| Scandium 21Sc | ||||||
| engl. Scandium (nach der Entdeckung in Erzen aus Skandinavien) | ||||||
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 Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Scandium ist ein weiches Leichtmetall mit geringer Dichte. Im Vergleich zum Aluminium ist der Schmelzpunkt viel höher. Im Vergleich zum Titan ist es weicher, wesentlich anfälliger für Korrosion und aufgrund seiner Seltenheit viel teurer. Scandium wird zu den
Seltenerdenmetallen gezählt, zu denen auch Yttrium und sämtliche auf Lanthan folgende Lanthanide gerechnet werden. Scandium unterscheidet sich von den Lanthaniden in seinen chemischen Eigenschaften. An
der Luft verfärbt sich kompaktes Scandium allmählich
gelblich. Als fein verteiltes Pulver ist es pyrophor, es kann
sich von selbst entzünden. Scandium ist ein relativ unedles Metall.
Wasser und Salzsäure greifen es unter Wasserstoffentwicklung an. Mit Salzsäure bildet sich Scandiumchlorid:
2 Sc + 6 HCl 
2 ScCl3 + 3 H2 Bei hohen Temperaturen reagiert es auch mit Sauerstoff zu Scandiumoxid:
4 Sc + 3 O2
2 Sc2O3 ΔHR = −3820 kJ/mol Mit den Halogenen wie Chlor, Brom oder Iod reagiert
Scandium zu den entsprechenden Halogeniden. Während die Reaktion mit Scandiumpulver heftig abläuft, kann man mit kompaktem Scandium die Bildung eines Iodids gut aufzeigen: Beim Erhitzen eines kompakten Stücks Scandium in Ioddampf bildet sich auf der Oberfläche Scandium(III)-iodid.
Scandium(III)-iodid ist ein gelbes Salz. Es wird in Quecksilberdampflampen und in Xenonlampen für Kraftfahrzeug-Leuchten eingesetzt. Mit Zusätzen von Holmium und Dysprosium wird ein sehr helles Licht erzeugt, das die Farbtemperatur des Tageslichts erreicht. Besonders für Studioleuchten oder Stadionbeleuchtungen ist das von Bedeutung. Pro Leuchte werden nur vier bis fünf Milligramm Scandium(III)-iodid eingesetzt.
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| Toxikologie |
Das
elementare Scandium und auch das Scandiumoxid haben wohl nur ein geringes
toxisches Potenzial. Das Freisetzen und Einatmen von Stäuben ist aber
auf jeden Fall zu vermeiden. Die Stäube sind sehr reaktionsfähig. |
| Vorkommen |
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Häufigkeit selten
Scandiumerze kommen auf der Erde nur selten vor. Das Element tritt in den Mineralen der Seltenen Erden nur in geringen Konzentrationen auf. Das bedeutendste Scandiumerz stellt der Thortveitit dar, der um 1911 erstmals in Norwegen gefunden wurde. Es handelt sich dabei um ein Scandiumsilicat. Ein ziemlich seltenes Scandiummineral ist der Kolbeckit. Dieses Scandiumphosphat findet man in kleinen grünen Kugeln. Extrem selten ist der dem Aquamarin ähnliche Bazzit, der hellblaue Kristalle nach dem hexagonalen System ausbildet. Die Gewinnung aus scandiumhaltigen Erzen erfolgt heute überwiegend in Russland, in der Ukraine und in China. In den USA gibt es keine abbauwürdigen Vorkommen, aber dafür eine Gewinnung aus den Nebenprodukten der Uranaufbereitung
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| Geschichte |
