Scandium

Le scandium est un élément chimique, de symbole Sc et de numéro atomique 21.


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Scandium - Élément chimique - Produit chimique - Matériau - Terre rare - Métal de transition - Métal

Scandium
CalciumScandiumTitane
  Structure cristalline hexagonale

21
Sc
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Sc
Y
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Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Scandium, Sc, 21
Série chimique métaux de transition
Groupe, Période, Bloc 3, 4, d
Masse volumique 2, 989 g·cm-3 (25 °C) [1]
Couleur Blanc argenté
N° CAS 7440-20-2 [2]
N° EINECS 231-129-2
Propriétés atomiques
Masse atomique 44, 955912 ± 0, 000006 u[1]
Rayon atomique (calc) 160 pm (184 pm)
Rayon de covalence 1, 70 ± 0, 07 Å [3]
Configuration électronique [Ar] 3d1 4s2
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 9, 2
État (s) d'oxydation 3
Oxyde base faible
Structure cristalline hexagonal
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 1 541 °C [1]
Point d'ébullition 2 836 °C [1]
Énergie de fusion 14, 1 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 314, 2 kJ·mol-1
Volume molaire 15, 00×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 22, 1 Pa à
1 538, 85 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1, 36
Chaleur massique 568 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1, 77×106 S·m-1
Conductivité thermique 15, 8 W·m-1·K-1
Énergies d'ionisation
1re : 6, 56149 eV [4] 2e : 12, 79977 eV [4]
3e : 24, 75666 eV [4] 4e : 73, 4894 eV [4]
5e : 91, 65 eV [4] 6e : 110, 68 eV [4]
7e : 138, 0 eV [4] 8e : 158, 1 eV [4]
9e : 180, 03 eV [4] 10e : 225, 18 eV [4]
11e : 249, 798 eV [4] 12e : 687, 36 eV [4]
13e : 756, 7 eV [4] 14e : 830, 8 eV [4]
15e : 927, 5 eV [4] 16e : 1 009 eV [4]
17e : 1 094 eV [4] 18e : 1 213 eV [4]
19e : 1 287, 97 eV [4] 20e : 5 674, 8 eV [4]
21e : 6 033, 712 eV [4]
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
45Sc 100 % stable avec 24 neutrons
46Sc {syn. } 83, 79 j β- 2, 367 46Ti
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le scandium est un élément chimique, de symbole Sc et de numéro atomique 21.

C'est un métal de transition mou, d'aspect blanc argenté. On trouve du scandium dans quelques rares minéraux en provenance de Scandinavie. Il est classé avec l'yttrium et les lanthanides dans les terres rares.

Caractéristiques notables

Scandium, sublimé dendritiques et cube de 1 cm3

Le scandium est un élément métallique mou, rare, trivalent, particulièrement léger qui devient jaunâtre ou rose quand il est exposé à l'air. Cet élément ressemble plus chimiquement à l'yttrium ainsi qu'aux terres rares qu'il ne est comparable à l'aluminium et au titane qui sont ses voisins dans le tableau périodique. L'état d'oxydation le plus commun du scandium est +3.

Applications

La production mondiale est faible, de l'ordre de quelques tonnes par an, et son prix élevé (10 000 /kg) .

En ajoutant de l'iodure de scandium dans une lampe à halogénure métallique, on obtient une source de lumière spectralement identique au soleil (température de couleur de 4 000 K - «blanc neutre») qui est utilisé comme source lumineuse pour la vidéo de nuit ou en intérieur.

L'isotope radioactif 46Sc, du fait de sa demi-vie courte (84 jours), est utilisé comme marqueur dans les raffineries de pétrole lors du craquage et pour la détection de fuites de canalisations.
Le scandium possédant un point de fusion bien plus élevé que celui de l'aluminium et presque aussi léger (densité 2, 9) est étudié pour d'envisageables applications aérospatiales.

