Scandium - Définition
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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 ressemble plus chimiquement à l'yttrium et aux terres rares qu'il ne ressemble à l'aluminium et au titane qui sont ses voisins dans le tableau périodique. L'état d'oxydation le plus commun du scandium est +3.
Histoire
Scandium (latin : scandia→scandinavie) a été découvert par Lars Fredrick 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'euxenite 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 ekaboron, en utilisant sa loi périodique. Per Theodor Cleve découvrit l'oxyde de scandium à peu près au même moment mais contrairement à Nilson, Cleve détermina que le scandium était identique à l'ekaboron.
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.
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 possèdant 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 anti recristallisants 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 protèger des surfaces optiques car il est très dur, résistant, transparent en UV et assez résistant à la corrosion.
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 47 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 un poids 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.
