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Scandium

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Scandium
Image illustrative de l’article Scandium
Scandium, sublimé dendritique et cube de 1 cm3
CalciumScandiumTitane
 Structure cristalline hexagonale compacte
 
21
Sc
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  
                      
Sc
Y
Tableau completTableau étendu
Position dans letableau périodique
SymboleSc
NomScandium
Numéro atomique21
Groupe3
Période4e période
BlocBloc d
Famille d'élémentsMétal de transition
Configuration électronique[Ar] 3d1 4s2
Électrons parniveau d’énergie2, 8, 9, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique44,955 908 ± 0,000 005 u[1]
Rayon atomique(calc)160 pm (184 pm)
Rayon de covalence170 ± 7 pm[2]
État d’oxydation3
Électronégativité(Pauling)1,36
Oxydebase faible
Énergies d’ionisation[3]
1re :6,561 49 eV2e :12,799 77 eV
3e :24,756 66 eV4e :73,489 4 eV
5e :91,65 eV6e :110,68 eV
7e :138,0 eV8e :158,1 eV
9e :180,03 eV10e :225,18 eV
11e :249,798 eV12e :687,36 eV
13e :756,7 eV14e :830,8 eV
15e :927,5 eV16e :1 009 eV
17e :1 094 eV18e :1 213 eV
19e :1 287,97 eV20e :5 674,8 eV
21e :6 033,712 eV
Isotopes les plus stables
IsoANPériodeMDEdPD
MeV
45Sc100 %stable avec 24neutrons
46Sc{syn.}83,79 jβ-2,36746Ti
Propriétés physiques ducorps simple
État ordinairesolide
Masse volumique2,989 g·cm-3 (25 °C)[1]
Système cristallinHexagonal compact
CouleurBlanc argenté
Point de fusion1 541 °C[1]
Point d’ébullition2 836 °C[1]
Enthalpie de fusion14,1 kJ·mol-1
Enthalpie de vaporisation314,2 kJ·mol-1
Volume molaire15,00×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur22,1 Pa à
1 538,85 °C
[réf. souhaitée]
Chaleur massique568 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique1,77×106 S·m-1
Conductivité thermique15,8 W·m-1·K-1
Divers
No CAS7440-20-2[4]
No ECHA100.028.299
No CE231-129-2
Précautions
SGH[5]
SGH02 : Inflammable
Danger
H228 etP210
H228 : Matière solide inflammable
P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer.

Unités duSI &CNTP, sauf indication contraire.
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Lescandium est l'élément chimique denuméro atomique 21, de symbole Sc. Il fait partie desmétaux de transition et — avec l'yttrium et leslanthanides — desterres rares. Le scandium est généralement présent à de faiblesteneurs parmi les terres rares, mais c'est aussi un élément principal de quelquesminéraux rares, notamment découverts enScandinavie (d'où son nom).

Dans lesconditions normales de température et de pression, lecorps simple est unmétal mou, d'aspect blanc argenté.

Isotopes

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Article détaillé :Isotopes du scandium.

Le scandium possède 25isotopes denombre de masse variant entre 36 et 60, et 10isomères nucléaires connus. Parmi eux, seul45Sc est stable et constitue l'intégralité du scandium présent dans la nature, faisant du scandium à la fois unélément monoisotopique et unélément mononucléidique. Samasse atomique standard est de 44,955912(6)u.

Caractéristiques notables

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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

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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 de4 000 K - « blanc neutre ») qui est utilisé comme source lumineuse pour la vidéo de nuit ou en intérieur.

L'isotope radioactif46Sc, du fait de sademi-vie courte (84 jours), est utilisé comme marqueur dans les raffineries depétrole lors ducraquage et pour la détection de fuites de canalisations.

Le scandium possédant unpoint 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'unalliage aluminium-lithium (en) 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

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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 parLars Fredrik Nilson en1879 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 degadolinite. Afin d'isoler l'élément il traita 10 kilogrammes d'euxénite afin d'obtenir 2 grammes d'oxyde de scandium (Sc2O3) très pur.

En1869,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.

En1937, pour la première fois du scandium métallique est produit par électrolyse d'un mélange depotassium, delithium, et d'oxyde de scandium fondu vers700 à 800 °C.La première livre de scandium métallique pur à 99 % ne fut pas produite avant1960.

Occurrence

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Les seules sources de scandium concentré connues sont les minerais dethortveitite, d'euxénite et degadolinite que l'on trouve en faible quantité en Scandinavie. On ne trouve pas naturellement de scandium métallique. Le scandium est le23e élément le plus abondant dans le Soleil, mais seulement le50e 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, lathortveitite, et on le trouve aussi comme résidu après l'extraction dutungstène de lawolframite.

Le scandium est actuellement principalement unsous-produit de la purification de l'uranium. On l'isole industriellement par réduction dufluorure de scandium en présence decalcium métallique.

Isotopes

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On ne trouve naturellement qu'un seul isotope du scandium le45Sc. On a découvert 13 autres isotopes dont les plus stables sont le46Sc avec une demi-vie de 83,79 jours, le47Sc avec une demi-vie de 3,3492 jours, et le48Sc 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 39,978uma pour le40Sc, jusqu'à 53,963 uma pour le54Sc. Le mode de désintégration primaire pour les isotopes avant45Sc est lacapture électronique alors qu'après c'est l'émission béta.

Précautions / toxicologie

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La poudre de scandium métallique est inflammable.

Dans la fiction

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Le scandium est un élément central de l'histoire duCycle d'Antarès de la bande-dessinéeLes Mondes d'Aldébaran du dessinateurLéo.

Notes et références

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  1. abc etd(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. (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)
  3. (en) David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC,,87e éd.(ISBN 0849304873),p. 10-202
  4. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  5. SIGMA-ALDRICH
  6. (en)Episodes from the History of the Rare Earth Elements, Springer Netherlands,coll. « Chemists and Chemistry »,1er janvier 1996(ISBN 9789401066143 et9789400902879,DOI 10.1007/978-94-009-0287-9), xxi.

Voir aussi

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Liens externes

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