Элемент группы 3 - Group 3 element

Группа 3 в периодической таблице
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон щелочноземельные металлы ←   → группа 4
Номер группы ИЮПАК 3 Имя по элементу группа скандия Номер группы CAS (США, образец ABA) IIIB старый номер IUPAC (Европа, образец AB) IIIA
↓  Период
4	Скандий (Sc) 21 Переходный металл
5	Иттрий (Y) 39 Переходный металл
6	Лютеций (Lu) 71 Лантанид
7	Лоуренсий (Lr) 103 Актинид
Легенда изначальный элемент синтетический элемент Цвет атомного номера: черный = сплошной
v т е

Группа 3 - первая группа переходных металлов в периодической таблице. Эта группа тесно связана с редкоземельными элементами . Хотя некоторые разногласия существуют в отношении состава и размещения этой группы, по общему мнению среди тех , кто изучает этот вопрос , что эта группа содержит четыре элемента скандий (Sc), иттрий (Y), лютеция (Lu) и Лоуренсий (Lr) . Группа также называется группой скандия или семейством скандия по имени самого легкого члена.

Химия элементов 3-й группы типична для ранних переходных металлов: все они по существу имеют только групповую степень окисления +3 в качестве основной, и, как и предыдущие металлы основной группы, весьма электроположительны и имеют менее богатую координационную химию. Из-за эффектов сокращения лантаноидов иттрий и лютеций очень похожи по свойствам. Иттрий и лютеций по существу имеют химический состав тяжелых лантаноидов, но скандий имеет несколько отличий из-за своего небольшого размера. Это похоже на структуру ранних групп переходных металлов, где самый легкий элемент отличается от очень похожих следующих двух.

Все элементы 3-й группы - довольно мягкие, серебристо-белые металлы, хотя их твердость увеличивается с атомным номером. На воздухе они быстро тускнеют и вступают в реакцию с водой, хотя их реакционная способность маскируется образованием оксидного слоя. Первые три из них встречаются в природе, и особенно иттрий и лютеций почти всегда связаны с лантаноидами из-за их сходного химического состава. Лоуренсий сильно радиоактивен : он не встречается в природе и должен производиться искусственным синтезом, но его наблюдаемые и теоретически предсказанные свойства согласуются с тем, что он является более тяжелым гомологом лютеция. Ни один из них не играет биологической роли.

Исторически сложилось так, что иногда в группу включались лантан (La) и актиний (Ac) вместо лютеция и лоуренсия, и этот вариант до сих пор часто встречается в учебниках. Были предложены и использованы некоторые компромиссы между двумя основными вариантами, включая сокращение группы только до скандия и иттрия, или включение в группу всех 30 лантаноидов и актинидов .

История

Открытия стихий

Открытие элементов группы 3 неразрывно связано с открытием редкоземельных элементов , с которыми они повсеместно связаны в природе. В 1787 году шведский химик по совместительству Карл Аксель Аррениус нашел тяжелую черную скалу недалеко от шведской деревни Иттерби , Швеция (часть Стокгольмского архипелага ). Думая, что это неизвестный минерал, содержащий недавно открытый элемент вольфрам , он назвал его иттербитом . Финский ученый Йохан Гадолин идентифицировал новый оксид или « землю » в образце Аррениуса в 1789 году и опубликовал свой завершенный анализ в 1794 году; в 1797 году новый оксид получил название иттрия . Спустя десятилетия после того, как французский ученый Антуан Лавуазье разработал первое современное определение химических элементов , считалось, что земли можно свести к их элементам, а это означало, что открытие новой земли было эквивалентно открытию элемента внутри, который в этом случае был бы иттрий . До начала 1920-х годов химический символ «Yt» использовался для обозначения элемента, после чего «Y» вошел в обиход. Металлический иттрий, хотя и не чистый, был впервые получен в 1828 году, когда Фридрих Вёлер нагрел безводный хлорид иттрия (III) с калием с образованием металлического иттрия и хлорида калия . Фактически, иттрий Гадолина оказался смесью многих оксидов металлов, что положило начало истории открытия редкоземельных элементов.

