Grup 3 öğesi - Group 3 element

Periyodik tabloda 3. grup
Hidrojen Helyum Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrensiyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson alkali toprak metaller ←   → grup 4
IUPAC grup numarası 3 Öğeye göre ad skandiyum grubu CAS grup numarası (ABD, model ABA) IIIB eski IUPAC numarası (Avrupa, AB modeli) IIIA
↓  Dönem
4	Skandiyum (Sc) 21 Geçiş metali
5	İtriyum (Y) 39 Geçiş metali
6	Lutesyum (Lu) 71 Lantanit
7	Lavrensiyum (Lr) 103 Aktinit
Efsane ilkel eleman sentetik eleman Atom numarası rengi: siyah=katı
v T e

Grup 3 , periyodik tablodaki ilk geçiş metalleri grubudur . Bu grup, nadir toprak elementleri ile yakından ilgilidir . Bu grubun bileşimi ve yerleşimi ile ilgili bazı tartışmalar olsa da, bu grubun skandiyum (Sc), itriyum (Y), lutesyum (Lu) ve lavrensiyum (Lr) adlı dört elementi içerdiği konusunda genel olarak konuyu inceleyenler arasında hemfikirdir. . Grup, en hafif üyesinden sonra skandiyum grubu veya skandiyum ailesi olarak da adlandırılır .

Grup 3 elementlerinin kimyası erken geçiş metalleri için tipiktir: hepsi esas olarak sadece +3'lük grup oksidasyon durumuna sahiptir ve önceki ana grup metalleri gibi oldukça elektropozitiftir ve daha az zengin bir koordinasyon kimyasına sahiptir. Lantanid büzülmesinin etkileri nedeniyle , itriyum ve lutesyum özelliklerde çok benzerdir. İtriyum ve lutesyum, esasen ağır lantanitlerin kimyasına sahiptir, ancak skandiyum, küçük boyutu nedeniyle çeşitli farklılıklar gösterir. Bu, en hafif elementin çok benzer sonraki iki elementten farklı olduğu erken geçiş metal gruplarınınkine benzer bir modeldir.

Grup 3 elementlerinin tümü, atom numarası ile sertlikleri artsa da, oldukça yumuşak, gümüşi beyaz metallerdir. Havada çabucak kararırlar ve suyla reaksiyona girerler, ancak reaktiviteleri bir oksit tabakası oluşumuyla maskelenir. Bunlardan ilk üçü doğal olarak meydana gelir ve özellikle itriyum ve lutesyum, benzer kimyaları nedeniyle neredeyse her zaman lantanitlerle ilişkilidir . Lavrensiyum güçlü bir şekilde radyoaktiftir : doğal olarak oluşmaz ve yapay sentez ile üretilmelidir, ancak gözlemlenen ve teorik olarak tahmin edilen özellikleri, lutesyumun daha ağır bir homologu olmasıyla tutarlıdır. Hiçbirinin biyolojik rolü yoktur.

Tarihsel olarak, bazen lutesyum ve lavrensiyum yerine lantan (La) ve aktinyum (Ac) gruba dahil edildi ve bu seçenek hala ders kitaplarında yaygın olarak bulunuyor. İki ana seçenek arasında, grubun yalnızca skandiyum ve itriyuma küçültülmesini veya 30 lantanid ve aktinitlerin de gruba dahil edilmesini içeren bazı uzlaşmalar önerilmiş ve kullanılmıştır .

Tarih

Elementlerin keşifleri

Grup 3 elementlerinin keşfi, doğada evrensel olarak ilişkili oldukları nadir toprak elementlerinin keşfine ayrılmaz bir şekilde bağlıdır . 1787'de İsveçli yarı zamanlı kimyager Carl Axel Arrhenius , İsveç'in ( Stockholm Takımadaları'nın bir parçası) İsveç'in Ytterby köyü yakınlarında ağır bir siyah kaya buldu . Yeni keşfedilen tungsten elementini içeren bilinmeyen bir mineral olduğunu düşünerek ona ytterbite adını verdi . Fin bilim adamı Johan Gadolin , 1789'da Arrhenius'un örneğinde yeni bir oksit veya " toprak " tanımladı ve 1794'te tamamlanmış analizini yayınladı; 1797'de yeni okside yttria adı verildi . Fransız bilim adamı Antoine Lavoisier'in kimyasal elementlerin ilk modern tanımını geliştirmesinden sonraki on yıllarda , dünyanın elementlerine indirgenebileceğine inanılıyordu, yani yeni bir yeryüzünün keşfi, içindeki elementin keşfine eşdeğerdi. durumda itriyum olurdu . 1920'lerin başına kadar, element için kimyasal sembol "Yt" kullanıldı, ardından "Y" yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Zaman İtriyum metali, saf olmayan olsa ilk 1828 hazırlandı Friedrich Wöhler susuz ısıtıldı itriyum (III) klorür ile potasyum metalik itriyum oluşturmak üzere potasyum klorid . Aslında, Gadolin'in itriyası, nadir toprak elementlerinin keşfinin tarihini başlatan birçok metal oksidin bir karışımı olduğunu kanıtladı.

