Scandium

Le scandium est l'élément chimique de numéro atomique 21, de symbole Sc. Il fait partie des métaux de transition et — avec l'yttrium et les lanthanides — des terres rares. Le scandium est généralement présent à de faibles teneurs parmi les terres rares, mais c'est aussi un élément principal de quelques minéraux rares, notamment découverts en Scandinavie (d'où son nom).

Scandium
Scandium, sublimé dendritique et cube de 1 cm3
Calcium ← Scandium → Titane —     21 Sc                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Sc ↓ Y Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	Sc
Nom	Scandium
Numéro atomique	21
Groupe	3
Période	4e période
Bloc	Bloc d
Famille d'éléments	Métal de transition
Configuration électronique	[Ar] 3d1 4s2
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 9, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	44,955 908 ± 0,000 005 u
Rayon atomique (calc)	160 pm (184 pm)
Rayon de covalence	170 ± 7 pm
État d’oxydation	3
Électronégativité (Pauling)	1,36
Oxyde	base faible
Énergies d’ionisation
1re : 6,561 49 eV	2e : 12,799 77 eV
3e : 24,756 66 eV	4e : 73,489 4 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
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	solide
Masse volumique	2,989 g·cm-3 (25 °C)
Système cristallin	Hexagonal compact
Couleur	Blanc argenté
Point de fusion	1 541 °C
Point d’ébullition	2 836 °C
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]
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
Divers
No CAS	7440-20-2
No ECHA	100.028.299
No CE	231-129-2
Précautions
SGH
Danger H228 et P210 H228 : Matière solide inflammable P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Dans les conditions normales de température et de pression, le corps simple est un métal mou, d'aspect blanc argenté.

Isotopes

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

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

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 (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

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. 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 : scandia→scandinavie) 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

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 23^e élément le plus abondant dans le Soleil, mais seulement le 50^e 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

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

La poudre de scandium métallique est inflammable.

Dans la fiction

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

Voir aussi

Liens externes

• (en) « Technical data for Scandium » (consulté le 12 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

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Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métalloïdes	Non-métaux	Halogènes	Gaz nobles	Éléments non classés
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