В 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев опубликовал свою периодическую таблицу, в которой было пустое место для элемента над иттрием. Менделеев сделал несколько предсказаний относительно этого гипотетического элемента, который он назвал эка-бором . К тому времени иттрия Гадолина уже несколько раз расщеплялась; сначала шведским химиком Карлом Густавом Мосандером , который в 1843 году разделил еще две земли, которые он назвал тербия и эрбия (разделив имя Иттерби так же, как и иттрия); а затем в 1878 году, когда швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Мариньяк разделил тербия и эрбия на другие земли. Среди них была иттербия (компонент старой эрбии), которую шведский химик Ларс Фредрик Нильсон успешно разделил в 1879 году, чтобы выявить еще один новый элемент. Он назвал его скандием от латинского Scandia, что означает «Скандинавия». Нильсон, очевидно, не знал о предсказании Менделеева, но Пер Теодор Клев узнал переписку и уведомил Менделеева. Химические эксперименты со скандием доказали правильность предположений Менделеева ; наряду с открытием и характеристикой галлия и германия это доказало правильность всей таблицы Менделеева и периодического закона . Металлический скандий был произведен в первый раз в 1937 году путем электролиза в виде эвтектической смеси, при 700-800 ° С, из калия , лития и хлоридов скандия . Скандий существует в тех же рудах, из которых был обнаружен иттрий, но встречается гораздо реже и, вероятно, по этой причине ускользнул от обнаружения.

Остающийся компонент иттербия Мариньяка также оказался составным. В 1907 году французский ученый Жорж Урбен , австрийский минералог барон Карл Ауэр фон Вельсбах и американский химик Чарльз Джеймс независимо друг от друга открыли новый элемент в иттербии. Вельсбах предложил название кассиопей для своего нового элемента (после Кассиопеи ), тогда как Урбен выбрал название лютеций (от латинского Lutetia, для Парижа). Спор о приоритете открытия задокументирован в двух статьях, в которых Урбен и фон Вельсбах обвиняют друг друга в публикации результатов, на которые повлияли опубликованные исследования друг друга. В 1909 году Комиссия по атомной массе, которая отвечала за присвоение названий новым элементам, предоставила приоритет Урбену и приняла его имена в качестве официальных. Очевидная проблема с этим решением заключалась в том, что Урбен был одним из четырех членов комиссии. В 1949 году написание элемента 71 было изменено на лютеций. Однако более поздняя работа, связанная с попытками Урбена дополнительно разделить его лютеций, показала, что он содержал только следы нового элемента 71, и что чистым элементом 71 был только кассиопей Вельсбаха. По этой причине многие немецкие ученые продолжали использовать название кассиопей. для элемента до 1950-х годов. По иронии судьбы, Чарльз Джеймс, который скромно не участвовал в споре о приоритете, работал в гораздо большем масштабе, чем другие, и, несомненно, обладал самым большим запасом лютеция в то время. Лютеций был последним из открытых стабильных редкоземельных элементов. Более чем столетние исследования разделили исходный иттрий гадолина на иттрий, скандий, лютеций и семь других новых элементов.