1869'da Rus kimyager Dmitri Mendeleev , itriyumun üzerinde bir element için boş bir alana sahip olan periyodik tablosunu yayınladı. Mendeleyev, eka-bor adını verdiği bu varsayımsal unsur hakkında çeşitli tahminlerde bulundu . O zamana kadar, Gadolin'in itriyası zaten birkaç kez bölünmüştü; ilk olarak , 1843'te terbia ve erbia olarak adlandırdığı iki dünyayı daha bölen İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander ( yttria'nın bölünmesi gibi Ytterby'nin adını da böldü); ve sonra 1878'de İsviçreli kimyager Jean Charles Galissard de Marignac terbia ve erbia'yı daha fazla dünyaya ayırdığında. Bunların arasında, İsveçli kimyager Lars Fredrik Nilson'ın 1879'da bir başka yeni unsuru ortaya çıkarmak için başarıyla böldüğü ytterbia (eski erbia'nın bir bileşeni) vardı . Ona "İskandinavya" anlamına gelen Latince Scandia'dan skandiyum adını verdi . Nilson, görünüşe göre Mendeleev'in tahmininden habersizdi, ancak Per Teodor Cleve yazışmaları fark etti ve Mendeleev'i bilgilendirdi. Skandiyum üzerinde yapılan kimyasal deneyler, Mendeleev'in önerilerinin doğru olduğunu kanıtladı ; galyum ve germanyumun keşfi ve karakterizasyonu ile birlikte bu, tüm periyodik tablonun ve periyodik yasanın doğruluğunu kanıtladı . Metalik skandiyum 1937 ilk kez hazırlanır elektroliz a ötektik bölgesinin 700-800 ° C de, karışım potasyum , lityum ve skandiyum klorürler . Skandiyum, itriyumun keşfedildiği aynı cevherlerde bulunur, ancak çok daha nadirdir ve muhtemelen bu nedenle keşfedilmemiştir.

Marignac'ın ytterbia'sının kalan bileşeninin de bir bileşik olduğu kanıtlandı. 1907'de Fransız bilim adamı Georges Urbain , Avusturyalı mineralog Baron Carl Auer von Welsbach ve Amerikalı kimyager Charles James, hepsi bağımsız olarak ytterbia içinde yeni bir element keşfetti. Welsbach yeni elementi için cassiopeium adını önerdi ( Cassiopeia'dan sonra ), Urbain ise lutecium adını seçti (Latince Lutetia, Paris için). Keşfin önceliği konusundaki anlaşmazlık, Urbain ve von Welsbach'ın birbirlerini, diğerinin yayınlanmış araştırmalarından etkilenen sonuçları yayınlamakla suçladıkları iki makalede belgelenmiştir. 1909'da, yeni elementlere isim vermekten sorumlu olan Atom Kütlesi Komisyonu, Urbain'e öncelik tanıdı ve isimlerini resmi olarak kabul etti. Bu kararla ilgili bariz bir sorun, Urbain'in komisyonun dört üyesinden biri olmasıydı. 1949'da element 71'in yazılışı lutetium olarak değiştirildi. Urbain'in lutesiyumunu daha da bölme girişimleriyle bağlantılı daha sonraki çalışmalar, bunun yalnızca yeni element 71'in izlerini içerdiğini ve saf element 71'in yalnızca Welsbach'ın cassiopeium'u olduğunu ortaya çıkardı. Bu nedenle birçok Alman bilim adamı cassiopeium adını kullanmaya devam etti. 1950'lere kadar element için. İronik olarak, öncelik konusunda mütevazi bir şekilde tartışmanın dışında kalan Charles James, diğerlerinden çok daha büyük ölçekte çalıştı ve şüphesiz o sırada en büyük lutesyum kaynağına sahipti. Lutesyum, keşfedilecek kararlı nadir toprak elementlerinin sonuncusuydu. Bir asırdan fazla araştırma, Gadolin'in orijinal itriyumunu itriyum, skandiyum, lutesyum ve diğer yedi yeni elemente ayırmıştı.

