Skupina skandia, lanthanoidy a aktinoidy Prvky skandium, yttrium, lanthan a aktinium patří do skupiny 3. A. Jejich elektronová konfigurace je ns^2(n – 1)d^1. Do skupiny zařazujeme ještě dalších 28 prvků. Prvky skandium, yttrium, lanthan, aktinium a některé anthanoidy mají rozdílné chování od přechodných prvků. Tyto kovy jsou velmi elektropozitivní (nejelektropozitivnější ze všech přechodných prvků). Při elektronové konfiguraci se stabilizují odtržením tří elektronů z valenční sféry, neboť se chtějí co nejvíce přiblížit vzácným plynům. Jejich oxidační číslo je III. Výjimkou jsou aktinoidy a lanthanoidy, kteří mohou nabývat i jiných také stabilních oxidačních stavů. Proměnlivost oxidačních stavů, která u těchto prvků chybí, je jednoho z toho, čím se liší od přechodných kovů. Další odlišností těchto kovů od kovů přechodných je barevnost a paramagnetismus kovů. Vzhledem k tomu, že skandium, yttrium, lanthan a aktinium se chtějí konfigurací přiblížit k vzácnému plynu, tím že nabývají oxidačního stavu III., dojde k nezaplnění d orbitalu (ten je u konfigurace těchto kovů prázdný), proto tyto kovy nejsou barevné ani paramagnetické. Skandium - Elektronová konfigurace: 4s^2 3d^1 - Vznik vazby: při vytváření vazby se stabilizuje na vzácný plyn Argon, oxidační číslo je III. - Nejméně elektropozitivní kovy této skupiny. - Patří mezi málo ušlechtilé kovy. - Reakční schopnosti : velmi snadno reaguje s vodou, CO[2], vzdušným kyslíkem a kyselinami. - Velmi často vytváří iontové vazby, vazby kovalentní polární s velkým podílem iontovosti. - Snadno vytváří komplexní ionty s koordinačním číslem 4 až 6. (Donorovými atomy zde bývají O a F). [- ]Sloučeniny skandia: oxid skanditý Sc[2]O[3 ]a hydroxid skanditý Sc(OH)[3 ]– amfoterní látky, ze skupiny 3. A jsou nejméně bazické [] [- ]Sloučeniny skandia podle rozpustnosti: [] Málo rozpustné: fluoridy, uhličitany, sírany, fosforečnany, šťavelan skanditý Rozpustné: bývají jimi skandité soli (např. dusičnany) - Technický význam sloučenin skandia: malý Yttrium - Elektronová konfigurace: 5s^23d^1 - Velmi ochotně poskytují tři valenční elektrony. Při elektronové konfiguraci se snaží nabýt elektronové konfigurace Kryptonu. Jejich oxidační stav je III. - Je ještě více elektropozitivní než skandium. Jeho sloučeniny, jsou více iontovější. - Oproti skandiu je méně ušlechtilé. - Jeho oxidy a hydroxidy jsou více bazické. - Technický význam sloučenin yttria: Y[2]O[3] (tzv. yttriový granát) – významný v elektrotechnice, př. mikrovlná technika, lasery, významné je i využití v jaderné technice, př. moderátory. Lanthan a lanthanoidy Lanthan - Elektronová konfigurace lanthanu: 6s^15d^1 - Nabývá oxidačního stavu III. - Chováním podobný skandiu a yttriu. - Jeho oxidy a hydroxidy jsou velmi silně bazické, bez amfoterního charakteru. - Velmi dobrá rozpustnost ve vodě. - Sloučeniny lanthanu: Lanthanaté soli jsou velmi často bezbarvé a diamagnetické, neboť lanthanité ionty obvykle nevytváří komplexní částice. Lanthanoidy - Mohou mít i jiná oxidační čísla III nebo II (u Sm, Eu, Tm, Yb) i IV (u Ce, Pr, Tb). - Atomy prvků s oxidačním stavem III obvykle obsahují nepárové elektrony, jsou tzv. paramagnetickými centry. U některých sloučenin je obsahem nepárových elektronů způsobená barevnost jejich sloučenin. (např. u Pr, Nd, Pm, Sm , Dy, Ho, Er, Tm) - Tyto