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Acesso em 05/12/2023 às 15h51.

Elemento Químico – Escândio

Elemento Químico – Escândio

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Você já ouviu falar nesse elemento?

 

Sol fotografado em 2 de outubro de 2022 pelo Observatório SDO da Nasa: mais abundância de escândio do que na Terra. Foto: NASA/SDO

 

O escândio é um daqueles elementos químicos que quase ninguém conhece e não faltam motivos para isso. Ele é mais abundante no Sol do que na Terra, também está presente na Lua e em estrelas, e tem poucas aplicações práticas aqui em nosso planeta. O escândio é usado para a fabricação de lâmpadas especiais e em quadros de bicicletas caras, além de aviões de combate, e não muito mais do que isso.

Conheça mais sobre este elemento cujo nome homenageia uma das regiões mais prósperas do planeta: a Escandinávia.

Ele era uma lacuna e se chamava eka-boro

O crédito pela criação da tabela periódica dos elementos no formato em que conhecemos hoje é do russo Dmitry Mendeleev. A primeira tabela de Mendeleev foi impressa em 1869, e uma versão modificada foi publicada em 1871. [1]

Mendeleev foi brilhante ao criar a tabela, e ousou deixar lacunas onde previa a inserção de elementos até então desconhecidos. No Grupo III, depois do boro, ele previu um elemento ainda não descoberto que teria peso atômico 44 e propriedades semelhantes às do boro, e ao qual deu o nome de eka-boro. Da mesma forma existiriam o eka-alumínio, com peso atômico 68, e o eka-silício, com peso atômico 72. [1,2]

Mendeleev usou os prefixos ekadvitri, respectivamente um, dois e três em sânscrito, para assinalar esses elementos que faltavam. Para esses elementos ele previu propriedades físicas e químicas não só das substâncias simples, mas também de alguns de seus compostos. [2]

Os três elementos foram descobertos nos anos seguintes: o eka-alumínio em 1875 por Lecoq de Boisbaudran, que o chamou de gálio; o eka-boro por Lars Fredrick Nilson, em 1879, que o chamou de escândio; e o eka-silício em 1886 por Clemens Winkler, que o chamou de germânio. Nos três casos, a concordância das propriedades previstas foi muito grande, o que significou um forte argumento a favor das ideias de Mendeleev. Em 1889, ao participar da conferência científica Faraday Lectures, em Londres, Mendeleev disse que não imaginava estar vivo na ocasião da descoberta desses elementos, e relatou a glória que este fato significou para ele. [2]

O descobridor do escândio, o sueco Lars Fredrick Nilson, era professor de Química em Uppsala e em Estocolmo, e obteve o elemento ao tentar produzir uma amostra de itérbio puro a partir de 10 quilos do mineral euxenita. Nilson isolou cerca de 2 g de escândia, o óxido de escândio a 0,0002%. De acordo com o descobridor, o nome Scandium/Scandia não é uma manifestação de nacionalismo, mas se refere ao fato de o novo elemento ser encontrado apenas em minerais da Escandinávia. O escândio não pertence propriamente às terras raras, mas é muito semelhante a estas e ocorre misturado a elas em diversos minerais. [3,2]

Propriedades

Escândio dendrítico de alta pureza e um cubo de escândio de 1 cm3

 

O escândio tem símbolo Sc e número atômico 21. É um metal de transição e o primeiro do grupo 3 da Tabela Periódica. Ele é um metal macio, que pode ser riscado com facilidade, e de coloração acinzentada clara. [4]

Quimicamente é um dos elementos alcalino-terrosos; ele rapidamente forma uma camada branca de nitrato quando em contato com o ar, reage com a água e queima formando uma chama amarelo avermelhada. [5]

Quanto à reatividade, o metal se dissolve em soluções ácidas e em soluções alcalinas, além de se combinar com halogênios. Outra reação importante que o escândio é capaz de realizar é com o gás nitrogênio, N2, formando o tiocianato (ScN). [4]

 

O astronauta da Apolo 11 Edwin Buzz Aldrin faz pesquisas na superfície da Lua em 1969: análise do solo e coleta de pedras contendo escândio

 

O escândio é mais abundante no Sol e em algumas estrelas do que na Terra. Estima-se que o escândio seja o 23º elemento mais abundante no Sol, enquanto é o 50º mais abundante na crosta terrestre. O escândio também foi encontrado na Lua. Os astronautas da Apolo 11 que lá pousaram em 16 de julho de 1969 coletaram amostras de rochas lunares. Análises posteriores mostraram que um dos elementos presentes nessas rochas é o escândio. [6,4,7,5]

