П одгруппа скандия

Общая характеристика подгруппы скандия

Элементы подгруппы скандия каждый в своем периоде являются первыми d-элементами. Однако химия этих элементов скорее напоминает химию s-, а не d-элементов. Это естественно, так как элементы данной подгруппы следуют непосредственно после щелочноземельных металлов и являются переходными между s- и d-элементами, сохраняя много общих признаков с первыми.

Э лектронная формула атомов подгруппы (n-1)d¹ns²np⁰. Из-за близости энергий d- и s-подуровней элементы проявляют исключительно степень окисления +3.

Картина изменения свойств атомов в подгруппе такая же, как у щелочных и щелочноземельных металлов: практически монотонно возрастают радиусы атомов и ионов, уменьшаются ионизационные потенциалы, что предопределяет усиление металлических свойств простых веществ.

У атомов имеется явное предпочтение к связям с π-донорами.

Простые вещества

	Sc	Y	La	Ac
tпл, 0С	1541	1528	920	1050
tкип, 0С	2850	3322	3450	3590
r, г/см3	3.0	4.47	6.16	10.1
j0(М+3/М), В (р-р)	-2.08	-2.37	-2.52	-2.6

Это серебристо-белые металлы, по химической активности лишь слегка уступающие щелочным и щелочноземельным металлам. Получают их электролизом расплавов хлоридов или металлотермически (Са).

Как и в ряду щелочноземельных металлов, температуры плавления и кипения по подгруппе уменьшаются, величины электродных потенциалов падают. Таким образом, химическая активность по подгруппе растет. Этому способствует и то, что прочность оксидных пленок, покрывающих металлы, уменьшается. Лишь скандий, как и алюминий, покрыт пленкой прочного оксида, а лантан и иттрий, как и щелочные и щелочноземельные металлы, хранят под слоем керосина.

Химические свойства:

Отношение к простым веществам:

Дают продукты стехиометрического состава: Э₂О₃, ЭГ₃, Э₂S₃, ЭN. С углеродом - ЭС₂, Э₂С₃, ЭС. С водородом - МеН_{3-х, х=0-1}.

Мелкораздробленные металлы на воздухе самовоспламеняются.

Отношение к воде:

С водой иттрий и лантан реагирует при обычных условиях, скандий реагирует хуже, т.к. его гидроксид наименее растворим:

La + 3H₂O ® La(OH)₃ + 3/2H₂

Отношение к кислотам-неокислителям:

2Э + 3H₂SO₄® Э₂(SO₄)₃ + 3H₂

При этом образуются аквакомплексы, в которых катионы проявляют разные координационные числа: Sc⁺³ - 6, Y⁺³ - 6-8, La⁺³ - 8-9.

Отношение к кислотам-окислителям:

8Э + 30HNO_3(разб.) ® 8Э(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O

Э + 6HNO_3(конц.) ® Э(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

Отношение к щелочам:

С расплавами щелочей в присутствии окислителей – только скандий:

Sc + O₂ + NaOH ® NaScO₂ + H₂O

Получение:

Содержатся в оксидных минералах. Скандий — рассеянный, но не редкий элемент. Единственный богатый скандием и редкий минерал тортвейтит Sc₂Si₂О₇. Иттрий и лантан всегда сопутствуют лантанидам, причем иттрий ассоциируется с более тяжелыми лантанидами «иттриевой группы» в таких минералах как ксенотим М^IIIРO₄, а лантан — с более легкими лантанидами «цериевой группы» в минералах монацит М|^IIIРO₄ и бастнезит M^IIICO₃F. Такой характер распространения связан с величинами ионных радиусов иттрия и лантана.

Электролиз расплавов хлоридов или Са-термия трифторидов.

Особую проблему составляет разделение металлов и лантаноидов, и здесь используют ионообменные методы, которые наряду с селективным комплексообразованием и экстракцией в настоящее время полностью вытеснили более старые методы разделения.