Scandium (7440-20-2) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Scandium
Ein seltenes Übergangsmetall der Seltenen Erden, das in Speziallegierungen, elektronischen Materialien und analytischen Standards für industrielle Forschung & Entwicklung und Beschaffung verwendet wird.
| CAS-Nummer | 7440-20-2 |
| Familie | Seltene Erden |
| Typische Form | Silbrig glänzendes Metall – Barren, Folie oder Pulver |
| Gängige Qualitäten | EP |
Scandium ist ein Übergangsmetall der Scandium-Gruppe und gehört zu den Seltenen Erden. Es tritt als Element \(\ce{Sc}\) mit der Ordnungszahl 21 auf und weist die Elektronenkonfiguration auf, die es an den Anfang der 3d-Reihe stellt; dies verleiht Scandium in stabilen Verbindungen überwiegend die Oxidationsstufe +3 und eine Chemie, die von ionischer und koordinativer Bindung an Sauerstoff- und Stickstoff-Donorliganden dominiert wird. Als metallisches Element zeigt es metallische Bindung mit delokalisierten Elektronen, eine niedrige topologische polare Oberflächenfläche (0) und eine vernachlässigbare Wasserstoffbrückenbildungskapazität im elementaren Zustand.
Strukturell bildet elementares Scandium metallische Kristalle; seine Oberfläche oxidiert leicht und bildet das stabile Oxid \(\ce{Sc2O3}\), welches das Bulk-Metall passiviert. Fein verteiltes oder pulverförmiges Scandium ist chemisch reaktiver als das Bulk-Material: Pulver können pyrophor oder leicht entzündbar sein und stellen Inhalations- sowie Staubrisiken dar. In wässrigen und sauren Medien verhält sich Scandium ähnlich anderen frühen Übergangsmetallen und Lanthaniden – es bildet \(\ce{Sc^3+}\)-Aquo-Ionen und Hydrolyseprodukte; seine wässrige Chemie wird von harten Lewis-Säure-Wechselwirkungen und starker Komplexbildung mit mehrzähnigen Sauerstoffliganden bestimmt.
Scandium hat einen begrenzten großtechnischen Einsatz, ist aber in spezialisierten Bereichen wichtig: als Tracer- und analytische Standards, bestimmte Halbleiter- oder Elektronikanwendungen und Nischenanwendungen in der Metallurgie, bei denen geringe Legierungszugaben mechanische oder physikalische Eigenschaften modifizieren können. Übliche kommerzielle Qualitäten für diesen Stoff schließen EP ein.
Grundlegende Physikalische Eigenschaften (Dichte, Schmelzpunkt, Siedepunkt)
Atomgewicht
Standardmäßig berechnete atomare/molekulare Massen für das Element: Molekulargewicht = 44.95591; exakte Masse = 44.955907; monoisotopische Masse = 44.955907. Das Element wird durch die atomare Formel \(\ce{Sc}\) dargestellt.
Aussehen und physikalischer Zustand
Elementares Scandium wird als silbrig-weißes Feststoff in Bulk-Form beschrieben; experimentelle physikalische Beschreibungen umfassen „trockenes Pulver“ für partikuläre Formen und „silbrig-weißer Feststoff“ für Bulk-Metall. Metallisches Scandium liegt typischerweise als feste Stücke, Folien, Barren oder Pulver vor, abhängig von der Herstellung.
Dichte
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell etablierten Werte vor.
Schmelzpunkt
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell etablierten Werte vor.
Siedepunkt
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell etablierten Werte vor.
Chemische Eigenschaften (Reaktivität und Oxidationszustände)
Oxidationszustände
Der dominante und chemisch bedeutsame Oxidationszustand von Scandium in Verbindungen ist \(\ce{Sc^3+}\). In dieser Oxidationsstufe verhält sich Scandium als harter trivalenter Kation, das überwiegend ionische Salze und Koordinationskomplexe mit Sauerstoff- und Stickstoff-Donorliganden bildet. Niedrigere Oxidationsstufen sind selten und unter Standardbedingungen generell instabil.
Reaktivität mit Luft und Wasser
Elementares Scandium bildet bei Kontakt mit Luft eine stabile Oxidschicht, hauptsächlich \(\ce{Sc2O3}\), die Bulk-Metalloberflächen passiviert. Fein verteiltes Scandium (Pulver) ist deutlich reaktiver: Partikuläres Material ist brennbar und kann entzünden, wobei Partikel- und Oxiddämpfe entstehen. In Kontakt mit Wasser korrodiert metallisches Scandium und bildet \(\ce{Sc^3+}\)-haltige Spezies; die Hydrolyse von aquatischem \(\ce{Sc^3+}\) führt unter weniger sauren Bedingungen zu polymeren/hydroxidischen Spezies.