Enquanto sua presença no espaço interestelar continua a ser estudada, sabe-se que o escândio não tem papel na biosfera da Terra, e até agora não se encontrou organismo vivo que necessite dele. Apenas minúsculos traços de escândio fazem parte de nossa cadeia alimentar, e a dieta diária normal de uma pessoa contém menos que um décimo de micrograma do elemento aproximadamente. [8]

O Serviço Geológico norte-americano estima que o consumo mundial de escândio varie entre 15 e 25 toneladas a cada ano. O escândio é recuperado no processamento dos minerais em que se obtém titânio, zircônio, cobalto e níquel. Ele também é recuperado dos minérios que contêm urânio. China, Filipinas e Rússia são os principais produtores mundiais. [9,5]

O escândio não tem afinidade com os ânions formadores de minerais, e por esta razão está amplamente disperso na litosfera, formando soluções sólidas com baixas concentrações em mais de 100 minerais. Reservas de escândio foram identificadas na Austrália, Canadá, Finlândia, Guiné, Cazaquistão, Madagascar, Noruega, África do Sul, Filipinas, Rússia, Ucrânia e Estados Unidos. [9]

Existe um minério de escândio muito raro cujo teor é elevado, podendo chegar a 34% em escândia. É a thortveitita, cuja composição é Sc2Si2O7. Ela é normalmente encontrada em Iveland, na Noruega. É tão raro que, na década de 1950, amostras desse minério chegaram a ser comercializadas por valor acima do seu peso em ouro. [4]

O escândio também pode ser obtido a partir dos metais terras raras, ou lantanídeos, pela precipitação do sulfato de potássio e escândio, pouco solúvel em água, ou por extração do tiocianato de escândio utilizando-se éter dietílico. [4]

O escândio puro é produzido pela redução do fluoreto de escândio com cálcio metálico. [5]

Usos limitados

O escândio é utilizado em ligas metálicas para produção de quadros de bicicletas de alta performance e outros equipamentos esportivos

 

O escândio metálico só foi produzido pela primeira vez em 1937, e 450 gramas de escândio puro foram obtidas apenas em 1960. Com custo em torno de 270 dólares por grama, o escândio é muito caro para ser usado em grande escala pela indústria. [3]

O iodeto de escândio (ScI3) é adicionado às lâmpadas de vapor de mercúrio para produzir uma fonte de luz que se assemelha à luz solar, muito utilizada na iluminação para filmagens e em locais fechados. O escândio também é usado em ligas com alumínio. Adicionar 0,5% de escândio ao alumínio aumenta muito a resistência do metal enquanto preserva seu baixo peso, bem como aumenta seu ponto de fusão para 800 °C, e assim, ao contrário do alumínio comum, ele pode ser soldado. Esta liga é usada para a fabricação de equipamentos esportivos como quadros de bicicletas de alta performance e bastões de baseball. Também é usada na fabricação de aviões de combate. O isótopo radioativo 46Sc é usado como agente de craqueamento em refinarias de petróleo. [5,8,3]

Assista o vídeo produzido pela Universidade de Nottingham sobre o escândio.

 

 

Referências

[1] – GREENBERG, A. História da Química – da Alquimia às Ciências Moleculares Modernas. São Paulo: Edgard Blucher, 2009.

[2] – MAAR, J. História da Química – Segunda Parte. 1ª. ed. Florianópolis: Papa-Livro, v. 2, 2011.

[3] – The Element Scandium. Disponível em https://education.jlab.org/itselemental/ele021.html. Acesso em 18/10/2022.

[4] – NOVAIS, S. A. Escândio (Sc). Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/escandio-sc.htm. Acesso em 21/10/2022.

[5] – Scandium. Disponível em https://periodic.lanl.gov/21.shtml. Acesso em 18/10/2022.

[6] – NASA. Disponível em https://nasasearch.nasa.gov/search?query=scandium&affiliate=nasa&utf8=%E2%9C%93. Acesso em 18/10/2022.

[7] – FERGUSON, J. The elements and What They Do (Part 13) Scandium (Sc). Natures Way Resources. Disponivel em https://www.natureswayresources.com/nl/193Minerals13.pdf. Acesso em 21/10/2022.

[8] – EMSLEY, J. Unsporting scandium. Nature Chemistry, 2014. Disponivel em: https://www.nature.com/articles/nchem.2090. Acesso em 21/10/2022.

[9] – Statistics. Disponível em https://www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/rare-earths-statistics-and-information. Acesso em 18/10/2022.

Artigo produzido pela Assessoria de Comunicação e Marketing do CRQ-IV/SP, sob orientação técnica da Prof. Dra. Sandra H da Cruz, do Laboratório de Biotecnologia de Alimentos e Bebidas e do Comitê de Ética em Pesquisa com Seres Humanos da ESALQ/USP.


Publicado em 06/02/2023

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