Лоуренсий - единственный элемент группы, который не встречается в природе. Он был впервые синтезирован Альбертом Гиорсо и его командой 14 февраля 1961 года в Радиационной лаборатории Лоуренса (ныне Национальная лаборатория Лоуренса Беркли ) Калифорнийского университета в Беркли, штат Калифорния , США . Первые атомы лоуренсия были получены путем бомбардировки мишени из трех миллиграмм , состоящую из трех изотопов элемента калифорния с бором -10 и бором-11 ядер из тяжелых ионов линейного ускорителя (Hilac). Нуклид ²⁵⁷ 103 Первоначально сообщалось, но тогда это был переведен на ²⁵⁸ 103. Группа в Университете Калифорнии предложил название Лоуренсий (после Эрнест О. Лоуренс , изобретатель циклотрона ускоритель элементарных частиц) , а символ «Lw», для новый элемент, но "Lw" не был принят, а вместо него был официально принят "Lr". Исследователи ядерной физики в Дубне , Советский Союз (ныне Россия ), сообщили в 1967 году, что они не смогли подтвердить данные американских ученых о ²⁵⁷ 103. Двумя годами ранее дубненская группа сообщила о ²⁵⁶ 103. В 1992 году IUPAC Trans- Рабочая группа по фермию официально признала элемент 103, подтвердила его название как лоуренсий с символом «Lr» и назвала группы ядерных физиков в Дубне и Беркли соавторами лоуренсия.

Спор о составе

Редкоземельные элементы исторически создавали очень много проблем для таблицы Менделеева. Благодаря измерениям электронных конфигураций элементов в газовой фазе в основном состоянии и их принятию в качестве основы для размещения в периодической таблице, более старая форма группы 3, содержащая скандий, иттрий, лантан и актиний, получила известность в 1940-х годах. Конфигурации основного состояния цезия , бария и лантана - это [Xe] 6s ¹ , [Xe] 6s ² и [Xe] 5d ¹ 6s ² . Таким образом, появляется лантан с дифференцирующим электроном 5d, и на этом основании он считался «в группе 3 как первый член d-блока для периода 6». Затем в группе 3 был обнаружен внешне согласованный набор электронных конфигураций: скандий [Ar] 3d ¹ 4s ² , иттрий [Kr] 4d ¹ 5s ² , лантан [Xe] 5d ¹ 6s ² и актиний [Rn] 6d ¹ 7s ² . Еще в период 6 иттербию ошибочно приписали электронную конфигурацию [Xe] 4f ¹³ 5d ¹ 6s ² и лютеция [Xe] 4f ¹⁴ 5d ¹ 6s ² , что предполагает, что лютеций был последним элементом f-блока. Таким образом, этот формат приводит к тому, что f-блок перемещается между группами 3 и 4 d-блока и разделяет их.

Однако более поздние спектроскопические исследования показали, что правильная электронная конфигурация иттербия на самом деле была [Xe] 4f ¹⁴ 6s ² . Это означало, что иттербий и лютеций - последний с [Xe] 4f ¹⁴ 5d ¹ 6s ² - оба имели по 14 f-электронов, «приводя к d-, а не к f-дифференцирующему электрону» для лютеция и делая его «одинаково допустимым. кандидат "с лантаном [Xe] 5d ¹ 6s ² , для позиции группы 3 Менделеева ниже иттрия. Это приведет к группе 3 со скандием, иттрием, лютецием и лоуренсием. Первыми на эти последствия указали русские физики Лев Ландау и Евгений Лифшиц в 1948 году: в их учебнике « Курс теоретической физики» говорилось: «В книгах по химии лютеций также относят к редкоземельным элементам. Это, однако, неверно, поскольку оболочка 4f полностью состоит из лютеция ». После того, как Ландау и Лифшиц сделали свое заявление, многие физики также поддержали изменения 1960-х и 1970-х годов, сосредоточив внимание на многих свойствах, таких как кристаллическая структура, точки плавления, структура зоны проводимости и сверхпроводимость, в которых лютеций соответствует поведению скандия и иттрия. но лантан отличается. Эта форма не требует разделения блоков. (Некоторые химики, такие как Альфред Вернер, поместили лантан в столбец, отличный от скандия и иттрия, из-за его отличного химического поведения еще до открытия лютеция.) Некоторые химики также пришли к этому выводу другими способами, например советскими химиками. Чистяков, который в 1968 г. отметил, что вторичная периодичность в группе 3 выполнялась только в том случае, если в нее был включен лютеций, а не лантан. Однако химическое сообщество в значительной степени проигнорировало эти выводы. Философ науки Эрик Шерри предполагает, что одним из факторов могло быть то, что несколько авторов, предложивших это изменение, были физиками.