Reaktivität mit Säuren und Basen
Scandium-Metall und Scandium(III)-Verbindungen lösen sich in Mineralsäuren zur Bildung von \(\ce{Sc^3+}\)-Salzen. In wässriger Lösung unterliegt \(\ce{Sc^3+}\) einer Hydrolyse und bildet Hydroxid-/Oxid-Spezies wie \(\ce{Sc(OH)3}\) unter geeigneten Bedingungen; Komplexbildung mit chelatbildenden Liganden ist häufig. Das Element zeigt im Vergleich zu schwereren Artgenossen der Gruppe 3 keine ausgeprägte Amphoterie, und stark basische Lösungen neigen dazu, Hydroxidphasen oder lösliche Komplexanionen zu fällen, abhängig von Ligand und Ionenstärke.
Isotopenzusammensetzung
Stabile Isotope
Natürliches Scandium ist im Wesentlichen monoisotopisch und besteht überwiegend aus dem stabilen Isotop \(\ce{^{45}Sc}\).
Radioisotope
Radioisotope von Scandium können für Tracer- und Nuklearanwendungen hergestellt werden, jedoch ist kein nennenswerter natürlich vorkommender Radioisotopenanteil in kommerziellem Elementarmaterial vorhanden. Herstellung und Einsatz spezifischer Radioisotope unterliegen radiochemischen Praktiken und behördlichen Kontrollen.
Thermodynamische Parameter
Wärmekapazität und verwandte Daten
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell etablierten Werte vor.
Enthalpie und Gibbs-Energie
Für diese Eigenschaft liegen im aktuellen Datenkontext keine experimentell etablierten Werte vor.
Identifikatoren und Synonyme
Register-Nummern und Codes
- CAS-Nummer: 7440-20-2
- EG-Nummer: 231-129-2
- UNII: YUJ4U1EW7R
- ChEBI: CHEBI:33330
- DTXSID: DTXSID9064689
InChI: InChI=1S/Sc
InChIKey: SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N
SMILES: [Sc]
Molekülformel (elementar): \(\ce{Sc}\)
Molekulargewicht: 44.95591
Synonyme und gebräuchliche Bezeichnungen
Berichtete Synonyme und beschreibende Begriffe umfassen: Scandium; Sc; Scandium-Atom; Scandium (Element); Scandium Metallicum; 45Sc; Isotop Scandium-45; Scandium-Pulver; Scandium-Folie; Atomares Scandium.
Industrielle und Kommerzielle Anwendungen
Hauptanwendungsbereiche
Dokumentierte Sektoren und Verarbeitungskontexte umfassen die Halbleiterfertigung und die Herstellung von Grundmetallen. Scandium kommt in verschiedenen Nebengesteinen vor (z. B. Thortveitit, Davidit) und wird oft in kleinen Mengen aus Erzen gewonnen, die mit Zinn-, Zirkonium- oder Wolfram-haltigen Mineralien assoziiert sind.
Typische Anwendungsbeispiele
Praktische Verwendungen sind überwiegend spezialisiert: analytische und Tracer-Standards für Elementaranalysen, Nischenrolle in der Halbleiter- oder Elektronikforschung sowie Versorgung für Forschung und Entwicklung, wo einzigartige elektronische oder metallurgische Eigenschaften von \(\ce{Sc}\) benötigt werden. Berichtsmäßige kommerzielle Qualitäten: EP.
Falls eine kurze Zusammenfassung der Anwendung nicht direkt auf eine spezifische Beschaffungsentscheidung zutrifft, wird die Auswahl üblicherweise durch die Materialform (Folie, Pulver, Barren), Reinheit und den beabsichtigten analytischen oder metallurgischen Einsatz bestimmt.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Lagervoraussetzungen und Handhabungsüberlegungen
Schwermetallisches Scandium in Pulverform ist brennbar und kann bei Staubverteilung oder Exposition gegenüber Zündquellen entzünden; Staubkontrolle, Minimierung statischer Entladungen und sichere Handhabungsmaßnahmen für brennbare Metallpulver sind angemessen. Massives metallisches Scandium ist aufgrund der Oberflächenpassivierung weniger reaktiv, sollte jedoch trocken gelagert und vor Bedingungen geschützt werden, die Oxidation oder Verunreinigungen fördern könnten. Für detaillierte Gefahren-, Transport- und regulatorische Informationen sollten Anwender das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) sowie die örtlichen Vorschriften zu Rate ziehen.
Berufliche Exposition und Schutzmaßnahmen
Die Expositionskontrolle sollte vorrangig die Inhalation von Staub verhindern und die Handhabung feiner Partikel unter geeigneter lokaler Absaugung oder in geschlossenen Systemen vorsehen. Die Verwendung geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA) — Handschuhe, Augenschutz und Atemschutz bei möglicher Staubentwicklung — wird empfohlen. Es existieren Berichte, die eine Verbindung zwischen Scandiumexposition und fibrogenen Effekten nahelegen; deshalb sollten berufsgenossenschaftliche Hygienemaßnahmen und medizinische Überwachung entsprechend den Anforderungen für Metallstäube implementiert werden. Für Notfallmaßnahmen erfordert das Löschen von Metallbränden spezielle Methoden; konsultieren Sie das SDS und die Anweisungen für das Notfallmanagement.
