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スカンジウム
Sc 21

スカンジウム Scandium

スカンジウム(スカンジウム)は化学元素であり、元素記号 Sc、原子番号 21 である。銀灰色の軽量な遷移金属で、密度はわずか 2.99 g/cm³ と全遷移金属中最も軽い。スカンジウムの最大の工業用途はアルミニウム合金である——0.1-0.4% のスカンジウムを添加するとアルミニウム合金の強度と耐熱性が顕著に向上し、宇宙船構造材や高級自転車フレームに使用される。またスカンジウムナトリウムランプ(明るくエネルギー効率の良い白色光)にも使用されている。

遷移金属 USGS 2025 銀白色
原子番号 21Z
原子量 44.956u
価電子 2
電子配置 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
密度
2.98g/cm³
融点
1541°C
地殻存在量
22.0ppm
年間生産量
13tonnes Sc2O3
リサイクル率
0%(低いリサイクル率;小規模な特殊市場、スクラップからの回収は限定的

なぜ使われるか

スカンジウムは最も軽い遷移金属(2.99 g/cm³)であり、アルミニウムと合金化すると鋼より同時に強く、アルミニウムより45%軽い合金を形成する。その希少性(地球の地殻の0.0005%)により高価であるが——航空宇宙と高性能スポーツ用具における優れた性質がそのプレミアム価格を正当化する。

用途

Aluminum alloysSolid oxide fuel cells

用途の詳細単体と化合物の用途

元素単体の主な用途

スカンジウムは分散元素で、地殻存在度は特段低いわけではないが極めて分散しており、生産量はごくわずかで価格が高いため、専ら重要用途向けの戦略物質であり続けている。最も成熟した用途はアルミ合金中の微量添加元素で、アルミに数千分の一のスカンジウムを加えると著しく結晶粒が微細化し、強度と溶接性が高まり、再結晶が抑制される。これらアルミ–スカンジウム合金は一部の軍用機構造部品や宇宙ロケットタンクに使われるほか、自転車フレーム、野球バット、テントポールなどの高級スポーツ用品にも徐々に広がっている。エネルギー分野では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)の電解質として用いられるスカンジア安定化ジルコニアが、中高温で効率よく発電でき、クリーンな分散電源の重要な方向とされている。さらに、金属ハロゲン化物ランプにはスカンジウムのハロゲン化物が使われ、高効率・高演色のスカンジウム–ナトリウムランプはスタジアムや大きな工場ホールで一般的である。スカンジウムは使用量は少ないが不可欠であり、微量添加で合金性能が飛躍的に向上し、独立した鉱床を作らず、ウラン・チタン・タングステン鉱から微量副産物としてしか回収できないためである。

主な化合物とその用途

酸化スカンジウム(Sc2O3)が主要なスカンジウム化合物で、白色粉末であり、金属スカンジウム、スカンジウム–アルミ合金、SOFC電解質を作る出発原料であり、特殊ガラスや電子セラミックスにも使われる。塩化スカンジウム(ScCl3)は、スカンジウムの湿式製錬抽出や他のスカンジウム化合物を調製する中間体であり、材料研究において触媒や有機合成のルイス酸試薬として使われる。フッ化スカンジウム(ScF3)は主にメタルハライドランプの封入物質や特殊光学ガラスの調製に用いられ、また異常な低熱膨張挙動を示すことから、精密光学や低膨張材料の研究で関心を集めている。スカンジウム自体の生産量が極めて少ないため、これらの化合物の世界消費量はすべてキログラム単位で計られ、典型的な高価なニッチ化学品である。スカンジウムは自然界でほとんど独立した鉱床を作らず、工業的には主にウラン鉱、タングステン鉱、ボーキサイト赤泥の浸出液から副産物として回収されるため、その化合物は長らく高価で、キログラム、さらにはグラム単位で取引されてきた。

元素小史

1879年にラース・フレドリク・ニルソン(スウェーデン)が、希土類鉱石試料中からゲルマニウムを探している際に分光法で発見した。金属スカンジウムは1937年まで生産されず、商業生産は1970年代にウラン鉱山の尾鉱と希土類鉱石から開始された。

関連元素

Ti · チタン V · バナジウム Cr · クロム Mn · マンガン Fe · Co · コバルト Ni · ニッケル Cu ·

よくある質問ロングテールQ&A・データ駆動

スカンジウムの融点は何度ですか?
1541 °C
スカンジウムの沸点は何度ですか?
2836 °C
スカンジウムの密度はどのくらいですか?
2.98 g/cm³
スカンジウムの原子番号と分類は何ですか?
21 · 遷移金属
スカンジウムは主にどの鉱物から採取されますか?
ゼノタイム
スカンジウムの世界埋蔵量はどのくらいですか?
20000 tonnes
スカンジウムの年間生産量はどのくらいですか?
13 tonnes Sc2O3
スカンジウムは主に何に使われますか?
スカンジウムは最も軽い遷移金属(2.99 g/cm³)であり、アルミニウムと合金化すると鋼より同時に強く、アルミニウムより45%軽い合金を形成する。その希少性(地球の地殻の0.0005%)により高価であるが——航空宇宙と高性能スポーツ用具における優れた性質がそのプレミアム価格を正当化する。
スカンジウムは誰がいつ発見しましたか?
ラース・フレドリク・ニルソン · 1879