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Scandium

Chemie und Physik des chemischen Elements Scandium.



Scandium Chemie

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

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f
Sc21[Ar] 3d1 4s2 2262612

 

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 eV2. IE: 12,79977 eV3. IE: 24,75685 eV4. IE: 73,4900 eV5. IE: 91,65 eV6. IE: 110,68 eV
7. IE: 138,0 eV8. IE: 158,1 eV9. IE: 180,03 eV10. IE: 225,18 eV11. IE: 249,800 eV12. IE: 687,36 eV
13. IE: 756,7 eV14. IE: 830,8 eV15. IE: 927,5 eV16. IE: 1009 eV17. IE: 1094 eV18. IE: 1213 eV
19. IE: 1287,98 eV20. IE: 5674,8 eV21. IE: 6033,758 eV22. IE: eV23. IE: eV24. 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.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
4492498,0403,6398,7

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
51,128,328,3

 

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:ωK: 0,196; ωL1: 0,00039; ωL2: 0,00084; ωL3: 0,00084 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,31; F13: 0,60; F23: Termsymbol:2D3/2

 

Spektrallinien des Scandiums

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

Scandium-Spektrallinien

 

 

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 Pearson
Elektronaffinität:0,188(20) eV bzw. 18(2) kJ mol-1Oxidationsstufen:+ 3

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Scandiums:

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-2,077+ IIIScandium(III)-KationSc3++ 3 e-Sc (s)Scandium0

 

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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