prvky nemají zcela zaplněný orbital 4f, z toho důvodu se v řadě prvků od lanthanu až k leucitu poloměr atomů a jejich iontů nezvětšuje, ale naopak se zmenšuje. To je způsobeno jevem, který se nazývá lanthanoidová kontrakce – při vzrůstu náboje jádra je vnější část elektronového obalu lokalizována blíže k jádru. - Vlastnosti: výrazná uniformita fyzikálních a chemických vlastností. - Chemické vlastnosti se blíží vlastnostem lanthanu. - Při spalování za přítomnosti vzduchu vytvářejí oxidy typu Me[2]O[3], výjimkou je cer, který vytváří CeO[2 . ] - Jejich oxidy i hydroxidy jsou silně bazické. - Neušlechtilé kovy. - Reaktivní, vzhledem k tomu, že jsou elektropozitivní velmi často tvoří vazbu iontovou. Ale ve vzájemných slitinách i ve slitinách s jinými kovy vytváří vazbu kovovou. - Jejich vlastností není komplexotvornost, přesto komplexy vytvářejí. Mívají v nich koordinační čísla od 6 do 9. Přesto tyto komplexní částice mívají malou stabilitu. Technický význam lanthanu a lanthanoidů: - Dříve byl jejich technický význam velmi malý, neboť se vykytovali difúzně v zemské kůře. Byli velmi vzácné, a bylo velice těžké je připravit. - Nyní je jejich využití častější. Používají se např. v metalurgii. Používají se jak v elementárním stavu, tak i v podobě sloučenin. - Oxidy některých lanthanoidů se vyskytují ve složkách v keramických materiálech nebo i ve sklu, často také bývají využity k jejich barvení. - Některé sloučeniny lanthanoidů našly využití v elektrotechnice a elektronice (ultrafialové, viditelné, infračervené lasery nebo i barevné obrazovky). Některé se také používají při katalýze. Aktinium a aktinoidy Aktinium - Radioaktivní prvek. - V přírodě se vyskytuje v malém množství. Můžeme ho najít v uranových rudách. V nich vzniká rozpadem protaktinia, které vzniklo radioaktivním rozpadem thoria. - Po chemické stránce je aktinium velmi podobné lanthanu. - Elektronová konfigurace: 7s^2 6d^1 - Stabilní v oxidačním stavu III, za vzniku elektronové konfigurace radonu. - Jeho oxidy a hydroxidy jsou jedněmi z nejvíce bazických látek. Aktinoidy - V přírodě se z aktinoidních prvků vyskytují ještě thorium, protaktinium a uran, které jsou taky radioaktivní. Ostatní prvky z řady aktinoidů, tzv. transurany se v přírodě nevyskytují, ale lze je připravit jadernými reakcemi. - Prvky aktinoidů jsou značně elektropozitivní. - Tvoří iontové sloučeniny. Obvykle aktinoidy s nižším oxidačním stavem vytvářejí iontové sloučeniny, zatímco aktinoidy s vyšším oxidačním stavem tvoří oxoanionty převážně s kovovou vazbou. - Tvoří komplexní částice. Středové atomy zde mají velká koordinační čísla. Ale tyto komplexy nejsou moc stabilní. - Neušlechtilé kovy. - Reakce: reagují se vzduchem i s vodou. - Mnohem menší uniformita než u lanthanoidů. - V řadě přirozené řadě prvků se zmenšují poloměry izostentních iontů, je to způsobeno tzv. aktinoidovou kontrakcí. - Aktinoidová kontrakce, je jev, kdy se poloměr atomů zmenšuje s rostoucím protonových číslem. - Technické a průmyslové využití: využití aktinoidů není velké, kromě některých. Využívají se sloučeniny uranu a thoria. Velký význam mají aktinoidy již v elementární formě nebo ve formě sloučenin, časté je využití v jaderné energetice a jaderném inženýrství. Dále se využívají v biologii, chemii, biochemii, zemědělství a dalších oborech vědy a techniky.