Scandium

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Scandium
Scandium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
Scandium, sublimé dendritique et cube de 1 cm3
CalciumScandiumTitane
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
21
Sc
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
Sc
Y
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Scandium, Sc, 21
Famille d'éléments métaux de transition
Groupe, période, bloc 3, 4, d
Masse volumique 2,989 g·cm-3 (25 °C)[1]
Couleur Blanc argenté
No CAS 7440-20-2[2]
No EINECS 231-129-2
Propriétés atomiques
Masse atomique 44,955908 ± 0,000005 u[1]
Rayon atomique (calc) 160 pm (184 pm)
Rayon de covalence 170 ± 7 pm[3]
Configuration électronique [Ar] 4s2 3d1
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 9, 2
État(s) d’oxydation 3
Oxyde base faible
Structure cristalline Hexagonal compact
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
[réf. souhaitée]
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[4]
1re : 6,56149 eV 2e : 12,79977 eV
3e : 24,75666 eV 4e : 73,4894 eV
5e : 91,65 eV 6e : 110,68 eV
7e : 138,0 eV 8e : 158,1 eV
9e : 180,03 eV 10e : 225,18 eV
11e : 249,798 eV 12e : 687,36 eV
13e : 756,7 eV 14e : 830,8 eV
15e : 927,5 eV 16e : 1 009 eV
17e : 1 094 eV 18e : 1 213 eV
19e : 1 287,97 eV 20e : 5 674,8 eV
21e : 6 033,712 eV
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
Précautions
SGH[5]
SGH02 : Inflammable
Danger
H228, P210,
Directive 67/548/EEC[5]
Facilement inflammable
F



Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le scandium est l'élément chimique de numéro atomique 21, de symbole Sc.

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.

Isotopes[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes du scandium.

Le scandium possède 25 isotopes de nombre de masse variant entre 36 et 60, et 10 isomères nucléaires connus. Parmi eux, seul 45Sc est stable et constitue l'intégralité du scandium présent dans la nature, faisant du scandium à la fois un élément monoisotopique et un élément mononucléidique. Sa masse atomique standard est de 44,955912(6) u.

Caractéristiques notables[modifier | modifier le code]

Le scandium est un élément métallique mou, rare, trivalent, très léger qui devient jaunâtre ou rose lorsqu'il est exposé à l'air. Cet élément a des propriétés chimiques intermédiaires entre celles de l'aluminium et de l'yttrium. L'état d'oxydation le plus commun du scandium est +3.

Applications[modifier | modifier le code]

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 comparable 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 beaucoup plus élevé que celui de l'aluminium et presque aussi léger (densité 2,9) est étudié pour de possibles applications aérospatiales.

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

Le scandium est le plus puissant des antirecristallisants connus, dans l'aluminium. Cette propriété intéresse actuellement l'industrie aéronautique. On l'utilise à des taux très 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 protéger des surfaces optiques car il est très dur, résistant, transparent en UV et assez résistant à la corrosion.

Histoire[modifier | modifier le code]

Découvertes des terres rares.
Yttrium (1794)

Yttrium



Terbium (1843)



Erbium (1843)
Erbium

Erbium



Thulium (1879)



Holmium (1879)

Holmium



Dysprosium (1886)






Ytterbium (1878)

Ytterbium

Ytterbium



Lutécium (1907)




Scandium (1879)








Cérium (1803)

Cérium


Lanthane (1839)

Lanthane


Didyme (1839)
Didyme

Néodyme (1885)



Praséodyme (1885)



Samarium (1879)

Samarium

Samarium



Europium (1901)





Gadolinium (1880)







Prométhium (1947)


Diagrammes des découvertes des terres rares. Les dates entre parenthèses sont les dates d'annonces des découvertes[6]. Les branches représentent les séparations des éléments à partir d'un ancien (l'un des nouveaux éléments conservant le nom de l'ancien, sauf pour le didyme).

Le scandium (latin : scandiascandinavie) a été découvert par Lars Fredrik Nilson en 1879 lorsque 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'euxénite afin d'obtenir 2 grammes d'oxyde de scandium (Sc2O3) très pur.

En 1869, Dmitri Mendeleïev prédit certaines propriétés du scandium qu'il nomma alors ekabore, en utilisant sa loi périodique. Per Teodor Cleve découvrit l'oxyde de scandium à peu près au même moment mais contrairement à Nilson, Cleve montra que le scandium était identique à l'ekabore.

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[modifier | modifier le code]

Les seules sources de scandium concentré connues sont les minerais de thortveitite, d'euxénite et de gadolinite que l'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 seulement 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 actuellement principalement 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[modifier | modifier le code]

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 47Sc 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 une masse 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 alors qu'après c'est l'émission béta.

Précautions / toxicologie[modifier | modifier le code]

La poudre de scandium métallique est inflammable.

Dans la fiction[modifier | modifier le code]

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

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (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 », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, , 87e éd. (ISBN 0849304873), p. 10-202
  5. a et b SIGMA-ALDRICH
  6. (en) Episodes from the History of the Rare Earth Elements, Springer Netherlands, coll. « Chemists and Chemistry », (ISBN 9789401066143 et 9789400902879, DOI 10.1007/978-94-009-0287-9), xxi.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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