Scandio

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Lo scandio è l'elemento chimico di numero atomico 21: il suo simbolo è Sc. È un elemento di transizione tenero, bianco argenteo, presente in alcuni rari minerali della Scandinavia ed a volte viene classificato insieme con l'ittrio e i lantanidi come una terra rara.

[modifica] Caratteristiche

Lo scandio è un elemento molto raro, un metallo trivalente molto leggero; il suo colore, se esposto all'aria, vira leggermente verso il giallo o il rosa. Le sue proprietà chimiche sono più simili all'Ittrio e alle terre rare piuttosto che all'alluminio o al titanio, suoi vicini nella tavola periodica. Lo stato di ossidazione più comune dello scandio è +3, e in forma metallica viene attaccato da una miscela 1:1 di H N O₃ e HF.

[modifica] Applicazioni

Circa 20 Kg di scandio vengono consumati ogni anno (come Sc₂O₃) negli Stati Uniti per la costruzione di lampade ad alta intensità: addizionando ioduro di scandio ad una lampada a vapori di mercurio si ottiene una fonte di luce molto simile alla luce solare ed energeticamente molto efficiente; tali lampade vengono usate negli studi televisivi. Altri 80 kg di scandio all'anno sono impiegati per la produzione di lampadine.
L'isotopo radioattivo ⁴⁶Sc viene usato nelle raffinerie di petrolio come tracciante radioattivo.

Nelle leghe alluminio-scandio per attrezzi sportivi (biciclette, mazze da baseball ecc.): questo è l'uso quantitativamente prevalente. Quando viene aggiunto all'alluminio, lo scandio ne migliora la resistenza e la duttilità, oltre a prevenirne l'invecchiamento e incrementare la resistenza alla fatica, attraverso la formazione di fasi Al₃Sc. Inoltre è stato dimostrato che l'aggiunta di scandio riduce il numero e la gravità delle crepe da solidificazione nelle leghe di alluminio ad alta resistenza.
Nell'industria aerospaziale, per particolari strutturali in alluminio ad alte prestazioni.

[modifica] Storia

Nel 1869 Dmitri Mendeleev, in base alla sua legge periodica, predisse l'esistenza dello scandio ed alcune delle proprietà che avrebbe dovuto avere e lo chiamò ekaboro. Lo scandio (dal latino Scandia, "Scandinavia") fu poi scoperto da Lars Fredrick Nilson nel 1879 mentre lui e i suoi collaboratori stavano cercando terre rare metalliche. Nilson usò l'analisi spettroscopica per trovare il nuovo elemento all'interno dell'euxenite e della gadolinite. Per isolarlo processò 10 chili di euxenite con altri residui di terre rare, per ottenere circa 2 grammi di scandio sotto forma di ossido (Sc₂O₃). Per Teodor Cleve isolò l'ossido di scandio circa nello stesso tempo di Nilson, ma diversamente da lui determinò che lo scandio era identico all'ekaboro di Mendeleev.

Nel 1937 venne preparato per la prima volta lo scandio metallico per elettrolisi di una fusione eutettica di potassio, litio e cloruro di scandio a 700-800 °C: gli elettrodi erano un cavo di tungsteno in un letto di zinco liquido e il crogiuolo stesso, fatto di grafite. La produzione di quantità rilevanti di scandio metallurgico (metallico e puro al 99%) dovette però aspettare fino al 1960.

[modifica] Abbondanza

Le uniche fonti concentrare di questo elemento sono alcuni minerali rari provenienti dalla Scandinavia e dalla Malesia, come la thortveitite (di cui costituisce una rilevante parte), la euxenite e la gadolinite; lo scandio non si trova mai puro in natura.

Lo scandio è il 23° elemento in ordine di abbondanza nel sole e nelle stelle analoghe, ma solo il 50° sulla Terra; è ampiamente distribuito nella crosta terrestre, e quasi 800 minerali contengono normalmente tracce di scandio. Si pensa che il colore blu della varietà acquamarina del berillo sia dovuto allo scandio in esso contenuto. Si può trovare nei residui dell'estrazione del tungsteno dalla wolframite di Zinnwald.

La thortveitite è comunque la principale fonte di scandio, con uranio come principale sottoprodotto, di cui pure è importante fonte. Lo scandio puro è prodotto commercialmente per riduzione del fluoruro di scandio con calcio metallico.

Altra sorgente importante di scandio sono le rimanenze militari sovietiche. Non esistono giacimenti di scandio nelle Americhe o nell'Europa continentale.

[modifica] Isotopi

Lo scandio naturale è composto di un isotopo stabile, il ⁴⁵Sc. Sono stati preparati artificialmente 13 radioisotopi di scandio; i tre più stabili sono ⁴⁶Sc con emivita di 83.79 giorni, ⁴⁷Sc con emivita 3.3492 giorni, e ⁴⁸Sc con emivita 43.67 ore. Tutti i rimanenti isotopi sono altamente radioattivi con emivite di meno di 4 ore, e alcuni di meno di 2 minuti. Questo elemento ha inoltre 5 stati metastabili di cui il più stabile è ^44mSc (t_½ con 58.6 ore).

Gli isotopi dello scandio hanno un peso atomico che va da 39.978 amu (⁴⁰Sc) a 53.963 amu (⁵⁴Sc). Il modo di decadimento più frequente prima dell'isotopo stabile, ⁴⁵Sc, è la cattura elettronica con produzione di isotopi di calcio; quello dopo l'isotopo stabile invece è l'emissione beta, con produzione di isotopi di titanio.