L'URSS a développé beaucoup la production industrielle de scandium et a optimisé un alliage d'aluminium comportant 2% de scandium, ce qui renforce énormément les caractéristiques mécaniques de l'aluminium. Cet alliage est fréquemment utilisé dans les constructions aéronautiques militaires russes. Une propriété complémentaire de cet alliage est qu'il est soudable tandis que ce n'est pas le cas d'un alliage aluminium lithium développé en Occident à la même époque (ce problème est actuellement résolu) pour des caractéristiques mécaniques équivalentes.

Le scandium est le plus puissant des anti recristallisants connus, dans l'aluminium. Cette propriété intéresse aujourd'hui l'industrie aéronautique. On l'utilise à des taux particulièrement faibles (inférieurs à 0, 5%) pour, par exemple, conserver une texture fibrée même après de multiples traitements thermiques.


L'oxyde de scandium (Sc2O3) peut servir à protèger des surfaces optiques car il est particulièrement dur, résistant, transparent en UV et assez résistant à la corrosion.

Histoire

Scandium (latin : scandiascandinavie) a été découvert par Lars Fredrick Nilson en 1879 quand lui et son équipe recherchaient des terres rares. Nilson mit en évidence le nouvel élément par analyse spectrale faite à partir de minerai d'euxénite et de gadolinite. Afin d'isoler l'élément il traita 10 kilogrammes d'euxenite afin d'obtenir 2 grammes d'oxyde de scandium (Sc2O3) particulièrement pur.

En 1869 Dmitri Mendeleïev prédit certaines propriétés du scandium qu'il appela alors ekaboron, en utilisant sa loi périodique. Per Theodor Cleve découvrit l'oxyde de scandium environ au même moment mais au contraire de Nilson, Cleve détermina que le scandium était semblable à l'ekaboron.

En 1937, pour la première fois du scandium métallique est produit par électrolyse d'un mélange de potassium, de lithium, et d'oxyde de scandium fondu vers 700 à 800 °C. La première livre de scandium métallique pur à 99% ne fut pas produite avant 1960.

Occurrence

Les seules sources de scandium concentré connues sont les minerais de thortveitite, d'euxénite et de gadolinite qu'on trouve en faible quantité en Scandinavie. On ne trouve pas naturellement de scandium métallique. Le scandium est le 23e élément le plus abondant dans le Soleil, mais uniquement le 50e sur terre. On le retrouve distribué de manière uniforme sur terre dans plus de 800 minéraux. Il représente une grande partie d'un minerai rare, la thortveitite, et on le trouve aussi comme résidu après l'extraction du tungstène de la wolframite.

Le scandium est aujourd'hui essentiellement un sous-produit de la purification de l'uranium. On l'isole industriellement par réduction du fluorure de scandium en présence de calcium métallique.

Isotopes

On ne trouve naturellement qu'un seul isotope du scandium le 45Sc. On a découvert 13 autres isotopes dont les plus stables sont le 46Sc avec une demi-vie de 83, 79 jours, le 47 avec une demi-vie de 3, 3492 jours, et le 48Sc d'une demi-vie de 43, 67 heures. Les autres isotopes ont tous une demi-vie inférieure à 4 heures et la plus grande partie inférieure à 2 minutes. Les isotopes du scandium ont un poids atomique variant de 39, 978 uma pour le 40Sc, jusqu'à 53, 963 uma pour le 54Sc. Le mode de désintégration primaire pour les isotopes avant 45Sc est la capture électronique tandis qu'après c'est l'émission béta.

Précautions / toxicologie

La poudre de scandium métallique est inflammable.

Autres

Le scandium est un élément central de l'histoire du Cycle d'Antarès de la bande-dessinée Les Mondes d'Albéran du dessinateur Léo.

Notes et références

  1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)  
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, «Covalent radii revisited», dans Dalton Transactions, 2008, p.  2832 - 2838 lien DOI ] 
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87e éd. (ISBN 0849304873) , p.  10-202 


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés

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