Lavrensiyum, grubun doğal olarak oluşmayan tek elementidir. İlk tarafından sentezlendi Albert Ghiorso Lawrence Radyasyon (artık ismi Laboratuvarı'nda, 14 Şubat 1961 tarihinde ve ekibi Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı at) University of California in Berkeley, Kaliforniya , ABD'de . İlk lavrensiyum atomları , Ağır İyon Doğrusal Hızlandırıcıdan (HILAC) boron -10 ve boron-11 çekirdekleri ile kaliforniyum elementinin üç izotopundan oluşan üç miligramlık bir hedefin bombardıman edilmesiyle üretildi . Nüklidin ²⁵⁷ 103 orjinal bildirildi, ancak daha sonra bu ya tayin edildi ²⁵⁸ isim önerdi Kaliforniya Üniversitesi'nde 103 No ekip Lawrencium (sonra Ernest O. Lawrence , mucidi siklotron parçacık hızlandırıcı) ve simge "Lw" nedeniyle yeni unsur, ancak "Lw" benimsenmedi ve bunun yerine "Lr" resmi olarak kabul edildi. Dubna , Sovyetler Birliği'ndeki (şimdi Rusya ) nükleer fizik araştırmacıları, 1967'de Amerikalı bilim adamlarının ²⁵⁷ 103 hakkındaki verilerini doğrulayamadıklarını bildirdiler. İki yıl önce, Dubna ekibi ²⁵⁶ 103 bildirdi . 1992'de, IUPAC Trans- fermium Çalışma Grubu, element 103'ü resmen tanıdı, adını "Lr" ile lawrensiyum olarak doğruladı ve Dubna ve Berkeley'deki nükleer fizik ekiplerini lavrensiyumu ortak keşfedenler olarak adlandırdı.

Kompozisyonla ilgili anlaşmazlık

Nadir toprak elementleri tarihsel olarak periyodik tablo için çok fazla soruna neden oldu. Elementlerin temel hal gaz fazı elektron konfigürasyonlarının ölçümleri ve periyodik tablo yerleşimi için bir temel olarak kabul edilmesiyle , 1940'larda skandiyum, itriyum, lantan ve aktinyum içeren daha eski grup 3 formu önem kazandı. Sezyum , baryum ve lantanın temel durum konfigürasyonları [Xe]6s ¹ , [Xe]6s ² ve [Xe]5d ¹ 6s ^{2 şeklindedir} . Lantan böylece bir 5d farklılaşan elektronla ortaya çıkar ve bu nedenle "6. periyot için d-bloğunun ilk üyesi olarak 3. grupta" olarak kabul edildi. Daha sonra grup 3'te yüzeysel olarak tutarlı bir elektron konfigürasyonları seti görüldü: skandiyum [Ar]3d ¹ 4s ² , itriyum [Kr]4d ¹ 5s ² , lantanum [Xe]5d ¹ 6s ² ve aktinyum [Rn]6d ¹ 7s ² . Hala 6. periyotta, iterbiyuma yanlışlıkla [Xe]4f ¹³ 5d ¹ 6s ² ve lutesyum [Xe]4f ¹⁴ 5d ¹ 6s ² elektron konfigürasyonu atanmıştı , bu da lutesyumun f bloğunun son elemanı olduğunu düşündürdü. Böylece bu format, f-bloğunun d-bloğunun 3 ve 4 gruplarının arasına girmesine ve ayrılmasına neden olur.

