Scandium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente (PSE) mit der Ordnungszahl 21 und dem Elementsymbol Sc. Genau wie Yttrium, Lanthan und Actinium gehört es zur 3. Nebengruppe (nach IUPAC: Gruppe 3), die auch als Scandiumgruppe bezeichnet wird. Das chemische Element Scandium befindet sich in der 4. Periode im Block d (Übergangsmetalle-Block).
Scandium ist ein silbriges, weiches Element, welches zu den Übergangsmetallen zählt und den Metallen der Seltenen Erden zugeordnet wird. Mit einer Atommasse von 44,9556 u kommt es bei Normalbedingungen im festen Aggregatzustand vor, wobei der Schmelzpunkt von Scandium bei 1541 °C und der Siedepunkt bei 2830 °C liegt.
Aufgrund seiner geringen Dichte von 2,985 g/cm³ zählt Scandium zu den Leichtmetallen. An der Luft bildet das Metall eine schützende, gelbliche Oxidschicht, wodurch es ein mattes Aussehen aufweist. Feines Scandium-Pulver ist zudem leicht entzündlich.
Scandium ist so selten, weil es elementar in der Natur nicht vorkommt. Es tritt ausschließlich in Form von Scandium-Erzen in einigen seltenen Mineralien auf. Obwohl Scandium in über 800 verschiedenen Mineralien nachgewiesen wurde, bleibt es aufgrund der äußerst geringen Konzentrationen sehr selten.
Scandium ist in einigen seltenen Mineralien enthalten. Das häufigste dieser Mineralien ist Thortveitit, welches ein Scandiumsilicat, also eine Verbindung aus Silicium, Sauerstoff und Scandium, darstellt. Ein weiteres, jedoch sehr selten vorkommendes, dieser Minerale ist Kolbeckit, worin Scandium als Scandiumphosphat vorkommt (Scandium in Verbindung mit Phosphor mit einem zusätzlichen Wassermolekühl in der Kristallstruktur = Kristallwasser). Ein extrem seltenes dieser Minerale ist Bazzit, ein Mineral, welches dem Aquamarin ähnelt und hellblaue Kristalle nach dem hexagonalen System bildet. Weitere Mineralien, in denen Scandium enthalten ist, sind Euxenit und Gadolinit.
Scandium kommt außerdem als sekundäre Quelle vor: Es befindet sich als „Verunreinigung“ in Erzkonzentraten der Übergangsmetalle, beispielsweise in russischen und chinesischen Wolfram- und Tantalitkonzentraten. Darüber hinaus fällt Scandium bei der Aufbereitung uranhaltiger Erze als Nebenprodukt an.
Die Geschichte der Entdeckung von Scandium erstreckt sich über fast 100 Jahre. Von den ersten Hinweisen im Jahr 1840 bis hin zur isolierten Gewinnung von reinem Scandium 1937. Im Laufe dieser Zeit bauten verschiedene Wissenschaftler auf den bereits erzielten Erkenntnissen auf, was zur erfolgreichen Identifizierung dieses seltenen Elements führte.
Als primärer Ausgangsstoff für die Scandium-Gewinnung dient das Erz Thortveitit. Dieses wird zunächst durch eine Erzaufbereitung angereichert und chemisch aufgeschlossen, wodurch Scandiumoxid entsteht. Bei der Uranaufbereitung fällt häufig Scandium zusätzlich als Nebenprodukt an, welches in den weiteren Verarbeitungsprozess integriert werden kann. Danach wird ein Hydroxid durch Schmelzen des Scandiums oder die Zugabe von Natriumhydroxid gebildet. Dieses Hydroxid lässt sich anschließend entweder mit Flusssäure in Scandiumfluorid oder mit Salzsäure in Scandiumchlorid umwandeln.
Um metallisches Scandium zu erhalten, wird das Scandiumchlorid durch eine Schmelzflusselektrolyse an einer Zinkkathode reduziert, wobei Lithiumchlorid und Kaliumchlorid zugesetzt werden, um den Schmelzpunkt zu senken. Alternativ kann dem Scandiumfluorid auch Calcium hinzugegeben werden, um dieses auf Scandium zu reduzieren.
Scandium findet vor allem Verwendung in Hochleistungs-Hochdruck-Quecksilberdampfanlagen, wo es in Form von Scandiumiodid eingesetzt wird. Dieses gelbe Salz entsteht, wenn Scandium mit Iod reagiert. Zusammen mit Holmium und Dysprosium erzeugt dieses Scandiumiodid eine tageslichtähnliche Beleuchtung, weshalb es für Studio- und Stadionbeleuchtungen verwendet wird.
In der Metalltechnik besitzt Scandium zwar eine geringe Bedeutung, wird jedoch als Legierungsmetall in hochwertigen Gabeln und Rennradrahmen eingesetzt, da bereits geringe Zusätze von Scandium, kombiniert mit Metallen wie Aluminium und Titan, die Festigkeit der Legierung erhöhen. Dieser strukturstabilisierende Effekt wird auch im militärischen Bereich genutzt, zum Beispiel beim Flugzeugbau und in der Herstellung von Waffen. Aufgrund seiner geringen Dichte und hohen Schmelztemperatur eignet sich Scandium zudem als Werkstoff für die Raumfahrt.
Weitere Verwendungen in der Spezialtechnik:
Unsere Quellen – hier erfahrt ihr noch mehr zu Scandium:
Squarevest: Scandiumoxid – Investition in die Seltene Erde Scandium