Распространенность элементов побочной подгруппы III группы в земной коре

Элементы	Sc	Y	La	Ac
Содержание в земной коре, %	6·10–4	2,810–3	1,810–3	6·10–10

9.2. Простые вещества

Кристаллическая решетка простых веществ, образованных атомами элементов побочной подгруппы III группы, металлическая гексагональная (у Sc, Y, La) и кубическая гранецентрированная (у Ас).

Физические свойства. Скандий, иттрий, лантан – серебристо-белые металлы, актиний – серебристый; скандий в порошкообразном состоянии зеленовато-черный. Некоторые физические свойства металлов приведены в табл. 9.3.

Таблица 9.3

Некоторые свойства металлов побочной подгруппы III группы

Элементы Свойства	Sc	Y	La	Ac
Плотность, г/см3	2,99	4,47	6,15	10,1
Температуры плавления, С	1541	1522	921	1050
Температуры кипения, С	2831	3338	3457	3300
Электропроводность (относительно ртути (1))	1,5	1,45	1,7	–

Способы получения. Обычно металлы подгруппы получают электролизом расплавов хлоридов или чаще металлотермической обработкой фторидов и оксидов:

Э₂О₃ + 3Mg 2Э + 3 MgO;

2ЭF₃ + 3Ca 2Э + 3СаF₂;

AcF₃ + 3Li Ac + 3LiF.

Актиний – также искусственным путем в ядерных реакторах:

.

Химические свойства. Sc, Y, La и Ас являются весьма активными металлами, уступая по химической активности только щелочным и щелочноземельным металлам. С основными кислотами реагируют уже на холоде, медленно окисляются на воздухе, резко увеличивая свою активность при нагревании. Реакционная способность растет в ряду Sc – Ас. Реакции с простыми веществами:

– с кислородом: 4Э + 3О₂ → 2Э₂О₃ (при t > 200С);

– с галогенами при нагревании образуют галогениды: 2Э + 3Cl₂ → 2ЭCl₃;

– с серой при нагревании образуют сульфиды состава ЭS и Э₂S₃;

– с азотом при температуре 800–1000С образуют нитриды ЭN;

– с водородом при температуре 300–400С образуют гидриды состава ЭН₂ и ЭН₃;

– с углеродом при ~1600С образуют карбиды состава ЭС, Э₂С₃, ЭС₂.

Реакции со сложными веществами:

– с водой при нагревании реагируют La и Y: 2Э + 6Н₂О → 2Э(ОН)₃ + 3Н₂;

– с кислотами реагируют с образованием соответствующих солей (с валентностью металла III); плавиковая кислота и смесь плавиковой и азотной кислот пассивируют металлы подгруппы.

9.3. Соединения

Практически во всех своих соединениях элементы подгруппы проявляют степень окисления +3. При этом устойчивость бинарных соединений от скандия до актиния растет. Соединения элементов со степенью окисления +3 чаще всего белые кристаллические вещества.

Соединения с водородом – это в основном твердые гидриды ЭН₂ (при недостатке водорода) и ЭН₃ (при избытке); электропроводны. Гидриды ЭН₂ легко окисляются кислородом и реагируют с водой:

2ЭН₂ + 6Н₂О → 2Э(ОН)₃ + 5Н₂.

Галогениды. Все галогениды при обычных условиях – твердые вещества, причем температура плавления фторидов (~1400С) существенно выше, чем остальных галогенидов (от 700 до 1000С). Фториды в отличие от остальных соединений этого типа негигроскопичны и нерастворимы в воде. Галогениды ЭHal₃ (Hal = Сl, Br, I) гидролизуются обычно по схеме:

ЭHal₃ + 3H₂O ⇄ Э(OH)₃ + 3HHal.

При нагревании образуются оксогалогениды типа ЭОHal.

Устойчивость соединений в ряду ЭF₃, ЭCl₃, ЭBr₃, ЭI₃ убывает

Оксиды. Все оксиды, соответствующие основной степени окисления +3, – белые кристаллические вещества, плохо растворимые в воде и щелочах и хорошо – в разбавленных кислотах, особенно при нагревании. Некоторые свойства оксидов приведены в табл. 9.4.

С водой оксиды взаимодействуют по схеме:

Э₂О₃ + 3Н₂О → 2Э(ОН)₃.

Это взаимодействие усиливается в ряду Sc₂O₃, Y₂O₃, La₂O₃, Ac₂O₃.

Таблица 9.4