Ancak daha sonraki spektroskopik çalışma, iterbiyumun doğru elektron konfigürasyonunun aslında [Xe]4f ¹⁴ 6s ^{2 olduğunu buldu} . Bu, iterbiyum ve lutetyumun (ikincisi [Xe]4f ¹⁴ 5d ¹ 6s ^{2 ile)} her ikisinin de 14 f-elektrona sahip olduğu, lutesyum için "f-farklılaştırıcı elektron yerine d- ile sonuçlanan" ve onu "eşit derecede geçerli" kılan anlamına geliyordu. aday", itriyumun altındaki grup 3 periyodik tablo konumu için [Xe]5d ¹ 6s ² lantan ile. Bu, skandiyum, itriyum, lutesyum ve lavrensiyum içeren bir grup 3 ile sonuçlanacaktır. Bu çıkarımlara ilk dikkat çekenler 1948'de Rus fizikçiler Lev Landau ve Evgeny Lifshitz'di : Ders kitapları Kuramsal Fizik Kursu'nda "Kimya kitaplarında lutesyum da nadir toprak elementleriyle birlikte yer alır. Ancak bu yanlıştır, çünkü bu yanlıştır. 4f kabuğu lutesyumda tamamlandı." Landau ve Lifshitz açıklamalarını yaptıktan sonra, 1960'larda ve 1970'lerde birçok fizikçi de benzer şekilde, kristal yapı, erime noktaları, iletim bandı yapısı ve lutetyumun skandiyum ve itriyum davranışıyla eşleştiği süper iletkenlik gibi birçok özelliğe odaklanarak değişimi desteklediler. ama lantan belirgindir. Bu form bölünmüş blok gerektirmez. ( Alfred Werner gibi bazı kimyagerler , farklı kimyasal davranışı nedeniyle, lutetyumun keşfinden önce bile, lantanumu skandiyum ve itriyumdan farklı bir sütuna yerleştirmişlerdi.) Bazı kimyagerler, Sovyet kimyagerleri gibi başka yollarla da bu sonuca vardılar. Chistyakov, 1968'de grup 3'te ancak lantan yerine lutesyum dahil edildiğinde ikincil periyodikliğin gerçekleştiğini belirtti. Ancak, kimya topluluğu bu sonuçları büyük ölçüde görmezden geldi. Bilim filozofu Eric Scerri , bu değişikliği öneren birkaç yazarın fizikçi olmasının bir etken olabileceğini öne sürüyor.

Amerikalı kimyager William B. Jensen  [ de ] , kimyagerlere periyodik tablolarını değiştirmeleri ve lutesyum ve lavrensiyumu grup 3'e koymaları için 1982 tarihli ortak bir savunmada yukarıdaki argümanların çoğunu topladı. Bu fiziksel ve kimyasal argümanların yanı sıra, Lantan ve aktinyum konfigürasyonları, daha sonra toryumun evrensel olarak nasıl tedavi edildiğine benzer şekilde, düzensiz olarak kabul edilir. Toryumun temel durumunda f-elektronu yoktur ([Rn]6d ² 7s ^{2 dir} ), ancak ideal [Rn]5f'nin yerini alan düzensiz bir temel durum gaz fazı konfigürasyonuna sahip bir f-blok elemanı olarak evrensel olarak yerleştirilmiştir ve yerleştirilmiştir. ² 7s ² . Lantan ve aktinyum, ideal bir f ¹ s ² konfigürasyonunun, temel durumda ad ¹ s ² konfigürasyonu ile değiştirildiği benzer durumlar olarak düşünülebilir . Aslında F-blok elemanlarının en bir ön sahip olduğundan ⁿ s ² konfigürasyonu, ve bir ön ^{, n-1} d ^1'in s ² konfigürasyon, önceki güçlü f-blok elemanları için ideal bir genel konfigürasyon olarak önerilmektedir. Bu yeniden atama benzer şekilde grup 3'te homolog bir dizi konfigürasyon yaratır: özellikle, itriyumdan lutesyuma geçen çekirdeğe doldurulmuş bir f-kabuğunun eklenmesi, diğer tüm d-blok gruplarında olanlara tam olarak benzer.

