El grupo 3 es el primer grupo de metales de transición de la tabla periódica. Este grupo está estrechamente relacionado con los elementos de tierras raras . Aunque existe cierta controversia con respecto a la composición y ubicación de este grupo, en general, quienes estudian el tema coinciden en que este grupo contiene los cuatro elementos escandio (Sc), itrio (Y), lutecio (Lu) y lawrencio (Lr). . El grupo también se llama grupo del escandio o familia del escandio en honor a su miembro más ligero.
La química de los elementos del grupo 3 es típica de los metales de transición tempranos: todos esencialmente tienen solo el estado de oxidación de grupo de +3 como principal, y al igual que los metales del grupo principal anteriores, son bastante electropositivos y tienen una química de coordinación menos rica. Debido a los efectos de la contracción del lantánido , el itrio y el lutecio tienen propiedades muy similares. El itrio y el lutecio tienen esencialmente la química de los lantánidos pesados, pero el escandio muestra varias diferencias debido a su pequeño tamaño. Este es un patrón similar a los de los primeros grupos de metales de transición, donde el elemento más ligero es distinto de los dos siguientes muy similares.
Todos los elementos del grupo 3 son metales bastante blandos, de color blanco plateado, aunque su dureza aumenta con el número atómico. Se empañan rápidamente en el aire y reaccionan con el agua, aunque su reactividad está enmascarada por la formación de una capa de óxido. Los tres primeros se producen de forma natural, y especialmente el itrio y el lutecio se asocian casi invariablemente con los lantánidos debido a su química similar. El lawrencio es fuertemente radiactivo : no se produce de forma natural y debe producirse mediante síntesis artificial, pero sus propiedades observadas y teóricamente predichas son consistentes con que sea un homólogo más pesado del lutecio. Ninguno de ellos tiene ningún papel biológico.
Históricamente, a veces se incluían en el grupo lantano (La) y actinio (Ac) en lugar de lutecio y lawrencio, y esta opción todavía se encuentra comúnmente en los libros de texto. Se han propuesto y utilizado algunos compromisos entre las dos opciones principales, que implican la reducción del grupo a escandio e itrio solamente, o la inclusión de los 30 lantánidos y actínidos en el grupo también.
Historia [ editar ]
Descubrimientos de los elementos [ editar ]
El descubrimiento de los elementos del grupo 3 está indisolublemente ligado al de las tierras raras , con las que están universalmente asociados en la naturaleza. En 1787, el químico sueco a tiempo parcial Carl Axel Arrhenius encontró una pesada roca negra cerca del pueblo sueco de Ytterby , Suecia (parte del archipiélago de Estocolmo ). [1] Pensando que era un mineral desconocido que contenía el elemento tungsteno recién descubierto , [2] lo llamó iterbita . [n 1] El científico finlandés Johan Gadolin identificó un nuevo óxido o " tierra"en la muestra de Arrhenius en 1789, y publicó su análisis completo en 1794; [3] en 1797, el nuevo óxido se llamó itria . [4] En las décadas posteriores a que el científico francés Antoine Lavoisier desarrolló la primera definición moderna de elementos químicos , Se creía que las tierras podían reducirse a sus elementos, lo que significa que el descubrimiento de una nueva tierra equivalía al descubrimiento del elemento interior, que en este caso habría sido itrio . [n 2] Hasta principios de la década de 1920, el símbolo químico "Yt" se usó para el elemento, después de lo cual "Y" se volvió de uso común. [5] El metal de itrio, aunque impuro, se preparó por primera vez en 1828 cuandoFriedrich Wöhler calentó cloruro de itrio (III) anhidro con potasio para formar itrio metálico y cloruro de potasio . [6] [7] De hecho, la itria de Gadolin resultó ser una mezcla de muchos óxidos metálicos, lo que inició la historia del descubrimiento de las tierras raras. [4]
En 1869, el químico ruso Dmitri Mendeleev publicó su tabla periódica, que tenía un espacio vacío para un elemento por encima del itrio. [8] Mendeleev hizo varias predicciones sobre este elemento hipotético, al que llamó eka-boro . Para entonces, la itria de Gadolin ya se había dividido varias veces; primero por el químico sueco Carl Gustaf Mosander , quien en 1843 había dividido dos tierras más a las que llamó terbia y erbia (dividiendo el nombre de Ytterby tal como se había dividido yttria); y luego, en 1878, cuando el químico suizo Jean Charles Galissard de Marignac dividió la terbia y la erbia en más tierras. Entre estos estaba ytterbia (un componente de la vieja erbia),[1] que el químico sueco Lars Fredrik Nilson dividió con éxito en 1879 para revelar otro elemento nuevo. [9] [10] Lo llamó escandio, del latín Scandia que significa "Escandinavia". Al parecer, Nilson desconocía la predicción de Mendeleev, pero Per Teodor Cleve reconoció la correspondencia y notificó a Mendeleev. Los experimentos químicos con escandio demostraron que las sugerencias de Mendeleev eran correctas; junto con el descubrimiento y la caracterización del galio y el germanio, esto demostró la exactitud de toda la tabla periódica y la ley periódica . [11]El escandio metálico se produjo por primera vez en 1937 mediante la electrólisis de una mezcla eutéctica , a 700–800 ° C, de cloruros de potasio , litio y escandio . [12] El escandio existe en los mismos minerales en los que se descubrió el itrio, pero es mucho más raro y probablemente por esa razón se había eludido el descubrimiento. [4]
