Le scandium (Z = 21)

Métal de transition considéré comme faisant partie des terres raresL'appellation "terres rares" désigne un groupe de 17 métaux aux propriétés assez voisines, comprenant le scandium, l'yttrium et l'ensemble des 15 lanthanides (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, et lutécium). Considérés comme des métaux stratégiques, ils se sont imposés dans le secteur des hautes technologies., le scandium, bien que disséminé dans toute la croûte terrestre, ne se trouve concentré que dans de rares minéraux (euxénite, gadolinite, et surtout thortveitite), que l'on trouve notamment en Scandinavie et au nord de la Russie. On lui connait 25 isotopesOn appelle isotopes des atomes ayant le même nombre de protons, mais qui différent par leur nombre de neutrons., mais seul le scandium 45 (⁴⁵Sc) est stable, raison pour laquelle on ne trouve que ce dernier dans la nature.

Origine du scandium

Le scandium est synthétisé lors d'événements cataclysmiques, comme l'explosion d'étoiles massives arrivées au terme de leur existence (supernovae de type II), ou la coalescence de deux étoiles à neutrons (kilonova). Il s'en formerait également lors de l'explosion de naines blanches (supernovae de type Ia) dont la masse, augmentant progressivement en raison d'un apport de matière provenant d'un compagnon, finit par atteindre la limite dite de Chandrasekhar (1,4 masses solaires).

Un peu d'histoire

Le scandium a été découvert en 1879 grâce à l'analyse spectrale, par le chimiste suédois Lars Fredrik Nilson (1840-1899), qui le nomma ainsi en référence à la Scandinavie.

Le chimiste russe Dmitri Mendeleïev (1834-1907), célèbre pour sa classification périodique des éléments, avait prédit les propriétés de ce nouvel élément (qu'il appelait ekabore) dès 1869. Le chimiste suédois Per Teodor Cleve démontre peu de temps après sa découverte que le scandium n'est autre que l'ekabore prophétisé par Mendeleïev.
Difficile à extraire, il faut attendre 1937 pour que l'on réussisse à obtenir des quantités significatives de ce métal, et 1960 pour qu'une livre (un peu moins de 500 g) de scandium pur soit produite.

Propriétés du scandium

Le scandium est un métal mou, léger (sa masse volumique est d'environ 3 g/cm³), présentant un aspect blanc argenté !. Au contact de l'air, il prend un aspect rose ou jaunâtre. Sa température de fusion, relativement élevée, est de 1541°C.

Production industrielle du scandium

Son obtention se fait en plusieurs étapes : d'abord extrait de minerais sous forme d'oxyde de scandium (Sc₂O₃), il est ensuite transformé en fluorure de scandium (ScF₃), puis réduit en scandium métallique (Sc) par du calcium (ce dernier cède en effet facilement des électrons), le tout sous atmosphère inerte afin d'éviter que le scandium ne soit à nouveau oxydé.
La production mondiale de scandium ne s'élève qu'à une dizaine de tonnes par an, ce qui explique son coût très élevé (de l'ordre de 100 Euros le gramme). Ses principaux producteurs sont la Chine, le Kazakhstan, l'Ukraine et la Russie.

Quelques exemples d'utilisation du scandium

- En raison de son effet durcissant, le scandium forme avec l'aluminium des alliages légers et résistants utilisés en aéronautique (avions de chasse). Les Russes en particulier en font grand usage dans le domaine militaire.

- Le scandium est parfois utilisé dans le matériel de sport haut de gamme, en particulier pour fabriquer des cadres de vélos et des battes de base-ball (dont il améliore l'élasticité).

- Il est employé dans certaines lampes halogènes, sous forme d'iodure de scandium, car il permet d'obtenir une lumière proche de la lumière naturelle, ce qui peut s'avérer utile sur les plateaux de tournage de films.

- Combiné à certaines molécules organiques, il forme un matériau poreux qui pourrait à l'avenir être utilisé pour stocker de l'hydrogène.

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