Fakten über Scandium

Scandium ist ein silbriges Metall, das weich ist und eine Dichte hat, die etwa dreimal so groß ist wie die von Wasser. Scandium ist ein Übergangsmetall und gilt laut Chemicool aufgrund ähnlicher chemischer Eigenschaften (z. B. Schwierigkeiten bei der Extraktion und Trennung von anderen Elementen) und seines Vorkommens in denselben Erzen auch als Seltenerdelement.

Scandium ist laut Periodensystem das 31. häufigste Element auf der Erde, mit einer Häufigkeit von etwa 22 Gewichtsteilen pro Million in der Erdkruste, so Chemicool.

Scandium ist dünn verstreut und wurde in über 800 Mineralien gefunden. Laut Scandium Mining kommt Scandium in diesen Mineralien in seiner Oxidform (Sc2O3, auch bekannt als Scandia oder Scandiumoxid) vor. Laut Chemistry Explained gibt es viele kommerzielle Einsatzmöglichkeiten für Scandium, auch wenn die Kosten für Scandium typischerweise hoch sind – mehrere tausend Dollar pro Kilogramm für Scandiumoxid und bis zu ein paar hunderttausend Dollar pro Kilogramm für reines Scandium.

Der russische Chemiker Dmitri Mendelejew, Erfinder des Periodensystems, sagte laut der New World Encyclopedia 1869 die Existenz und die Eigenschaften von Scandium (das er „Ekaboron“ nannte – ähnlich wie Bor) voraus. Lars Fredrick Nilson, ein schwedischer Chemiker, entdeckte das Element 1879 bei der Untersuchung der Spektren der Mineralien Euxenit und Gadolinit. Das Element wurde nach dem lateinischen Wort für Skandinavien, „Scandia“, benannt, aufgrund der Mineralien, in denen damals Scandium vorkam Laut Peter van der Krogt, einem niederländischen Historiker, gibt es diese Zeit nur auf der skandinavischen Halbinsel. Per Teodor Cleve, ein schwedischer Chemiker, stellte die Verbindung her, dass das von Nilson entdeckte neue Element dasselbe sei wie das von Mendelejew beschriebene vorgeschlagene Element.

Beim ersten Versuch, Scandium zu isolieren, verarbeiteten Nilson und sein Team 10 Kilogramm Euxenit und konnten etwa zwei Gramm Scandiumoxid herstellen. Laut der New World Encyclopedia wurde metallisches Scandium erst 1937 von den deutschen Chemikern Werner Fischer, Karl Brünger und Hans Grienseisen zum ersten Mal hergestellt. Im Jahr 1960 wurde 99 Prozent reines Scandium hergestellt.

Der Großteil der Forschung mit Scandium erfolgt über die Verwendung von Scandiumlegierungen, insbesondere mit Aluminium. In den meisten dieser Studien werden die Vorteile der Kombination von Scandium mit anderen Metallen und die möglichen Verwendungsmöglichkeiten dieser Legierungen erörtert. Es gibt neue Methoden bei der Arbeit mit den Legierungen, wie zum Beispiel ein 1997 von William Tack, einem amerikanischen Erfinder, angemeldetes Patent, und fortlaufende Studien zur Rückgewinnung von Scandium aus verschiedenen Ressourcen, wie zum Beispiel diese Studie von Weiwei Wang et al., einer Gruppe von Australiern Forscher, veröffentlicht 2010 in Elsevier in der Rubrik Hydrometallurgie.

Tacks Patent beschrieb ein Verfahren zur Verwendung von Aluminium-Scandium-Legierungen zum Zusammenbau von Strukturen wie Fahrradrahmen durch Schweißen. Die verwendeten Legierungen enthielten unterschiedliche Mengen Scandium sowie andere „Füllstoffe“ wie Silizium, Mangan, Magnesium, Zirkonium, Titan und Kupfer, um mithilfe der Schweißtechnik des Autors die beste Materialkombination für verschiedene Strukturen zu ermitteln.

In der Studie von 2010 wurden mehrere Prozesse zur Rückgewinnung von Scandium aus mehreren Ressourcen beschrieben. Scandium wird hauptsächlich als Nebenprodukt beim Abbau anderer Erze wie Uran, Aluminium, Titan, Zirkonium und anderer Seltenerderze gewonnen. Zur Gewinnung des Scandiums in den verbleibenden Erzen werden verschiedene Techniken eingesetzt, darunter Auslaugen, Lösungsmittelextraktion, Fällung und Kalzinierung.

In einer 2016 veröffentlichten Dissertationsstudie von Claire Parker, einer Studentin der Meereswissenschaften in Kalifornien, wird die Bedeutung von Scandium im Ozean erörtert. Spurenmetalle sind essentielle Mikronährstoffe für die Gesundheit der Meeresumwelt, und während Eisen das am besten untersuchte ist, ist Scandium eines der am wenigsten untersuchten Spurenelemente, die im Ozean vorkommen. Es sind keine biologischen Rollen von Scandium bekannt. Dem Autor zufolge könnte das im Ozean gelöste Scandium daher mit der nicht nährstoffreichen Seite des ozeanischen Eisenkreislaufs in Zusammenhang stehen.

Basierend auf mehreren Studien und diskutiert in der Dissertation weisen gelöstes Scandium und Eisen im Ozean ähnliche Verteilungen, Konzentrationen und Reaktivitäten auf (basierend auf einer ähnlichen anorganischen Verbindung). Der Autor kommt zu dem Schluss, dass die Untersuchung sowohl von Eisen als auch Scandium und ihrer Eigenschaften im Ozean „neue Einblicke in die im Ozean ablaufenden physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse“ liefern kann.

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Rachel Ross ist Wissenschaftsautorin und Redakteurin mit den Schwerpunkten Astronomie, Geowissenschaften, Physik und Mathematik. Sie hat einen Bachelor of Arts in Philosophie von der University of California Davis und einen Master-Abschluss in Astronomie von der James Cook University. Sie verfügt außerdem über ein Zertifikat in wissenschaftlichem Schreiben der Stanford University. Bevor sie Wissenschaftsjournalistin wurde, arbeitete Rachel am Las Cumbres Observatory in Kalifornien, wo sie sich auf Bildung und Öffentlichkeitsarbeit spezialisierte, ergänzt durch wissenschaftliche Forschung und Teleskopbetrieb. Während ihres Grundstudiums unterrichtete Rachel auch eine Einführung in das Astronomielabor und arbeitete mit einem Forschungsastronomen zusammen.

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