Перейти к основному содержанию
Вся химия

220. Подгруппа скандия

Николай Глинка - Общая химия

Побочная подгруппа третьей группы. Лантаноиды. Актиноиды

Элементы побочной подгруппы третьей группы и семейство, состоящее из четырнадцати f-элементов с порядковыми номерами от 58 до 71, весьма близки друг к другу по своим химическим и физико-химическим свойствам. Эти элементы следуют в периодической системе после лантана и потому называются лантаноидами (или лантанидами). Иногда их вместе с элементами побочной подгруппы третьей группы называют редкоземельными металлами.

Редкоземельные металлы обычно находятся в природе совместно. Они образуют минералы, представляющие собой твердые растворы родственных соединений различных металлов. Например, один из главных источников редкоземельных металлов — минерал монацит — состоит в основном из фосфатов церия, лантана, иттрия и других редкоземельных металлов. Таким образом, природным сырьем, из которого получают как элементы побочной подгруппы третьей группы, так и лантаноиды, служат одни и те же минералы.

Актиноиды (или актиниды) — это семейство четырнадцати f-элементов с порядковыми номерами от 90 до 103, следующее в периодической системе после актиния.

В побочную подгруппу третьей группы входят элементы скандий, иттрий, лантан и актиний. Их атомы содержат по два электрона в наружном электронном слое и по 9 электронов в следующем за ним слое; строение этих двух электронных слоев можно выразить формулой (n − 1)s2(n − 1)p6(n − 1)d1ns2. Каждый из этих элементов открывает собой соответствующую декаду d-элементов. Некоторые их свойства приведены в табл. 36. Степень окисленности элементов подгруппы скандия в большинстве их соединений равна +3.

Таблица 36. Некоторые свойства элементов побочной подгруппы третьей группы

ScYLaAc
Строение внешнего и предвнешнего электронных слоев атома3s23p63d14s24s24p64d15s25s25p65d16s26s26p66d17s2
Радиус атома, нм0,1640,1810,1870,203
Энергия ионизации
Э → Э+, эВ
Э+ → Э2+, эВ
Э2+ → Э3+, эВ

6,56
12,8
24,75

6,22
12,24
20,5

5,58
11,06
19,17

5,1
12,1
…
Радиус иона Э3+, нм0,0830,0970,1040,111
Плотность, г/см33,024,486,1610,1
Температура плавления, °C154115289201040 ± 50
Температура кипения, °CПримерно 2850Примерно 3300Примерно 3450Примерно 3300

Скандий, иттрий и лантан содержатся в земной коре в количествах порядка 10−3 % (масс.). Актиний содержится в значительно меньшем количестве [порядка 10−9 % (масс.)], так как оба его природные или природных (по мнению редакции сайта) изотопа — 227Ac и 228Ac — радиоактивны.

В свободном состоянии элементы подгруппы скандия представляют собой серебристо-белые металлы с высокими температурами плавления. Металлические свойства выражены у них резче, чем у элементов главной подгруппы. Они растворяются в разбавленных соляной, азотной и серной кислотах, а при нагревании реагируют с большинством неметаллов.

Оксиды элементов этой подгруппы представляют собой тугоплавкие белые вещества. Гидроксиды проявляют основные свойства, усиливающиеся в ряду Sc — Y — La. Так, соли скандия гидролизуются в значительной степени, а соли лантана практически не подвергаются гидролизу: La(OH)3 — сильное основание.

Области применения скандия ограничены. Но в настоящее время намечаются пути использования соединений скандия в электронике. В частности, некоторые ферриты (см. стр. 671), содержащие небольшие количества оксида скандия, применяются в быстродействующих счетно-решающих устройствах. Металлический скандий используется в электровакуумной технике как хороший геттер (нераспыляющийся поглотитель газов).

Оксид иттрия также применяется в производстве ферритов. Ферриты, содержащие иттрий, используются в слуховых приборах, в ячейках памяти счетно-решающих устройств. Изотоп иттрия 90Y применяется в медицине.

Лантан применяется главным образом в смеси с лантаноидами (см. § 221).