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Die Entdeckung des Scandiums hatte eine längere Vorgeschichte. Der deutsche Chemiker Theodor Scheerer (1813–1875) bekam vom norwegischen Mineralogen und Bergsteiger Baltazar Mathias Keilhau (1797–1858) ein Mineral, das dieser in Südnorwegen bei Jølster (heute Sunnfjord) gefunden hatte. Scheerer analysierte das Material und fand darin Tantal, Titan und verschiedene Metalle der Seltenen Erden wie Yttrium, Cer oder Lanthan. Für das neu entdeckte Mineral vergab er 1840 den Namen Euxenit. Der Name bezieht sich auf das griechische Wort euxenos („gastfreundlich“), was auf die Anwesenheit der Seltenerden-Metalle hinweist. [Lit. 138, 155] Im Jahr 1871 sagte D.I. Mendelejew die Existenz eines Elements voraus,
das er „Eka-Bor“ nannte. Mendelejew konnte die Eigenschaften des bis
dahin noch nicht entdeckten Elements aufgrund seiner Stellung im Periodensystem vorhersagen. [Lit. 156]
Nur wenige Jahre später untersuchte der schwedische Chemiker Lars Fredrik Nilson (1840–1899) in Uppsala 10 Kilogramm Euxenit, sowie Proben der Ytter-Erden aus dem Gadolinit und dem Keilhauit, der heute als Varietät des Titanits gilt. Dabei konnte er zwei Gramm eines unbekannten Oxids in relativ reiner Form isolieren. 1879 benannte er das neue Element nach seiner Heimat Skandinavien, wo die Erze gefunden wurden. Der norwegische Physiker Tobias Robert Thalén (1827–1905) konnte in dem Oxid ein bis dahin unbekanntes Element mit Hilfe eines Funkenspektrometers nachweisen, was die Entdeckung bestätigte. [Lit. 138, 154]
Die Gewinnung von reinem Scandium gelang erst im Jahr 1937 durch eine Schmelzflusselektrolyse von Scandiumchlorid, dem zum Herabsetzen des Schmelzpunkts Kalium- und Lithiumchlorid beigesetzt wurde. In den 1950er-Jahren experimentierte das US-amerikanische Militär mit neuen Werkstoffen für Flugzeuge. Die Scandiumlegierungen kamen aber nicht weitreichend zum Einsatz, sie waren zu teuer und korrosionsanfällig, die Titanlegierungen setzten sich durch. [Lit. 7] |
| Herstellung |
Das
Scandiumerz Thortveitit wird durch Erzaufbereitung angereichert und danach chemisch
aufgeschlossen. Auch bei der Uranaufbereitung fallen Scandiumverbindungen als Nebenprodukt an, die weiterverarbeitet werden können. Durch die Zugabe von Natriumhydroxid erhält man aus den Schmelzen oder den wässrigen Lösungen
ein Hydroxid, das durch Behandlung mit Flusssäure in Scandium(III)-fluorid oder mit Salzsäure in Scandium(III)-chlorid umgewandelt werden kann. Die Halogenide
lassen sich relativ leicht von den Begleitelementen abtrennen. Danach
erhält man das Scandium durch eine Schmelzflusselektrolyse des Scandium(III)-chlorids an der Zinkkathode
unter Zugabe von Lithiumchlorid und Kaliumchlorid zur Senkung des Schmelzpunktes. Eine andere Möglichkeit ist die Reduktion von Scandium(III)-fluorid mit Calcium. Hochreines Scandium kann durch eine Vakuumsublimation bei 1700 °C dargestellt werden. [Lit. 4, 5, 7] Das Titelfoto ganz oben zeigt ein solches Produkt. |
| Verwendung |
In der Metalltechnik besitzt das Element nur eine geringe Bedeutung.
Scandium wird in hochwertigen Gabeln oder Rahmen für Rennräder
als Legierungsmetall zusammen mit anderen Metallen wie Aluminium und Titan verwendet.
Geringe Zusätze mit Scandium erhöhen die Festigkeit der Legierung. Der Effekt wird auch im militärischen Bereich beim Flugzeugbau und bei der Herstellung von Waffen genutzt. Aufgrund seiner geringen Dichte und der hohen Schmelztemperatur
eignet es sich auch als Werkstoff für die Raumfahrt. Die
radioaktiven Isotope Sc-44, Sc-46 und Sc-47 werden als
Markierungsmittel zur Beobachtung von Seesandbewegungen bei
Erdöllagerstätten eingesetzt. |
| Scandiumminerale |
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Gefahr