Her durumda, temel durum gaz fazı konfigürasyonları, genellikle farklı konfigürasyonlar gösteren bileşiklerdeki (ikincisi kimya için daha alakalıdır) bağ yapan atomların aksine, yalnızca izole atomları dikkate alır. Düzensiz konfigürasyonlar fikri, düşük seviyedeki uyarılmış durumlar tarafından desteklenir: temel durumunda bir f-elektronu olmamasına rağmen, lantan yine de kimya için kullanılabilecek kadar düşük enerjili f-orbitallerine sahiptir ve bu fiziksel özellikleri etkiler. önerilen yeniden atama için kanıt olarak gösterilmişti. (Skandiyum, itriyum ve lutesyumun bu kadar alçakta bulunan f-orbitalleri yoktur.) Lawrensiyumun düzensiz konfigürasyonu ( [Rn]5f ¹⁴ 6d ¹ 7s ² yerine [Rn]5f ¹⁴ 7s ² 7p ¹ ) benzer şekilde rasyonelleştirilebilir. en ağır elementler için önemli hale gelen göreli etkiler nedeniyle başka bir (benzersiz de olsa) anomali olarak . 4f elemanlarındaki bu düzensiz konfigürasyonlar, kompakt 4f kabuğundaki güçlü elektronikler arası itmenin sonucudur, bunun sonucunda iyonik yük düşük olduğunda, bazı elektronları 5d ve 6s orbitallerine hareket ettirerek daha düşük bir enerji durumu elde edilir. 4f enerji seviyesi normalde 5d veya 6s olandan daha düşük olmasına rağmen, böyle büyük bir elektronikler arası itmeye maruz kalır: benzer bir etki 5f serisinin başlarında gerçekleşir.

1988'de konuya değinen bir IUPAC raporu yayınlandı. Elektron konfigürasyonlarının lutesyum ve lavrensiyum ile grup 3'ün yeni ataması lehine olduğunu yazarken, bunun yerine grup 3'teki alt noktaların boş bırakıldığı bir uzlaşmaya karar verdi, çünkü lantan ve aktinyumlu geleneksel form popüler kaldı. Bu, grup 3'ün yalnızca skandiyum ve itriyuma küçülmesi veya tüm lantanitleri ve aktinitleri grup 3'e dahil etmesi olarak yorumlanabilir, ancak her iki durumda da, kuantum mekaniğinin 14'e sahip olması gerektiğini dikte etmesine rağmen, f bloğu 15 elementle görünür . Böyle bir tablo birçok IUPAC yayınında yer almaktadır; Yaygın olarak "IUPAC periyodik tablosu" olarak etiketlenmesine rağmen, aslında IUPAC tarafından resmi olarak desteklenmemektedir.

Bu uzlaşma tartışmayı durdurmadı. Bazı kimyagerler, lutesyumu grup 3'e yeniden atamak için argümanlar tarafından ikna edilmiş olsalar da, birçoğu, argümanları bilmedikleri veya onlar tarafından ikna edilmedikleri için grup 3'te lantan göstermeye devam etti. Konuyla ilgili araştırmaların çoğu, lutetyumun önerilen yeniden grup 3'e atanmasını destekleme eğilimindeydi. Bununla birlikte, kimya ders kitaplarında, geleneksel form, hem lutesyumlu yeni forma hem de lutesyumlu yeni forma yavaş yavaş yer kaybetmesine rağmen, 2010'lara kadar en popüler olmaya devam etti. uzlaşma formu. Hatta bazı ders kitapları tutarsız bir şekilde farklı yerlerde farklı biçimler gösteriyordu. Laurence Lavelle daha da ileri giderek, grup 3'te lantan ile geleneksel formu, ne lantan ne de aktinyumun temel durumda değerlik f-elektronlarına sahip olmadığı gerekçesiyle savunarak hararetli tartışmalara yol açtı. Jensen daha sonra Lavelle'nin argümanlarının tutarsızlığına (çünkü aynısı Lavelle'nin f-blokuna yerleştirdiği toryum ve lutesyum için de geçerliydi) ve düzensiz konfigürasyonların kanıtlarına işaret ederek bunu çürüttü. Bu konuda geniş çapta yayın yapan Scerri, Jensen'in fiziksel ve kimyasal özelliklere dayalı davasının seçiciliği nedeniyle kesin olmadığını belirterek, lutesyum yerine grup 3'te lantanı destekliyor gibi görünen diğer özellik seçeneklerine işaret etti. Bununla birlikte, d-blokunda bir bölünmeden kaçınma temelinde grup 3'teki lutesyumu tutarlı bir şekilde destekledi ve ayrıca elektron konfigürasyonlarının yaklaşımlar olduğu gerçeğine ve toryum sorununa atıfta bulundu.

