Scandium

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Stukken Scandium bij 1 cm³ blokje Scandium
Naam	Scandium - van Scandia (Latijn)
Latijn
Symbool	Sc
Atoomnummer	21
Soort	Overgangsmetaal
Kleur	Zilverwit
Smeltpunt	1541 ^oC
Kookpunt	2836 ^oC

Scandium is een chemisch element met het symbool Sc en atoomnummer 21 van het Periodiek Systeem in de scheikunde.

Het is een zilverwit overgangsmetaal, dat historisch is ingedeeld als een zeldzaam aarde-element, samen met de elementen yttrium en de lanthaniden met de atoomnummers 57-71 (van lanthaan tot lutetium).

Voorkomen

Scandium is aanwezig in de meeste afzettingen van zeldzame aardmetalen en uranium-verbindingen, maar het wordt wereldwijd in slechts enkele mijnen uit deze ertsen gewonnen. De eigenschappen van scandium-verbindingen liggen tussen die van aluminium en yttrium in. Scandium is een zacht metaal met een zilverachtige uitstraling. Het ontwikkelt een licht gelige- of roze-grijze kleur wanneer het wordt geoxideerd ("roest") door de lucht. Kleine scandium-spaanders ontbranden in de lucht met een schitterende gele vlam om vervolgens scandiumoxide te vormen.

Scandium is slechts het 50e meest voorkomende element op aarde (35e meest voorkomende in de aardkorst), maar het is het 23e meest voorkomende element in de zon. Zeldzame mineralen uit Scandinavië en Madagascar zoals thortveitiet, euxeniet en gadoliniet zijn de enige bekende geconcentreerde bronnen van dit element. Thortveitite kan tot 45% scandium bevatten in de vorm van scandiumoxide.

Scandium in erts en mineraal

Thortveitiet is een mineraal bestaat uit scandium yttrium silicaat (Sc, Y) ₂ Si ₂ O ₇ . Het is de hoofdbron van scandium.
Euxeniet is een bruinzwarte mineraal met een metalen glans. Het bevat calcium, niobium, tantaal, cerium, titanium, yttrium en typisch uranium en thorium
Gadoliniet , ook wel bekend als ytterbite , is een silicaatmineraal dat voornamelijk bestaat uit de silicaten van cerium, lanthaan, neodymium, yttrium, beryllium en ijzer
Kolbeckite (scandium fosfaat dihydraat) is een weinig voorkomend mineraal met formule: ScPO₄ · 2H₂O

Geschiedenis

Dmitri Mendelejev, die de geestelijk vader (bedenker) van het periodiek systeem wordt genoemd, voorspelde in 1869 het bestaan van een element dat hij ekaboron noemde, met een atoommassa tussen 40 en 48. Lars Fredrik Nilson en zijn team ontdekten dit element in de mineralen euxeniet en gadoliniet in 1879. Nilson maakte 2 gram scandiumoxide van hoge zuiverheid. Hij noemde het element scandium, van het Latijnse Scandia dat "Scandinavië" betekent. Nilson was blijkbaar niet op de hoogte van de voorspelling van Mendelejev, maar Per Teodor Cleve herkende het uit de correspondentie en vertelde het Nilson.

Metallic scandium werd voor het eerst in 1937 gemaakt door elektrolyse van een mengsel van kalium- , lithium- en scandium chloriden, bij 700-800 °C. Het eerste pond 99% zuiver scandium-metaal werd gemaakt in 1960. De productie van de aluminium-legeringen met sterke eigenschappen begon in 1971.

Gebruik

Vanwege het weinig beschikbaar zijn en de moeilijkheden bij het maken van het metaal scandium, wat voor het eerst werd gedaan in 1937, werden toepassingen voor scandium pas in de jaren zeventig van de twintigste eeuw ontwikkeld. Dit gebeurde toen de positieve effecten van scandium op aluminium-legeringen werden ontdekt, en het gebruik ervan in dergelijke legeringen blijft de enige belangrijke toepassing ervan. De versterking van aluminiumlegeringen met slechts 0,5% scandium is bijzonder veelbelovend.

De vraag is ongeveer 50% hoger dan het aanbod en zowel de productie (het maken van) als de vraag blijven toenemen. Doordat de vraag hoog is, de productie lastig en de vindplaatsen schaars zijn maakt het een duur metaal. In 2003 produceerden slechts drie mijnen scandium: de uranium- en ijzermijnen in Zhovti Vody in Oekraïne, de zeldzame- aardemijnen in Bayan Obo in China, en de apatiet-mijnen op het Kola-schiereiland, Rusland.

De belangrijkste toepassing van scandium op gewichtsbasis zijn de eerder genoemde aluminium-scandiumlegeringen voor kleine onderdelen van de lucht- en ruimtevaartindustrie en lichtgewicht sportuitrustingen als honkbalknuppels en fiets frames. Deze legeringen bevatten tussen 0,1% en 0,5% scandium. Lichtgewicht onderdelen werden onder andere ook gebruikt in Russische militaire vliegtuigen zoals de MiG-21 en MiG-29.

De eerste op scandium gebaseerde metaalhalogenidelampen werden gepatenteerd door General Electric en gemaakt in Noord-Amerika.

Biologie

Scandium is het gevaarlijkst als de dampen en gassen ervan ingeademd kunnen worden. Dit kan longembolie tot gevolg hebben, vooral als er sprake is van een langdurige blootstelling aan scandium. Het kan een bedreiging zijn voor de lever wanneer het ophoopt in het menselijk lichaam.

Scandium is slecht voor het milieu. Het kan zich ophopen in het weefsel van bijvoorbeeld vissen die leven in water waarin Scandium of scandiumverbindingen zijn gedumpt.