3. skupina Sc, Y, La, Ac + lanthanoidy a aktinoidy
Konfigurace (n-1)d1 ns2 , lanthanoidy 4f1-14 6s2 5d1 (četné výjimky),
aktinoidy 5f1-14 7s2 6d1 (četné výjimky), při zaplňování f orbitalů u
lanthanoidů dochází k zaplňování orbitalů skrytých uvnitř atomů a
aktivní valenční vrstva se téměř nemění – všech 14 lanthanoidů jsou
vyslovenou analogií lanthanu. U aktinoidů dochází při zaplňování
k nepravidelnostem, a tudíž se chemické chování aktinoidů od aktinia
liší více. Přechodné kovy 3 skupiny jsou nejelektropozitivnější ze
všech přechodných kovů. Nejstabilnější ox. stav III (odtržení 2 s a
jednoho d elektronu) – nejsou barevné na rozdíl od lanthanoidů a
aktinoidů (mají elektrony v f orbitalech).
Sc, Y, La, Ac se vyskytují ve sloučeninách rozptýleně, špatně se
získávají. Nejčastější ox. stav +III., sloučeniny jsou bezbarvé a
diamagnetické, neušlechtilé kovy, reagují s vodou, kyslíkem,
kyselinami atd. Oxidy se připravují žíháním hydroxidů, uhličitanů
apod. Halogenidy jsou rozpustné (fluoridy výjimka). Síla hydroxidů
roste ve skupině směrem dolů.
Sc: stříbřitě bílý, měkký a výrazně lehký kovový prvek, podobný svými
vlastnostmi hliníku, titanu a lanthanoidům, stabilní oxidační číslo +III,
reaguje se vzdušným kyslíkem, vodou, oxidem uhličitým a kyselinami,
výrazně iontové vazby, Sc2O3 a Sc(OH)3 jsou amfoterní – s hydroxidy
tvoří [Sc(OH)6]3-. Rozpustné soli snadno hydrolyzují na oxid-soli,
hydroxid skanditý anebo oxid skanditý, v přírodě se Sc vyskytuje rel.
hojně ale je rozptýleno.
Výroba Sc: Získává se z uranových rud (chlorid) a následnou redukcí
(př. elektrolyticky)
Použití: LASERy (Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation), slitiny s Al, které se používají v leteckém průmyslu a při
výrobě sportovního vybavení (kola, basebalové pálky, …), konstrukční
kov v kosmonautice.
Sloučeniny: Sc2O3, ScX3,
Y: Ytterby – ve Švédsku, stříbřitě bílý, středně tvrdý, poměrně vzácný
přechodný kov, stabilní oxidační číslo +III, sloučeniny iontovější než u
Sc, kov je neušlechtilejší než Sc, oxid a hydroxid bazičtější než u Sc
Výroba Y:
2 YF3 + 3 Ca → 2 Y + 3 CaF2
Použití: Y2O3 – MASERy, LASERy, moderátory neutronů, akustické
snímače, slitiny s Mg a Al, tepelná odolnost skel (s přídavkem Y2O3),
Y1,2Ba0,8CuO4 supravodivé vlastnosti při teplotách kolem 90 K (tv(N2) =
77 K), Y3Fe5O12 a Y3Al5O12 náhrada diamantů (tvrdost 8,5)
Sloučeniny: Y2O3, YX3,
La a lanthanoidy: (La) stříbřitě bílý, měkký přechodný kov, stab.
ox. číslo +III, oxid a hydroxid silně bazický - bezbarvé diamagnetické,
na vzduchu vzniká La2O3, s vodou H2 a La(OH)3, (lanthanoidy)
* velikosti kroužků kvalitativně charakterizují stabilitu daného oxidačního stavu
S rostoucím protonovým číslem klesá poloměr kovu či iontu +3, klesá
velikost atomu (náboj jádra je hůře stíněn) – lanthanoidová
kontrakce (obdoba kontrakce u Ga, In a Tl), Pm se v přírodě
nevyskytuje (147Pm T1/2 = 2,6 r). Kovy hoří na Me2O3 (Ce na CeO2),
neušlechtilé, reaktivní (i s vodou), iontové vazby, oxidy a hydroxidy
silně bazické, atomy paramagnetické, sloučeniny většinou barevné,
komplexy málo stabilní
Výroba La a lanthanoidů: zdrojem jsou monazitové písky, výroba
obtížná (kovy jsou reaktivní a tající při poměrně vysoké teplotě):
2 LaF3 + 3 Ca → 2 La + 3 CaF2
Cerimetrie (Fe2+, Cr3+, U4+):
U4+ + 2 Ce4+ + 2 H2O → UO2
2+ + 2 Ce3+ + 4 H+
B-Z reakce:
https://www.youtube.com/watch?v=PpyKSRo8Iec
Sloučeniny: Ln2O3, Ln(OH)3 – málo rozpustné, LnX3, LnPO4, LnH2 –
iontové
Použití: (La) metalurgie, La2O3 skla s vysokým indexem lomu –
kamery, dalekohledy, IČ filtry; katalyzátory, (lanthanoidy) oxidy –
barvení keramiky a skel, katalýza, elektrotechnika, elektronika,
LASERy, luminofory v barevných obrazovkách, velmi silné
permanentní magnety (slitiny a sloučeniny neodymu a samaria),
katalyzátory, Ce – cerimetrie (Ce4+ + e- → Ce3+), kamínky do
zapalovačů spolu s La
Ac a aktinoidy: (Ac) silně radioaktivní, nejstabilnější izotop 227Ac
(T1/2 = 22 let) vzniká rozpadem 235U, ve tmě modře světélkuje, 1 tuna
U rudy obsahuje 0,1 mg Ac, oxid a hydroxid – nejbazičtější látky
vůbec, (aktinoidy) v přírodě se vyskytuje jen Pa, Th a U, ostatní
transurany připraveny jadernými reakcemi, aktinoidová kontrakce,
velmi neušlechtilé, elektropozitivní, reagují se vzdušným kyslíkem,
vodou, Pu nejtoxičtější anorganická látka, všechno jsou to
stříbrolesklé elektropozitivní kovy
Výroba Ac: extrakcí z rud a redukcí
Výroba U:
UF4 + 2 Ca → U + 2 CaF2
Použití: (Ac) zdroj neutronů při experimentech s reaktorem,
(aktinoidy) 232Th (T1/2 = 1,39.1010 let) je v jaderném reaktoru
přeměňováno na 233U (štěpitelný a zvyšuje výkon reaktoru); U –
energetika, vojenství střely s velkou kinetickou energií; lékařství,
biochemie, biologie, stínění (hustota 19 g·cm−3), barvení skel
244Pu (T1/2 = 80 milionů let), nejdůležitější izotop 239Pu (T1/2 = 24 100
let) – vojenství; 238Pu (T1/2 = 88 let) – termoelektrické baterie:
kosmické sondy, kardiostimulátory (v současnosti už Li baterie
s indukčním dobíjením)
Sloučeniny: ThO2 (t.t. 3390 °C!), UO2
2+, UO2, UO3 (amfoterní), U3O8,
U2O7
2-, UF4, UF6.
UO3 + 2H+ → UO2
2+ + H2O
2UO3 + 2OH- → U2O7
2- + H2O
2An + 3H2 → 2AnH3
UF4 + F2 → UF6
2UF4 + O2 → UF6 + UO2F2
2AnO2
+ + 4H+ → An4+ + AnO2
2+ + 2H2O