruste steht das Scandium an 35. Stelle der Häufigkeiten der Elemente; die Schätzungen variieren zwischen 18 und 25 ppm, was in etwa mit dem Vorkommen des Cobalts vergleichbar ist. Bezogen auf die gesamte Erde rückt das Seltenerdmetall an die 50. Stelle und bezogen auf die Sonne an 23. Stelle. Das stabile Scandium-Isotop wird in Supernovas durch den r-Prozess erzeugt.

ist Scandium ist in der Erdkruste jedoch stark verteilt und kommt in vielen Mineralien nur in Spuren vor. Seltene Mineralien aus Skandinavien und Madagaskar wie Thortveitit, Euxenit und Gadolinitsind die einzigen bekannten konzentrierten Quellen des Elements. Thortveitit kann bis zu 45% Scandium in Form von Scandiumoxid enthalten.

Auf Grund der geringen Verfügbarkeit und der hohen Nachfrage ist das Scandium eines der teuersten Elemente. Der Preis schwankt sehr stark und liegt pro Kilogramm in der Größenordnung von 5000 bis 15000 Euro. Die weltweite Produktion liegt bei etwa 15 bis 20 Tonnen pro Jahr in Form von Scandiumoxid, das in Scandiumfluorid umgewandelt und dann mit metallischem Calcium reduziert wird.

Erdkruste:22 mg kg^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:16,5 ppm Meerwasser:0,0000006 mg L^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,000034 (bezogen auf Silicium, Si=1)

Gefahren und Sicherheit

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Gefahr

H228 - Entzündbarer Feststoff.

P210 - Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellenarten fernhalten. Nicht rauchen.

Quelle: Echa Substanz-Info 100.028.299.

Externe Informationsangebote

Gruppenelemente - Informationen

Koordinationschemie
Einführung in die Koordinationschemie der Übergangsmetalle / Inneren Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF

Scandium-Gruppe
Vorlesungsskript: Chemie der Metalle. Universität Freiburg

Einzelne Verbindungen

Scandium und Scandiumverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbare Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche

Scandiumboride
Synthese, Struktur- und Eigenschaftsuntersuchungen borreicher Boride des Magnesiums, Scandiums, Yttriums und der Lanthanoide. Dissertation, 2009. Universität Freiburg

Mineralogie

Geochemie der Seltenen Erden
Umfassendes Vorlesungsskript - Format: PDF

Scandiumhaltige Minerale
Informationen zum Scandium und den Scandiummineralien. Mineralien Atlas

Dissertationen

Eisen-Scandium-Legierungen
Magnetische und strukturelle Charakterisierung von amorphen Eisen-Scandium-Legierungen. Dissertation, 2004. TU Darmstadt

Scandiumhaltige AlZnMgCu-Legierungen
Korrosionsuntersuchungen an scandiumhaltigen AlZnMgCu-Legierungen unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses intermetallischer Phasen. Dissertation, 2007. Universität Erlangen

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 17.04.2020.

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