Американский химик Уильям Б. Дженсен  [ де ] собрал многие из вышеперечисленных аргументов в согласованном призыве к химикам в 1982 году изменить их периодические таблицы и поместить лютеций и лоуренсий в группу 3. Помимо этих физических и химических аргументов, он также указал, что Конфигурации лантана и актиния лучше рассматривать как неправильные, подобно тому, как тогда повсеместно относились к торию. Торий не имеет f-электронов в основном состоянии (будучи [Rn] 6d ² 7s ² ), но был и повсеместно размещен как элемент f-блока с нерегулярной газовой конфигурацией основного состояния, заменяющей идеальный [Rn] 5f ² 7с ² . Тогда лантан и актиний можно рассматривать как аналогичные случаи, когда идеальная конфигурация f ¹ s ² заменяется конфигурацией ad ¹ s ² в основном состоянии. Поскольку большинство элементов f-блока фактически имеют конфигурацию f ⁿ s ² , а не конфигурацию f ^n-1 d ¹ s ² , первая настоятельно рекомендуется в качестве идеальной общей конфигурации для элементов f-блока. Это переназначение аналогично создает гомологичную серию конфигураций в группе 3: в частности, добавление заполненной f-оболочки к ядру, переходящей от иттрия к лютецию, в точности аналогично тому, что происходит с любой другой группой d-блоков.

В любом случае, газофазные конфигурации в основном состоянии рассматривают только изолированные атомы, а не связывающие атомы в соединениях (последнее более актуально для химии), которые часто имеют разные конфигурации. Идея нерегулярных конфигураций поддерживается низколежащими возбужденными состояниями: несмотря на отсутствие f-электрона в основном состоянии, лантан, тем не менее, имеет f-орбитали с достаточно низкой энергией, чтобы их можно было использовать в химии, и это влияет на физические свойства. это было представлено в качестве доказательства предлагаемого переназначения. (Скандий, иттрий и лютеций не имеют таких низкорасположенных доступных f-орбиталей.) Неправильная конфигурация лоуренсия ([Rn] 5f ¹⁴ 7s ² 7p ^1, а не [Rn] 5f ¹⁴ 6d ¹ 7s ² ) может быть объяснена аналогичным образом. как еще одна (хотя и уникальная) аномалия из-за релятивистских эффектов, которые становятся важными для самых тяжелых элементов. Эти нерегулярные конфигурации в элементах 4f являются результатом сильного межэлектронного отталкивания в компактной оболочке 4f, в результате чего, когда ионный заряд низкий, более низкое энергетическое состояние достигается перемещением некоторых электронов на орбитали 5d и 6s, которые не испытывают такое большое межэлектронное отталкивание, даже если уровень энергии 4f обычно ниже, чем уровень 5d или 6s: аналогичный эффект происходит в начале серии 5f.

В 1988 г. был опубликован отчет IUPAC, касающийся этого вопроса. Хотя он писал, что электронные конфигурации были в пользу нового назначения группы 3 с лютецием и лоуренсием, вместо этого он решил пойти на компромисс, когда нижние точки в группе 3 были оставлены пустыми, потому что традиционная форма с лантаном и актинием оставалась популярной. Это можно интерпретировать либо как сокращение группы 3 до скандия и иттрия, либо как включение всех лантаноидов и актинидов в группу 3, но в любом случае f-блок появляется с 15 элементами, несмотря на то, что квантовая механика диктует, что он должен иметь 14. Такая таблица появляется во многих публикациях ИЮПАК; несмотря на то, что ее обычно называют «периодической таблицей ИЮПАК», она официально не поддерживается ИЮПАК.

