Scandio: proprietà, preparazione, composti

Lo scandio è un metallo con numero atomico 21 massa atomica 44.9559 u avente  configurazione elettronica [Ar] 3d¹4s² e densità 2.985 g/cm³.
E’ un metallo di colore bianco-argenteo classificato come un elemento delle terre rare a cui appartengono 17 elementi e precisamente scandio, ittrio e lantanidi.
Lo scandio e l’ittrio si trovano generalmente negli stessi depositi minerari dei lantanidi e hanno proprietà chimiche simili.
E’ uno dei pochi elementi la cui esistenza fu prevista prima che fosse scoperto. Mendeleev, il padre della Chimica, infatti, nella elaborazione della Tavola Periodica degli Elementi lasciò alcune caselle vuote in corrispondenza di elementi non ancora scoperti.
Egli infatti ordinò gli elementi sulla base di alcune proprietà dette proprietà periodiche in modo che elementi con proprietà simili si trovassero in una stessa colonna verticale detta Gruppo.

Laddove nessun elemento rispondeva alle proprietà previste egli lasciava lo spazio vuoto ritenendo che elementi non ancora scoperti avrebbero riempito quegli spazi. La formidabile intuizione di Mendeleev fu consacrata quando furono in seguito scoperti elementi dei quali egli aveva previsto le proprietà tra i quali appunto lo scandio  a cui aveva dato il nome di ekaboro oltre al gallio e al germanio.

Dopo circa 10 anni dalla previsione di Mendeleev il chimico svedese Lars Fredrik Nilson nel 1878 scoprì l’elemento a cui fu dato il nome di scandio in onore della Scandinavia.

Proprietà

Pur essendo un elemento delle terre rare , esso si trova in quantità relativamente abbondanti ( 5-6 ppm) anche se si trova in natura molto disperso piuttosto che concentrato in poche miniere  ed è difficile isolarlo da altri elementi al punto che fu solo nel 1937 che lo si riuscì ad isolare. Il minerale più ricco di scandio è il silicato thortveitite ScSi₂O₇ anche se è presente in oltre 800 diversi minerali tra cui la wolframite.

Lo scandio è un metallo più leggero rispetto ad altri metalli, è resistente alla corrosione e ha un elevato punto di fusione (1541 °C). Tali proprietà rendono le leghe contenenti scandio utilizzabili nelle attrezzature sportive come mazze da baseball e telai per biciclette oltre che nel campo aerospaziale. Solo l’elevato costo del metallo fa sì che tali usi e applicazioni non abbiano trovato ampio sviluppo.

Preparazione

Può essere preparato per elettrolisi del cloruro fuso in miscela con cloruri alcalini: il metallo si deposita sul catodo di zinco fuso che è successivamente eliminato per vaporizzazione.

E’ un metallo simile all’alluminio e potrebbe sostituirlo negli usi tecnologici se fosse più facilmente reperibile. Sebbene per taluni aspetti il suo comportamento possa essere assimilato a quello dei lantanidi, il suo piccolo raggio ionico gli conferisce proprietà che lo avvicinano agli elementi del gruppo IIIB.

E’ chimicamente molto attivo e si ossida superficialmente all’aria. Reagisce con molti non metalli, con agenti ossidanti e con acidi.

Composti

Nei suoi composti si presenta come Sc³⁺. Trattando con basi le soluzioni dei suoi sali precipita l’ossido idrato formulabile come Sc₂O₃ · nH₂O o Sc(OH)₃. Per riscaldamento questo precipitato perde acqua dando l’ossido basico ScO(OH).
Sia l’ossido che l’idrossido di scandio esibiscono comportamento anfotero:

• Sc(OH)₃ + 3 OH^– → Sc(OH)₆^3-
• Sc(OH)₃ + 3 H⁺ + 3 H₂O → [Sc(H₂O)₆]³⁺

Lo scandio forma tutta la serie degli alogenuri aventi formula ScX₃ ( X = Cl, Br, I) molto solubili in acqua mentre il fluoruro ScF₃ che presenta maggiore carattere ionico è insolubile in acqua.
Il fluoruro diviene solubile in eccesso di ioni F^– perché si forma il complesso [ScF₆]^3-.
Gli alogenuri di scandio sono esempi di acidi di Lewis; in particolare il triftalato di scandio ovvero trifluorometansolfonato di scandio (III)

è usato come catalizzatore in svariate sintesi organiche tra cui la sintesi del 4-metossiacetofenone.

Per riscaldamento di vari sali idrati tra cui il cloruro ScCl₃· 6H₂O, il nitrato Sc(NO₃)₃ · 4 H₂O o il solfato Sc₂(SO₄)₃ · 5H₂O forma sali basici come ad esempio:
ScCl₃· 6H₂O → ScOCl + 2 HCl + 5 H₂O

Fra i suoi composti insolubili, oltre all’ossido, idrossido e fluoruro sono da ricordare il fosfato ScPO₄ e l’ossalato Sc₂(C₂O₄)₃.
Un composto interessante dello scandio è il solfuro ScS che suggerisce uno stato di ossidazione +2 per lo scandio. Tuttavia il solfuro è probabilmente e più realisticamente descritto come un composto pseudo-ionico contenente Sc³⁺ e S^2- in cui il restante elettrone occupa la banda di conduzione del solido.