Элементы группы IIIB

Группа IIIB охватывает почти третью часть всех элементов таблицы Менделеева, так как в нее включаются элементы /-блока — лантаноиды и актиноиды (табл. 27.3). ^/-Элементами этой группы, надежно занимающими свои клетки в периодической таблице, являются скандий и иттрий. В 6-м периоде на роль (/-элемента в равной мере могут претендовать лантан (IХе]6^²5^/¹) и лютеций ([Хс]4/¹⁴б5²5с/¹). Ранее в третью клетку 6-го периода помещали лантан. В последние десятилетия в нее перенесли лютеций, а лантан вместе с семейством лантаноидов выносят в отдельный ряд. Аналогично, в 7-м периоде актиний присоединяют к семейству актиноидов, а в клетку под лютецием помещают лоуренсий.

Таблица 27.3

Характеристика элементов группы ШВ*.

* Данные о лоуренсии, за исключением имеющихся в периодической таблице, отсутствуют. Период полураспада нуклида -3 мес. Было получено несколько атомных ядер этого элемента.

Из элементов группы ШВ первым был открыт иттрий в 1794 г. (К). Гадолии, Финляндия). В следующем веке были открыты лантан (1839 г., К. Мосандер, Швеция), скандий (1879 г., Л. Нильсон, Швеция) и актиний как продукт радиоактивного распада урана (1899 г., А. Дебьерн, Франция). Существование скандия (экаалюминия) было предсказано Д. И. Менделеевым. Уже в XX в. был открыт лютеций (1907 г., Ж. Урбэн, Франция). Эти элементы нечетные, имеющие мало природных нуклидов. У скандия и иттрия имеется по одному стабильному нуклиду. Лантан и лютеций имеют по одному стабильному и по одному радиоактивному изотопу с очень большими периодами полураспада. У актиния самый долгоживущий нуклид — ²8дАс с периодом полураспада 21,77 года.

По данным табл. 27.3 мы видим, что элементы IIIВ, кроме актиния, характеризуются сравнительно высоким содержанием в земной коре, но они рассеяны и собственные минералы образуют редко. В тортвейтите одновременно содержатся скандий и иттрий — [(8с, У)₂$ 1₂0₇]. Как источник многих элементов важен минерал монацит. Это красновато-бурый песок или темные кристаллы, представляющие собой изоморфную смесь фосфатов лантаноидов, а также тория и урана: (Ьа, Се, и …)Р0₄.

Судя по добыче лантана, приблизительно составляющей 8500 т в год, этот металл имеет довольно большое значение в технике. В наибольшем количестве лантан применяется как добавка к сплавам. Некоторые соединения лантана входят в состав люминофоров. Оксид лантана Га₂Оз входит в состав некоторых сортов оптического стекла для линз («лантановая оптика»). Иттрий добывается в количестве около 6 т, а скандий — лишь 60 кг в год.

Все элементы группы схожи о по химическим свойствам. В химических соединениях они имеют степень окисления +3. Ион лантана Ьа³⁺ имеет такую же электронную структуру, как ион бария или, короче говоря, [Хе]. У иона лютеция Ьи³⁺ к структуре благородного газа добавляются 14 электронов на подуровне 4/. Его электронная структура такая же, как у иона НР⁺.

В металлическом состоянии лантан и другие металлы группы получаются восстановлением хлоридов или фторидов металлическим кальцием:

Самую высокую температуру плавления имеет скандий — 1541 °C. На воздухе металлы быстро подвергаются коррозии. На поверхности лантана образуется гидратированный оксикарбонат приблизительного состава Еа₂0(С0з)2-иН₂0. Эти металлы легко растворяются в разбавленных кислотах, образуя различные соли. Гидроксид лантана является практически нерастворимым в воде основанием.

Из-за сходства химических свойств концентраты элементов группы IIIВ, получаемые из минералов, трудно поддаются разделению.