Этот компромисс не остановил дискуссии. Хотя некоторые химики были убеждены аргументами о переводе лютеция в группу 3, многие продолжали показывать лантан в группе 3 либо потому, что они не знали аргументов, либо потому, что они не убедили их. Большинство исследований по этому вопросу, как правило, поддерживало предложенное переназначение лютеция в группу 3. Однако в учебниках химии традиционная форма продолжала оставаться самой популярной вплоть до 2010-х годов, хотя постепенно она уступила место и новой форме с лютецием, и компромиссная форма. В некоторых учебниках даже непоследовательно показаны разные формы в разных местах. Лоуренс Лавель пошел дальше, защищая традиционную форму с лантаном в группе 3 на том основании, что ни лантан, ни актиний не имеют валентных f-электронов в основном состоянии, что вызвало жаркие споры. Позже Дженсен опроверг это, указав на несостоятельность аргументов Лавеля (поскольку то же самое было верно в отношении тория и лютеция, которые Лавелль поместил в f-блок) и на доказательства неправильных конфигураций. Скерри, который много публиковал по этому вопросу, отметил, что случай Дженсена, основанный на физических и химических свойствах, не является окончательным из-за его избирательности, указывая на другие варианты свойств, которые, по-видимому, поддерживают лантан в группе 3 вместо лютеция. Тем не менее, он также последовательно поддерживал лютеций в группе 3, избегая расщепления в d-блоке, а также ссылался на тот факт, что электронные конфигурации являются приближениями, и на проблему тория.

В декабре 2015 года был учрежден проект IUPAC , возглавляемый Скерри и включающий (среди прочего) Дженсена и Лавелля, для вынесения рекомендаций по этому вопросу. Его предварительный отчет был опубликован в январе 2021 года. В нем сделан вывод о том, что ни один из критериев, ранее использовавшихся в дебатах, не давал однозначного решения вопроса и что в конечном итоге вопрос опирался на условность, а не на то, что было объективно разрешимо с научной точки зрения. Таким образом, он предлагал использовать «некоторую степень условности» для «выбора таблицы Менделеева, которая может быть представлена ​​как наилучшая таблица компромиссов, сочетающая объективные факторы, а также зависимость от интересов» для представления «максимально широкой аудитории химиков. , преподавателей-химиков и студентов-химиков ". Было дано три желаемых варианта : (1) все элементы должны отображаться в порядке возрастания атомного номера, (2) d-блок не должен быть разбит на «две очень неровные части», и (3) блоки должны иметь ширину 2 , 6, 10 и 14 в соответствии с квантово-механическими основами периодической таблицы. Назначение блоков было признано приблизительным, как и задание электронных конфигураций: особо отмечен случай с торием. Эти три дезидерата выполняются только таблицей с лютецием и лоуренсием в группе 3; традиционная форма группы 3 с лантаном нарушает (2), а компромиссная форма группы 3 со всеми лантаноидами и актинидами нарушает (3). Таким образом, форма с лютецием в группе 3 была предложена в качестве компромисса.

Характеристики

Химическая

Как и другие группы, члены этого семейства демонстрируют закономерности в своих электронных конфигурациях, особенно на внешних оболочках, что приводит к тенденциям в химическом поведении. Из-за релятивистских эффектов, которые становятся важными для больших атомных номеров, конфигурация лоуренсия имеет нерегулярную заселенность 7p вместо ожидаемой 6d, но обычная конфигурация [Rn] 5f ¹⁴ 6d ¹ 7s ² оказывается достаточно низкой по энергии, чтобы не было существенной разницы. от остальной группы наблюдается или ожидается.

Большая часть химии наблюдалась только у первых трех членов группы; химические свойства лоуренсия недостаточно хорошо изучены, но то, что известно и предсказано, соответствует его положению в качестве более тяжелого гомолога лютеция. Остальные элементы группы (скандий, иттрий, лютеций) достаточно электроположительны. Это химически активные металлы, хотя это не очевидно из-за образования стабильного оксидного слоя, который предотвращает дальнейшие реакции. Металлы легко горят с образованием оксидов, которые представляют собой белые тугоплавкие твердые частицы. Обычно они окисляются до степени окисления +3, в которой они образуют в основном ионные соединения и имеют в основном катионный водный химический состав. В этом отношении они похожи на лантаноиды, хотя в них отсутствуют f-орбитали, которые характеризуют химию от 4f элементов от лантана до иттербия. Таким образом, стабильные элементы группы 3 часто группируются с элементами 4f как так называемые редкоземельные элементы .

