Scandiumfluorid

Scandium(III)-fluorid , ScF₃ _, ist eine ionische Verbindung. Dieses Salz ist in Wasser schwerlöslich, löst sich aber in Gegenwart von überschüssigem Fluorid unter Bildung des ScF₆³⁻ _- ^Anions . ^{[ 2 ]}

ScF _{3 kann durch die Reaktion} von Scandium und Fluor hergestellt werden . ^{[ 3 ]} Es entsteht auch bei der Extraktion aus dem Erz Thortveitit durch die Reaktion von Sc ₂ O ₃ mit Ammoniumbifluorid bei hoher Temperatur: ^{[ 4 ]}

Sc₂O₃ + 6 _{NH₄HF₂ →} 2 _ScF₃ + 6 _NH₄F + _{3 H₂O}​_​

Das resultierende Gemisch enthält verschiedene Metallfluoride, die durch Reaktion mit Calciummetall bei hoher Temperatur reduziert werden. ^{[ 4 ]} Zur Gewinnung von verwendbarem metallischem Scandium sind weitere Reinigungsschritte erforderlich. ^{[ 4 ]}

Scandiumtrifluorid weist die ungewöhnliche Eigenschaft der negativen thermischen Ausdehnung auf , d. h., es schrumpft beim Erhitzen. Dieses Phänomen lässt sich durch die Schwingung vierter Ordnung der Fluoridionen erklären. Die in der Biegespannung des Fluoridions gespeicherte Energie ist proportional zur vierten Potenz des Auslenkungswinkels, im Gegensatz zu den meisten anderen Materialien, bei denen sie proportional zum Quadrat der Auslenkung ist. Ein Fluoratom ist an zwei Scandiumatome gebunden, und mit steigender Temperatur schwingt das Fluoratom zunehmend senkrecht zu seinen Bindungen. Diese Bewegung zieht die Scandiumatome im gesamten Material zusammen, wodurch es sich zusammenzieht. ^{[ 5 ]} ScF₃ zeigt diese Eigenschaft von mindestens 10 K bis 1100 K _, oberhalb dessen es die normale positive thermische Ausdehnung aufweist; außerdem besitzt das Material über diesen gesamten Temperaturbereich und bis mindestens 1600 K bei Umgebungsdruck kubische Symmetrie. Die negative thermische Ausdehnung bei sehr tiefen Temperaturen ist recht ausgeprägt (Wärmeausdehnungskoeffizient um -14 ppm/K zwischen 60 und 110 K). ^{[ 6 ]}

Bei Umgebungsdruck kristallisiert Scandiumtrifluorid im kubischen Perowskitsystem mit einer unbesetzten Metallposition. ^{[ 7 ]} Die Elementarzellengröße beträgt 4,01 Å. ^{[ 7 ]} Unter Druck bildet Scandiumtrifluorid verschiedene Kristallstrukturen, darunter rhomboedrische und oberhalb von 3 GPa tetraedrische. ^{[ 7 ]}

Scandiumfluorid zeichnet sich durch hohe Transparenz im UV- bis IR-Bereich, geringe optische Absorption und einen niedrigen Brechungsindex (~1,5) aus. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Es weist nichtlineare optische Eigenschaften zur Frequenzkonversion auf und kann nach Dotierung mit Seltenerdionen lumineszieren. ^{[ 10 ]}