Aralık 2015'te , Scerri'nin başkanlığında ve (diğerlerinin yanı sıra) Jensen ve Lavelle'nin de dahil olduğu bir IUPAC projesi, konuyla ilgili bir tavsiyede bulunmak üzere kuruldu. Ön raporu Ocak 2021'de yayınlandı. Tartışmada daha önce başvurulan kriterlerden hiçbirinin soruna net bir çözüm getirmediği ve nihayetinde sorunun, nesnel olarak bilimsel olarak karar verilebilir bir şey olmaktan ziyade sözleşmeye dayandığı sonucuna vardı. Bu nedenle, "olası en geniş kimyager kitlesine sunum için nesnel faktörleri ve çıkar bağımlılığını birleştiren en iyi uzlaşma tablosu olarak sunulabilecek bir periyodik tablonun seçilmesi" için "bir dereceye kadar uzlaşım" önerdi. , kimya eğitimcileri ve kimya öğrencileri". Üç arzu verildi: (1) tüm elementler artan atom numarası sırasına göre gösterilmelidir, (2) d-blok "iki eşit olmayan parçaya" bölünmemelidir ve (3) bloklar 2 genişliğe sahip olmalıdır. , 6, 10 ve 14 periyodik tablonun kuantum mekanik temeline göre. Blok atamasının, tıpkı elektron konfigürasyonlarının atanması gibi, yaklaşık olduğu kabul edildi: toryum örneğine özellikle dikkat çekildi. Bu üç arzu sadece grup 3'te lutesyum ve lavrensiyum içeren tablo tarafından karşılanmaktadır; lantan ile grup 3'ün geleneksel formu (2) ve tüm lantanidler ve aktinitler ile grup 3'ün uzlaşma formu (3) ihlal eder. Bu nedenle, grup 3'te lutesyumlu form bir uzlaşma olarak önerildi.

özellikleri

Kimyasal

Diğer gruplar gibi, bu ailenin üyeleri de elektron konfigürasyonlarında, özellikle en dıştaki kabuklarda, kimyasal davranışta eğilimlerle sonuçlanan modeller gösterir. Yüksek atom numaraları için önemli hale gelen göreli etkiler nedeniyle , lavrensiyumun konfigürasyonu, beklenen 6d yerine düzensiz bir 7p doluluğuna sahiptir, ancak normal [Rn]5f ¹⁴ 6d ¹ 7s ² konfigürasyonunun, enerji açısından yeterince düşük olduğu ve önemli bir fark olmadığı ortaya çıktı. grubun geri kalanından gözlemlenir veya beklenir.

Kimyanın çoğu sadece grubun ilk üç üyesi için gözlemlendi; Lavrensiyumun kimyasal özellikleri iyi karakterize edilmemiştir, ancak bilinen ve tahmin edilenler, lutesyumun daha ağır bir homologu olarak pozisyonuna uygundur. Grubun geri kalan elementleri (skandiyum, itriyum, lutesyum) oldukça elektropozitiftir. Reaktif metallerdir, ancak bu, daha fazla reaksiyonu önleyen kararlı bir oksit tabakasının oluşumu nedeniyle açık değildir. Metaller, beyaz yüksek eriyen katılar olan oksitleri vermek için kolayca yanar. Genellikle iyonik bileşikler oluşturdukları ve çoğunlukla katyonik bir sulu kimyaya sahip oldukları +3 oksidasyon durumuna oksitlenirler. Bu şekilde lantanitlere benzerler, ancak 4f elementlerinin lantanum ila iterbiyumun kimyasını karakterize eden f orbitallerinin katılımından yoksundurlar. Kararlı grup 3 elementleri bu nedenle sıklıkla 4f elementleri ile nadir toprak elementleri olarak adlandırılır .

Basmakalıp geçiş metali özellikleri, 4. ve 5. grupların daha ağır elementleri için olduğu gibi, bu grupta çoğunlukla yoktur: sadece bir tipik oksidasyon durumu vardır ve koordinasyon kimyası çok zengin değildir (ancak yüksek koordinasyon sayıları, M ³⁺ iyonlarının büyük boyutu ). Bu, düşük oksidasyon durumundaki bileşikler hazırlanabilir ve bazı siklopentadienil kimyası bilinmektedir. Grup 3 elementlerinin kimyaları bu nedenle çoğunlukla atomik yarıçaplarıyla ayırt edilir: itriyum ve lutesyum çok benzerdir, ancak skandiyum , bazı özelliklerde alüminyuma yaklaşan en az bazik ve en iyi kompleks yapıcı madde olarak öne çıkar . Doğal olarak bir dizi üç değerlikli elementte nadir toprak elementleri ile birlikte yerlerini alırlar: itriyum, bazik olarak disprosyum ve holmiyum arasında bir nadir toprak ara maddesi görevi görür ; 4f elementlerinden daha az bazik ve lantanitlerin en az bazik olan lutesyum; ve skandiyum, lutesyumdan bile daha az bazik bir nadir toprak olarak. Skandiyum oksit amfoteriktir ; lutesyum oksit daha baziktir (bazı asidik özellikleri göstermesi zor olsa da) ve itriyum oksit yine de daha baziktir. Bu metallerin güçlü asitli tuzları çözünürken, zayıf asitli tuzlar (örneğin florürler, fosfatlar, oksalatlar) çok az çözünür veya çözünmez.