Стереотипные свойства переходных металлов в этой группе в основном отсутствуют, как и для более тяжелых элементов групп 4 и 5: существует только одна типичная степень окисления, а координационная химия не очень богатая (хотя высокие координационные числа являются обычным явлением из-за большой размер ионов M ³⁺ ). При этом могут быть получены соединения с низкой степенью окисления, и некоторые химические процессы циклопентадиенила известны. Таким образом, химический состав элементов группы 3 в основном различается их атомными радиусами: иттрий и лютеций очень похожи, но скандий выделяется как наименее основной и лучший комплексообразующий агент, приближаясь к алюминию по некоторым свойствам. Они естественным образом занимают свое место вместе с редкоземельными элементами в ряду трехвалентных элементов: иттрий действует как редкоземельный промежуточный элемент между диспрозием и гольмием по основности; лютеций как менее основной, чем 4f элементы, и наименее основной из лантаноидов; и скандий как редкоземельный элемент менее основной, чем даже лютеций. Оксид скандия амфотерный ; оксид лютеция является более основным (хотя его трудно заставить проявлять некоторые кислотные свойства), а оксид иттрия еще более щелочной. Соли с сильными кислотами этих металлов растворимы, тогда как соли со слабыми кислотами (например, фториды, фосфаты, оксалаты) плохо растворимы или нерастворимы.

Физический

Тенденции в группе 3 следуют тенденциям других ранних групп d-блоков и отражают добавление заполненной f-оболочки в ядро ​​при переходе от пятого к шестому периоду. Например, скандий и иттрий - мягкие металлы. Но из-за сокращения лантаноидов ожидаемое увеличение атомного радиуса от иттрия к лютецию фактически более чем сводится на нет; Атомы лютеция немного меньше атомов иттрия, но тяжелее и имеют больший заряд ядра. Это делает металл более плотным, а также более твердым, потому что извлечение электронов из атома для образования металлической связи становится более трудным. Все три металла имеют схожие точки плавления и кипения. О лоуренсии известно очень мало, но расчеты показывают, что он продолжает тенденцию своих более легких сородичей к увеличению плотности.

Скандий, иттрий и лютеций кристаллизуются в гексагональной плотноупакованной структуре при комнатной температуре, и ожидается, что лоуренсий будет делать то же самое. Известно, что стабильные члены группы изменяют структуру при высокой температуре. По сравнению с большинством металлов они не очень хорошо проводят тепло и электричество из-за небольшого количества электронов, доступных для металлических связей.

Вхождение

Скандий, иттрий и лютеций, как правило, встречаются вместе с другими лантаноидами (за исключением короткоживущего прометия ) в земной коре, и их часто труднее извлечь из их руд. Содержание элементов в земной коре для группы 3 довольно низкое - все элементы в группе необычны, наиболее распространенным является иттрий с содержанием приблизительно 30  частей на миллион (ppm); содержание скандия составляет 16 частей на миллион, а лютеция - около 0,5 частей на миллион. Для сравнения, содержание меди составляет 50 частей на миллион, хрома - 160 частей на миллион и молибдена - 1,5 частей на миллион.

Скандий редко встречается и в следовых количествах содержится во многих минералах . Редкие минералы из Скандинавии и Мадагаскара, такие как гадолинит , эвксенит и тортвейтит, являются единственными известными концентрированными источниками этого элемента, последний содержит до 45% скандия в форме оксида скандия (III) . Иттрий имеет ту же тенденцию в местах нахождения; в относительно высоком содержании он также обнаружен в образцах лунных пород, собранных во время американского проекта «Аполлон» .

