Scandio

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Scandio
Aspetto
Aspetto dell'elemento
bianco argenteo
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico scandio, Sc, 21
Serie metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco 3, 4, d
Densità 2985 kg/m3
Durezza n.d.
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 44,955910 amu
Raggio atomico (calc.) 160 (184) pm
Raggio covalente 144 pm
Configurazione elettronica [Ar]3d1 4s2
e per livello energetico 2, 8, 9, 2
Stati di ossidazione 3 (base debole)
Struttura cristallina esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
Punto di fusione 1814 K (1541 °C)
Punto di ebollizione 3103 K (2830 °C)
Volume molare 15,00 × 10-6  m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 314,2 kJ/mol
Calore di fusione 14,1 kJ/mol
Tensione di vapore 22,1 Pa a 1812 K
Altre proprietà
Numero CAS 7440-20-2
Elettronegatività 1,36 (Scala di Pauling)
Calore specifico 568 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 1,77 × 106 /(m·ohm)
Conducibilità termica 15,8 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 633,1 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1235,0 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 2388,6 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 7090,6 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione 8843 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione 10679 kJ/mol
Energia di settima ionizzazione 13310 kJ/mol
Energia di ottava ionizzazione 15250 kJ/mol
Energia di nona ionizzazione 17370 kJ/mol
Energia di decima ionizzazione 21726 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
45Sc 100% Sc è stabile con 24 neutroni
46Sc sintetico 83,79 giorni β- 2,367 46Ti
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Lo scandio è l'elemento chimico di numero atomico 21; il suo simbolo è Sc. È un elemento di transizione tenero, bianco argenteo, presente in alcuni rari minerali della Scandinavia ed a volte viene classificato insieme con l'ittrio e il lantanio come una terra rara.

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

Lo scandio è un metallo trivalente molto leggero; il suo colore, se esposto all'aria, vira leggermente verso il giallo o il rosa. Le sue proprietà chimiche sono più simili all'ittrio e alle terre rare piuttosto che all'alluminio o al titanio, suoi vicini nella tavola periodica. Lo stato di ossidazione più comune dello scandio è +3. In forma metallica viene sciolto dagli acidi, ma non da una miscela 1:1 di acido nitrico e acido fluoridrico, che produce passivazione.

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

  • Circa 20 chilogrammi di scandio vengono consumati ogni anno (come Sc2O3) negli Stati Uniti per la costruzione di lampade ad alta intensità: addizionando ioduro di scandio ad una lampada a vapori di mercurio si ottiene una fonte di luce molto simile alla luce solare ed energeticamente molto efficiente; tali lampade vengono usate negli studi televisivi. Altri 80 kg di scandio all'anno sono impiegati per la produzione di lampadine.
  • L'isotopo radioattivo 46Sc viene usato nelle raffinerie di petrolio come tracciante radioattivo.
  • Nelle leghe alluminio-scandio per attrezzi sportivi (biciclette, mazze da baseball ecc.): questo è l'uso quantitativamente prevalente. Quando viene aggiunto all'alluminio, lo scandio ne migliora la resistenza e la duttilità, oltre a prevenirne l'invecchiamento e incrementare la resistenza alla fatica, attraverso la formazione di fasi Al3Sc. Inoltre è stato dimostrato che l'aggiunta di scandio riduce il numero e la gravità delle crepe da solidificazione nelle leghe di alluminio ad alta resistenza.
  • Nell'industria aerospaziale, per particolari strutturali in alluminio ad alte prestazioni.

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Nel 1869 Dmitri Mendeleev, in base alla sua legge periodica, predisse l'esistenza dello scandio ed alcune delle proprietà che avrebbe dovuto avere e lo chiamò ekaboro. Lo scandio (dal latino Scandia, "Scandinavia") fu poi scoperto da Lars Fredrick Nilson nel 1879 mentre lui e i suoi collaboratori stavano cercando terre rare metalliche. Nilson usò l'analisi spettroscopica per trovare il nuovo elemento all'interno dell'euxenite-(Y) e della gadolinite. Per isolarlo processò 10 chili di euxenite con altri residui di terre rare, per ottenere circa 2 grammi di scandio sotto forma di ossido (Sc2O3). Per Teodor Cleve isolò l'ossido di scandio circa nello stesso tempo di Nilson, ma diversamente da lui determinò che lo scandio era identico all'ekaboro di Mendeleev.

Nel 1937 venne preparato per la prima volta lo scandio metallico per elettrolisi di una fusione eutettica di potassio, litio e cloruro di scandio a 700-800 °C: gli elettrodi erano un cavo di tungsteno in un letto di zinco liquido e il crogiuolo stesso, fatto di grafite. La produzione di quantità rilevanti di scandio metallurgico (metallico e puro al 99%) dovette però aspettare fino al 1960.

Abbondanza[modifica | modifica wikitesto]

Le uniche fonti concentrate di questo elemento sono alcuni minerali rari provenienti dalla Scandinavia e dalla Malesia, come la thortveitite (di cui costituisce una rilevante parte), la euxenite-(Y) e la gadolinite; lo scandio non si trova mai puro in natura.

Lo scandio è il 23º elemento in ordine di abbondanza nel sole e nelle stelle analoghe, così come sul suolo lunare, ma solo il 50° sulla Terra; è ampiamente distribuito nella crosta terrestre e quasi 800 minerali contengono normalmente tracce di scandio. Si pensa che il colore blu della varietà acquamarina del berillo sia dovuto allo scandio in esso contenuto. Si può trovare nei residui dell'estrazione del tungsteno dalla wolframite di Zinnwald.

La thortveitite è comunque la principale fonte di scandio, con uranio come principale sottoprodotto, di cui pure è importante fonte. Lo scandio puro è prodotto commercialmente per riduzione del fluoruro di scandio con calcio metallico.

Altra sorgente importante di scandio sono le rimanenze militari sovietiche. Non esistono giacimenti di scandio nelle Americhe o nell'Europa continentale.

Isotopi[modifica | modifica wikitesto]

Lo scandio naturale è composto di un isotopo stabile, il 45Sc. Sono stati preparati artificialmente 13 radioisotopi di scandio; i tre più stabili sono 46Sc con emivita di 83,79 giorni, 47Sc con emivita 3,3492 giorni e 48Sc con emivita 43,67 ore. Tutti i rimanenti isotopi sono altamente radioattivi con emivite di meno di 4 ore e alcuni di meno di 2 minuti. Questo elemento ha inoltre 5 stati metastabili di cui il più stabile è 44mSc (t½ con 58,6 ore).

Gli isotopi dello scandio hanno un peso atomico che va da 39,978 amu (40Sc) a 53,963 amu (54Sc). Il modo di decadimento più frequente prima dell'isotopo stabile, 45Sc, è la cattura elettronica con produzione di isotopi di calcio; quello dopo l'isotopo stabile invece è l'emissione beta, con produzione di isotopi di titanio.

Precauzioni[modifica | modifica wikitesto]

La polvere di scandio metallico è infiammabile all'aria.

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]

chimica Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia