Scandium - L’Élémentarium

Scandium

Le scandium fait partie des éléments prédits par Mendeleïev, entre le calcium et le titane. Il sera identifié 10 ans plus tard dans un métal par le chimiste suédois Lars Nilsson. C’est à lui qu’il doit son nom en référence à la Scandinavie. Mais c’est Per Teodor Cleve qui comprit qu’il s’agissait du métal manquant de Mendeleïev.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structure cristalline	Rayon métallique pour la coordinence 12
21	44,96 g.mol^-1	[Ar] 3d¹ 4s²	hexagonale compacte de paramètres a = 0,3309 nm et c = 0,5273 nm	164,1 pm

Données physiques

Masse volumique	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
2,989 g.cm^-3	1 539°C	2 832°C	1,77.10⁶ S.m^-1	15,8 W.m^-1.K^-1	décomposé

Données chimiques

Électronégativité de Pauling		pKa : Sc_aq³⁺/Sc₂(OH)_2aq⁴⁺		E° : Sc³⁺ + 3e = Sc_(s)		pKs : Sc(OH)₃
1,36		4,6		-2,1 V		26,3

Données thermodynamiques

Scandium cristallisé

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 34,7 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,5 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 16 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 339 kJ.mol^-1

Scandium gazeux

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 378 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 336,2 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 174,7 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 22,1 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Voir le produit terres rares. Ne sont détaillées ici que quelques données particulières, des données plus complètes sont développées dans le produit terres rares.

En effet, les terres rares représentent le groupe des lanthanides (éléments de numéros atomiques compris entre 57 et 71, du lanthane au lutécium) auquel on ajoute, du fait de propriétés chimiques voisines (même colonne de la classification périodique), l’yttrium (Y) et le scandium (Sc). On distingue les terres cériques, légères (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme et samarium) des terres yttriques, plus lourdes (les autres terres rares).

État naturel

Les teneurs des minerais en scandium sont toujours très faibles : quelques ppm à quelques dizaines de ppm.

Production

Dans le monde, de 10 à 15 t/an d’oxyde comme co-produit, principalement en :

Chine, par la sidérurgie et les métallurgies du titane, de l’étain et du tungstène.
Kazakhstan et Ukraine, lors de la production d’uranium.
Russie, lors du traitement des apatites destinées à l’industrie des engrais.

Utilisations

Le scandium est principalement utilisé, à des teneurs de 0,1 à 0,5 %, dans des alliages d’aluminium destinés à des applications dans l’industrie aérospatiale et le sport. A des teneurs pouvant atteindre 2 % il a été utilisé, en Russie, pour la production des Mig 21 et 29.
Il est également employé dans des lampes halogènes sous forme d’iodure de scandium afin d’obtenir une lumière proche de celle d’une source naturelle.

Bibliographie

« Rare Earth Elements« , British Geological Survey, Novembre 2011.
« Le scandium (Sc) – éléments de criticité« , BRGM, novembre 2017.
Y. Teitler, M. Cathelineau, M. Ulrich, « La ressource scandium : potentiel économique et gîtologie« . Programme « Géochimie et minéralogie du scandium dans les latérites de Nouvelle-Calédonie », CNRT « Nickel & son environnement », 2016.
« Étude de faisabilité de la saisine sur les enjeux stratégiques des terres rares« , Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques, Paris, 8 juillet 2014.
The Association for Rare Earth (RARE), 1615L Street, NW 13th floor, Washington DC 20036, États-Unis.
K. Bru, P. Christmann, J.-F. Labbé, G. Lefebvre, « Panorama mondial 2014 du marché des terres rares« , Rapport BRGM/RP-64330-FR, novembre 2015.