Монацит , самая важная лютециевая руда

Основная коммерчески жизнеспособная руда лютеция - это редкоземельный фосфатный минерал монацит (Ce, La и т. Д.) PO ₄ , который содержит 0,003% этого элемента. Основные районы добычи полезных ископаемых - Китай , США , Бразилия , Индия , Шри-Ланка и Австралия . Чистый металлический лютеций - один из самых редких и самых дорогих из редкоземельных металлов, его цена составляет около 10 000 долларов США за кг, или около четверти цены золота .

Производство

Наиболее доступным элементом в группе 3 является иттрий, его годовое производство составило 8 900  тонн в 2010 году. Иттрий в основном производится в виде оксида в одной стране, Китае (99%). Лютеций и скандий также в основном получают в виде оксидов, и их годовое производство к 2001 году составляло примерно 10 и 2 тонны соответственно.

Элементы группы 3 добываются только как побочный продукт при извлечении других элементов. Их не часто производят в чистом виде; производство металлического иттрия составляет около нескольких тонн, а скандия - порядка 10 кг в год; производство лютеция не подсчитано, но оно, конечно, невелико. Элементы после очистки от других редкоземельных металлов выделяются в виде оксидов; оксиды превращаются во фториды во время реакции с плавиковой кислотой. Полученные фториды уменьшается с щелочно - земельных металлов или сплавов металлов; металлический кальций используется наиболее часто. Например:

Sc ₂ O ₃ + 3 HF → 2 ScF ₃ + 3 H ₂ O

2 ScF ₃ + 3 Ca → 3 CaF ₂ + 2 Sc

Биологическая химия

Металлы группы 3 имеют низкую доступность для биосферы. Скандий, иттрий и лютеций не имеют документально подтвержденной биологической роли в живых организмах. Высокая радиоактивность лоуренсия делает его очень токсичным для живых клеток, вызывая радиационное отравление.

Скандий концентрируется в печени и представляет для нее угрозу; некоторые из его соединений, возможно, канцерогены , даже несмотря на то, что в целом скандий не токсичен. Известно, что скандий попал в пищевую цепочку, но только в следовых количествах; типичный человек принимает менее 0,1 мкг в день. Попав в окружающую среду, скандий постепенно накапливается в почве, что приводит к увеличению его концентрации в почвенных частицах, животных и людях. Скандий наиболее опасен в рабочей среде, так как воздух может вдыхать влагу и газы. Это может вызвать эмболию легких, особенно при длительном воздействии. Известно, что этот элемент повреждает клеточные мембраны водных животных, оказывая негативное влияние на размножение и функции нервной системы.

Иттрий имеет тенденцию концентрироваться в печени, почках, селезенке, легких и костях человека. Обычно во всем теле человека содержится всего 0,5 миллиграмма; грудное молоко человека содержит 4 промилле. Иттрий содержится в съедобных растениях в концентрациях от 20 до 100 частей на миллион (в сыром виде), причем больше всего в капусте . Семена древесных растений, содержащие до 700 частей на миллион, имеют самые высокие из известных концентраций.

Лютеций концентрируется в костях и, в меньшей степени, в печени и почках. Известно, что соли лютеция вызывают метаболизм, и они встречаются вместе с другими солями лантанидов в природе; этот элемент является наименее распространенным в организме человека из всех лантаноидов. В рационе человека не проводился мониторинг содержания лютеция, поэтому неизвестно, сколько в среднем человек принимает, но оценки показывают, что это количество составляет всего около нескольких микрограммов в год, и все это происходит из крошечных количеств, потребляемых растениями. Растворимые соли лютеция умеренно токсичны, а нерастворимые - нет.

Примечания

использованная литература

Библиография

• Эмсли, Джон (2001). Природы строительных блоков: руководство AZ элементам . США: Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-850341-5.
• Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.