Fiziksel

Grup 3'teki eğilimler, diğer erken d-blok gruplarının eğilimlerini takip eder ve beşinci periyottan altıncı periyoda geçerken çekirdeğe doldurulmuş bir f-kabuğunun eklenmesini yansıtır. Örneğin, skandiyum ve itriyum yumuşak metallerdir. Ancak lantanit büzülmesi nedeniyle, atomik yarıçapta itriyumdan lutesyuma beklenen artış, aslında iptal edilenden daha fazlasıdır; lutesyum atomları, itriyum atomlarından biraz daha küçüktür, ancak daha ağırdır ve daha yüksek bir nükleer yüke sahiptir. Bu, metali daha yoğun ve aynı zamanda daha sert hale getirir, çünkü elektronların atomdan metalik bağ oluşturmak için çıkarılması daha zor hale gelir. Her üç metal de benzer erime ve kaynama noktalarına sahiptir. Lawrencium hakkında çok az şey biliniyor, ancak hesaplamalar, daha hafif türdeşlerinin artan yoğunluğa doğru eğilimini sürdürdüğünü gösteriyor.

Skandiyum, itriyum ve lutesyum oda sıcaklığında altıgen sıkı paketli yapıda kristalleşir ve lavrensiyumun da aynı şeyi yapması beklenir. Grubun kararlı üyelerinin yüksek sıcaklıkta yapı değiştirdiği bilinmektedir. Çoğu metalle karşılaştırıldığında, metalik bağ için mevcut elektronların az sayıda olması nedeniyle ısı ve elektriği çok iyi iletmezler.

oluşum

Skandiyum, itriyum ve lutesyum , yerkabuğundaki diğer lantanitlerle (kısa ömürlü prometyum hariç) birlikte ortaya çıkma eğilimindedir ve genellikle cevherlerinden çıkarılması daha zordur. Yer kabuğundaki elemanlarının bolluğu ve 3. grup için oldukça düşük hepsi gruptaki elemanlar nadir, yaklaşık 30 bolluğu ile en bol olma itriyum  milyon başına parçalar (ppm) skandiyumun bolluğu 16 ppm iken, lutesyumunki yaklaşık 0.5 ppm'dir. Karşılaştırma için, bakırın bolluğu 50 ppm, kromun bolluğu 160 ppm ve molibdenin bolluğu 1.5 ppm'dir.

Skandiyum seyrek olarak dağılır ve birçok mineralde eser miktarda bulunur . Gadolinit , öksenit ve tortveitit gibi İskandinavya ve Madagaskar'dan gelen nadir mineraller , bu elementin bilinen tek konsantre kaynaklarıdır, ikincisi skandiyum(III) oksit formunda %45'e kadar skandiyum içerir . İtriyum oluşum yerlerinde de aynı eğilime sahiptir; Amerikan Apollo Projesi sırasında toplanan ay kaya örneklerinde de nispeten yüksek oranda bulunur.

Monazit , en önemli lutesyum cevheri

Lutesyumu ana ticari olarak cevher nadir toprak olan fosfat , mineral monazit , (Ce, La, vb.) PO ₄ , elemanın% 0.003 içerir. Ana madencilik alanları Çin , Amerika Birleşik Devletleri , Brezilya , Hindistan , Sri Lanka ve Avustralya'dır . Saf lutesyum metali o nadir ve ABD hakkında fiyat ile nadir toprak metallerinin 10.000 $ / kg ya da yaklaşık en pahalı dörtte biridir altın .

