Skandium

Historia

Ruotsalainen kemisti Lars Fredrik Nilson löysi skandiumin tutkiessaan mineraaleja eukseniitti, joka oli peräisin Aredalista Norjasta, ja gadoliniitti, joka oli Ytterbystä Ruotsista. Tarkoituksena oli tutkia harvinaisten maametallien kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia Sven Otto Petterssonin kanssa. Edellä mainituista mineraaleista Nilson uutti 63 grammaa erbiamaalajia (nimi viittaa erbiumiin). Tästä hän löysi edelleen uuden alkuaineen, joka sopi ruotsalaisen kemistin ja geologin Per Teodor Cleven mukaan Dmitri Mendelejevin ennustamaan ekaboriin (sanskriitin eka = yksi). Nilson nimesi uuden alkuaineen skandiumiksi, koska se oli löydetty Skandinavian mineraalista. Ruotsalainen fyysikko Tobias Robert Thalén varmisti kohta alkuaineen olemassaolon löytämällä erbian spektristä aiemmin tuntemattomia viivoja. Vasta vuonna 1937 valmistettiin metallista skandiumia liuoksesta, joka sisälsi kaliumkloridia KCl, litiumkloridia LiCl ja skandiumkloridia ScCl₃.

Fysikaaliset ominaisuudet

Skandium on vaaleanharmaa, kiiltävä ja hieman pehmeä metalli. Se on kohtalaisen pysyvää ilmassa, mutta saattaa hitaasti saada kellertävää väriä pintaan muodostuvan skandiumoksidikerroksen (Sc₂O₃) vaikutuksesta.
Skandiumilla on kaksi allotrooppista muotoa. α-skandiumin kiderakenne on tiiviisti pakattu heksagonaalinen (a = 330,88 pm ja c = 526,80 pm) huoneenlämpötilassa. Skandiumin β-muoto on tilakeskinen kuutiollinen (bcc), jolle on arvioitu a = 373 pm kun lämpötila ylittää 1 337 °C.
Skandium on paramagneettista aina absoluuttisesta nollapisteestä sulamispisteeseensä (1 541 °C) saakka. Siitä tulee suprajohtavaa lähellä absoluuttista nollapistettä alle −273,1 °C lämpötilassa kun paine ylittää 186 kilobaaria.

Isotoopit

Kaikki luonnosta löytyvä skandium on ⁴⁵Sc isotooppia. Ainoan pysyvän isotoopin lisäksi sille tunnetaan yli 20 radioisotooppia, näiden massaluvut ovat välillä 36–60. Niistä pitkäikäisin on vuonna 1936 löydetty ⁴⁶Sc, jonka puoliintumisaika on hieman alle 84 päivää. Seuraavaksi stabiileimmat ovat ⁴⁷Sc jonka puoliintumisajaksi on mitattu 3,35 päivää, ⁴⁸Sc (noin 43,7 tuntia) ja ⁴⁴Sc (4 tuntia). Kaikkien muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle neljä tuntia, useimmilla alle muutaman minuutin. Lisäksi skandiumilla on viisi meta­stabiilia ydinisomeeria. 
Isotoopit joiden massat ovat alle ainoan pysyvän isotoopin ⁴⁵Sc massan hajoavat pääasiassa elektronisieppauksella, sitä raskaammat isotoopit hajoavat enimmäkseen β⁻-hajoamisella. Keveiden isotooppien hajoamistuotteet ovat yleensä kalsiumin isotooppeja, pysyvää isotooppia raskaammat taas useimmiten hajoavat titaanin isotoopeiksi. ⁴⁴Sc hajoaa poikkeuksellisesti β⁺-hajoamisella.

Esiintyminen ja käyttö

Luonnossa skandium esiintyy harvinaisten maametallien ohella ja rauta- ja magneettimineraaleissa. Norjalaiset geologit löysivät 1980-luvulla tavattoman suuria skandiummalmiesiintymiä Finnmarkista Pohjois-Norjasta. Suomessa skandiumia on Rautalammilla Kiviniemen esiintymässä.
On osoittautunut, että skandiumia voidaan käyttää joissakin lasereissa sekä mahdollisesti joidenkin keraamisten suprajohteiden valmistamisessa. Skandiumjodidia ScI₃ käytetään erityisesti päivänvalolampuissa elohopean ja natriumin ohella. Eräistä metalliseoksista saadaan kovempia, kun niihin lisätään skandiumia. Skandium on alumiinia hivenen painavampi, mutta sulamispiste on selvästi korkeampi, sitä on käytetty esimerkiksi lentokoneen osissa ja avaruustekniikassa.