Scandium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

In der Erdkruste kommt Scandium etwa so häufig vor wie Cobalt und häufiger als Blei. Trotzdem gilt es als seltenes Metall, denn es ist sehr fein verteilt und reichert sich kaum in eigenen Lagerstätten an. Das einzige bedeutende Scandiummineral ist der Thortveitit, der in Norwegen und auf Madagaskar vorkommt, aber nur in kleinen Mengen. Heute gewinnt man Scandium fast ausschließlich als Nebenprodukt, etwa bei der Aufbereitung von Erzen für Titan, Uran, Nickel oder Seltene Erden. Weltweit entstehen jährlich nur einige Dutzend Tonnen Scandiumoxid.

Der schwedische Chemiker Lars Fredrik Nilson entdeckte Scandium 1879 in den skandinavischen Mineralen Euxenit und Gadolinit. Den Namen wählte er nach Skandinavien. Sein Landsmann Per Teodor Cleve erkannte kurz darauf, dass es sich um das Element handelte, das Mendelejew einige Jahre zuvor als „Eka-Bor“ angekündigt hatte. Mendelejew hatte die Atommasse sowie Formel und Dichte des Oxids aus der Lücke in seinem Periodensystem abgeleitet. Die Entdeckung von Scandium, Gallium und Germanium half entscheidend dabei, dass sein Periodensystem anerkannt wurde. Reines metallisches Scandium wurde erst im zwanzigsten Jahrhundert hergestellt, durch Elektrolyse einer Salzschmelze.

Eigenschaften und Reaktionen

Scandium steht in Periode 4 und Gruppe 3. Seine Elektronenkonfiguration ist [Ar] 3d¹ 4s²: Es hat also nur ein einziges d-Elektron. Gibt das Atom die beiden 4s-Elektronen und das 3d-Elektron ab, entsteht das Ion Sc³⁺ mit der Elektronenkonfiguration von Argon. Deshalb kommt Scandium in Verbindungen fast nur mit der Oxidationsstufe plus drei vor. Weil diesem Ion die d-Elektronen fehlen, sind Scandiumverbindungen meist farblos, während viele andere Übergangsmetalle farbige Verbindungen bilden. Chemisch ähnelt Scandium deshalb eher Yttrium und den Lanthanoiden; zusammen mit ihnen zählt man es zu den Metallen der Seltenen Erden.

Mit einer Dichte von 2,99 g/cm³ ist Scandium fast so leicht wie Aluminium. Es schmilzt bei 1541 °C und siedet bei 2836 °C, die Elektronegativität beträgt 1,36. An der Luft überzieht sich das Metall mit einer dünnen Oxidschicht und läuft leicht gelblich an. In verdünnten Säuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff. Beim Erhitzen an der Luft verbrennt es zu Scandiumoxid, Sc₂O₃, einem weißen, sehr hoch schmelzenden Pulver.

Verwendung in Alltag und Technik

Die wichtigste Anwendung sind Aluminium-Scandium-Legierungen. Schon ein Zusatz von wenigen Zehnteln Prozent Scandium macht das Gefüge des Aluminiums feinkörniger, erhöht die Festigkeit deutlich und verbessert die Schweißbarkeit. Solche Legierungen werden in der Luftfahrt eingesetzt, aber auch für Sportgeräte wie Fahrradrahmen, Baseballschläger und Rahmen von Revolvern. Wegen des hohen Preises bleibt der Einsatz bislang auf Spezialanwendungen beschränkt.

Scandiumiodid wird zusammen mit anderen Salzen in Halogen-Metalldampflampen verwendet. Diese Lampen erzeugen ein sehr helles Licht, das dem Tageslicht ähnelt, und beleuchten zum Beispiel Sportstadien und Filmsets. Ein weiteres Einsatzfeld sind Festoxid-Brennstoffzellen: Zirconiumdioxid, das mit Scandiumoxid versetzt ist, leitet bei hohen Temperaturen Oxid-Ionen besonders gut und dient dort als Elektrolyt.

Für Lebewesen spielt Scandium keine bekannte Rolle. In den geringen Mengen, in denen es in der Umwelt vorkommt, gilt es als ungefährlich.

Kurz gefragt

Zu welchem Element gehoert die Elektronenkonfiguration [Ar] 4s1?

Häufige Fragen