Üretme

Grup 3'teki en uygun element, 2010 yılında yıllık 8.900 ton üretim ile itriyumdur  . İtriyum çoğunlukla tek bir ülke olan Çin (%99) tarafından oksit olarak üretilmektedir . Lutesyum ve skandiyum da çoğunlukla oksit olarak elde edilir ve 2001 yılına kadar yıllık üretimleri sırasıyla yaklaşık 10 ve 2 ton olmuştur.

Grup 3 elementleri, yalnızca diğer elementlerin ekstraksiyonundan elde edilen bir yan ürün olarak çıkarılır. Genellikle saf metaller olarak üretilmezler; metalik itriyum üretimi yaklaşık birkaç tondur ve skandiyum üretimi yılda 10 kg mertebesindedir; lutesyum üretimi hesaplanmamıştır, ancak kesinlikle küçüktür. Elementler, diğer nadir toprak metallerinden saflaştırıldıktan sonra oksitler olarak izole edilir; oksitler, hidroflorik asit ile reaksiyonlar sırasında florürlere dönüştürülür. Elde edilen florürler, alkalin toprak metalleri veya metallerin alaşımları ile indirgenir ; metalik kalsiyum en sık kullanılır. Örneğin:

Sc ₂ O ₃ + 3 HF → 2 ScF ₃ + 3 H ₂ O

2 ScF ₃ + 3 Ca → 3 CaF ₂ + 2 Sc

biyolojik kimya

Grup 3 metallerin biyosfere erişimi düşüktür. Skandiyum, itriyum ve lutesyumun canlı organizmalarda belgelenmiş biyolojik bir rolü yoktur. Lavrensiyumun yüksek radyoaktivitesi, onu canlı hücreler için oldukça toksik hale getirerek radyasyon zehirlenmesine neden olur.

Skandiyum karaciğerde yoğunlaşır ve karaciğer için bir tehdittir; bazı bileşikleri muhtemelen kanserojendir , hatta genel olarak skandiyum toksik değildir. Scandium'un besin zincirine ulaştığı biliniyor, ancak yalnızca eser miktarlarda; tipik bir insan günde 0.1 mikrogramdan daha azını alır. Çevreye salındığında, skandiyum yavaş yavaş toprakta birikir ve bu da toprak partiküllerinde, hayvanlarda ve insanlarda artan konsantrasyonlara yol açar. Skandiyum, nem ve gazların hava ile solunabilmesi nedeniyle çalışma ortamında çoğunlukla tehlikelidir. Bu, özellikle uzun süreli maruz kalma sırasında akciğer embolilerine neden olabilir. Elementin su hayvanlarının hücre zarlarına zarar verdiği, üreme ve sinir sisteminin işlevleri üzerinde çeşitli olumsuz etkilere neden olduğu bilinmektedir.

İtriyum, insanların karaciğer, böbrek, dalak, akciğer ve kemiklerinde yoğunlaşma eğilimindedir. Normalde tüm insan vücudunda 0,5 miligram kadar az miktarda bulunur; insan anne sütü 4 ppm içerir. İtriyum, yenilebilir bitkilerde 20 ppm ile 100 ppm (taze ağırlık) arasındaki konsantrasyonlarda bulunur ve lahana en büyük miktara sahiptir. 700 ppm'ye kadar, odunsu bitki tohumları bilinen en yüksek konsantrasyonlara sahiptir.

Lutesyum kemiklerde ve daha az oranda karaciğer ve böbreklerde yoğunlaşır. Lutesyum tuzlarının metabolizmaya neden olduğu bilinmektedir ve doğada diğer lantanit tuzları ile birlikte oluşurlar; element, tüm lantanitlerin insan vücudunda en az bulunan elementtir. İnsan diyetleri lutesyum içeriği açısından izlenmemiştir, bu nedenle ortalama bir insanın ne kadar aldığı bilinmemektedir, ancak tahminler, miktarın sadece bitkiler tarafından alınan küçük miktarlardan gelen, yılda sadece birkaç mikrogram olduğunu göstermektedir. Çözünür lutesyum tuzları hafif derecede toksiktir, ancak çözünmeyenler değildir.

Notlar

Referanslar

bibliyografya

• Emsley, John (2001). Doğanın yapı taşları: elementler için A'dan Z'ye rehber . ABD: Oxford University Press. ISBN'si 0-19-850341-5.
• Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Elementlerin Kimyası (2. baskı). Butterworth-Heinemann . ISBN'si 978-0-08-037941-8.