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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Tous les éléments présentés

Scandium

Le scandium est un métal peu dense, d’aspect argenté, rapidement oxydé par l’air ; la surface métallique prend alors un aspect terne. Le scandium brûle facilement dans l’air et réagit assez vivement avec l’eau. Il a été historiquement classé parmi les « terres rares » en raison de la difficulté de son obtention et des maigres ressources exploitables, mais n’est pas apparenté aux lanthanides (éléments 57 à 71). Il est en effet plutôt abondant dans la croute terrestre (environ 20 à 25 mg/kg ou 20-25 ppm), géographiquement très dispersé, mais en trop faible quantité au sein des minerais pour être facilement exploité.

Il est par contre plus abondant au sein de la gadolinite et surtout la thortveitite, cette dernière très localisée dans les taïgas et toundras fragiles du nord de la Norvège et de la Péninsule de Kola. Aussi le scandium est-il un métal parmi les plus chers. Il n’a pas de rôle biologique avéré et est de toxicité faible. La production actuelle de scandium ne couvre que difficilement la demande industrielle, pourtant faible. L’oxyde de scandium (Sc2O3) est isolé de la thortveitite ou de diverses scories minérales, puis est transformé en fluorure ScF3. Ce sel est réduit par le calcium en scandium métal sous atmosphère d’argon.

Échantillon de scandium métallique (1 cm3)
Crédit photo : W. Oelen, 2006

Étymologie  : La célèbre Université d’Uppsala au nord de Stockholm a formé et hébergé de très nombreux scientifiques de renom depuis sa fondation, en particulier en physique, chimie et sciences de la vie (Celsius, Berzelius, Linné par exemple). La découverte de notre métal étant le fruit des travaux des chercheurs de cette université, son appellation en rapport avec les contrées boréales de la péninsule scandinave parait justifiée.

Le bâtiment Chimie de l’Université d’Uppsala (Suède)
Crédits photo : Celsius, années 1990.

Origine  : Le scandium est en grande partie formé dans les étoiles massives (plus de 8 fois la masse du Soleil) quelques jours ou heures avant son explosion en supernova, lors de la fusion du noyau de silicium, ou lors de l’explosion elle-même. Une petite partie (environ 18%) est cependant formé par l’explosion d’une naine blanche dans un système binaire, rendue instable par l’accrétion de matière provenant du compagnon géante rouge.

Historique  : La place du scandium dans la classification périodique a été prévue avec justesse par Dmitri Mendeleïev, ce dernier lui ayant donné le nom de ekaboron - экабор en russe - c’est-à-dire « qui vient après le bore ». Scandium, aluminium et bore figurent en effet dans la même colonne du tableau, et possèdent quelques propriétés chimiques voisines. En 1879, l’équipe du chimiste suédois L. Nilson de l’Université d’Uppsala isola quelques centaines de mg d’oxyde de scandium (Sc2O3) à partir de la gadolinite et de l’euxenite. C’est son collègue P. Cleve, de la même université, qui corréla le nouveau métal - baptisé scandium par son découvreur - avec l’ekaboron pressenti par Mendeleïev. Le scandium métallique ne fut obtenu qu’en 1937 par électrolyse de chlorure de scandium fondu. Des échantillons de haute pureté ne furent préparés qu’en 1960.

Lars Nilson (1840-1899) - Crédit : O. Petterson, 1900
Per Cleve (1840-1905) - Crédit : H. Osti, 1863

Le scandium dans la vie courante  : De par la difficulté d’obtention du scandium et de ses dérivés et de son coût très élevé, les applications du scandium sont assez rares. En grande partie, l’élément 21 est encore majoritairement un matériau de recherche fondamentale et appliquée.
Sa faible densité, voisine de celle de l’aluminium (2.7-2.8), corrélée à un point de fusion élevé, laisse présager des applications assez larges. Les alliages Al/Sc à moins de 1 % de scandium, sont très intéressants dans le domaine de l’industrie aérospatiale.
L’ajout d’iodure de scandium ScI3 dans le remplissage des lampes à vapeur de mercure donne une illumination très proche de celle de la lumière solaire. L’éclairage engendré permet de reproduire fidèlement les couleurs dans les prises de vue cinématographiques en intérieur ou en nocturne.

Le scandium à UTINAM :