El componente restante de la ytterbia de Marignac también resultó ser un compuesto. En 1907, el científico francés Georges Urbain , [13] austriaca mineralogista Barón Carl Auer von Welsbach y químico estadounidense Charles James [14] todas descubrió de forma independiente un nuevo elemento dentro de iterbia. Welsbach propuso el nombre casiopeio para su nuevo elemento (después de Casiopea ), mientras que Urbain eligió el nombre lutecio (del latín Lutetia, para París). La disputa sobre la prioridad del descubrimiento está documentada en dos artículos en los que Urbain y von Welsbach se acusan mutuamente de publicar resultados influenciados por la investigación publicada del otro. [15][16] En 1909, la Comisión de Masa Atómica, responsable de la atribución de los nombres de los nuevos elementos, otorgó prioridad a Urbain y adoptó sus nombres como oficiales. Un problema obvio con esta decisión fue que Urbain era uno de los cuatro miembros de la comisión. [17] En 1949, la ortografía del elemento 71 se cambió a lutecio. [18] [19] Sin embargo, un trabajo posterior relacionado con los intentos de Urbain de dividir aún más su lutecio reveló que solo había contenido trazas del nuevo elemento 71, y que solo el casiopeio de Welsbach era el elemento puro 71. Por esta razón, muchos científicos alemanes continuó usando el nombre casiopeio para el elemento hasta la década de 1950. Irónicamente, Charles James, que se había mantenido modestamente al margen de la discusión en cuanto a la prioridad, trabajó en una escala mucho mayor que los demás y, sin duda, poseía el mayor suministro de lutecio en ese momento. [20] El lutecio fue la última de las tierras raras estables que se descubrió. Más de un siglo de investigación había dividido el itrio original de gadolin en itrio, escandio, lutecio y otros siete elementos nuevos. [1]
Lawrencium es el único elemento del grupo que no se produce de forma natural. Fue sintetizado por primera vez por Albert Ghiorso y su equipo el 14 de febrero de 1961 en el Laboratorio de Radiación Lawrence (ahora llamado Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley ) de la Universidad de California en Berkeley, California , Estados Unidos . Los primeros átomos de lawrencio se produjeron bombardeando un objetivo de tres miligramos que consta de tres isótopos del elemento californio con núcleos de boro -10 y boro-11 del Acelerador Lineal de Iones Pesados (HILAC). [21] El nucleido 257 103 se informó originalmente, pero luego se reasignó a 258 103. El equipo de la Universidad de California sugirió el nombre lawrencium (en honor a Ernest O. Lawrence , el inventor del acelerador de partículas ciclotrónicas ) y el símbolo "Lw", [21] para el nuevo elemento, pero "Lw" no fue adoptado, y "Lr" fue aceptado oficialmente en su lugar. Investigadores de física nuclear en Dubna , Unión Soviética (ahora Rusia ), informaron en 1967 que no pudieron confirmar los datos de los científicos estadounidenses sobre 257 103. [22] Dos años antes, el equipo de Dubna informó 256 103. [23]En 1992, el Grupo de Trabajo de Trans-fermio de la IUPAC reconoció oficialmente el elemento 103, confirmó su denominación como lawrencium, con el símbolo "Lr", y nombró a los equipos de física nuclear de Dubna y Berkeley como los co-descubridores de lawrencium. [24]
Disputa sobre la composición [ editar ]
Históricamente, los elementos de las tierras raras dieron muchos problemas a la tabla periódica. Con las mediciones de las configuraciones electrónicas en fase gaseosa del estado fundamental de los elementos y su adopción como base para la ubicación de la tabla periódica, la forma más antigua del grupo 3 que contiene escandio, itrio, lantano y actinio ganó prominencia en la década de 1940. Las configuraciones del estado fundamental de cesio , bario y lantano son [Xe] 6s 1 , [Xe] 6s 2 y [Xe] 5d 1 6s 2. El lantano emerge así con un electrón de diferenciación 5d y por estos motivos se consideró que estaba "en el grupo 3 como el primer miembro del bloque d para el período 6". [25] Luego se observó un conjunto superficialmente consistente de configuraciones electrónicas en el grupo 3: escandio [Ar] 3d 1 4s 2 , itrio [Kr] 4d 1 5s 2 , lantano [Xe] 5d 1 6s 2 y actinio [Rn] 6d 1 7 s 2 . Aún en el período 6, al iterbio se le asignó erróneamente una configuración electrónica de [Xe] 4f 13 5d 1 6s 2 y lutecio [Xe] 4f 145d 1 6s 2 , lo que sugirió que el lutecio era el último elemento del bloque f. [25] Por lo tanto, este formato da como resultado que el bloque f se interponga entre los grupos 3 y 4 del bloque d y los separe. [26]
Sin embargo, un trabajo espectroscópico posterior encontró que la configuración electrónica correcta del iterbio era de hecho [Xe] 4f 14 6s 2 . Esto significaba que el iterbio y el lutecio, este último con [Xe] 4f 14 5d 1 6s 2, ambos tenían 14 electrones f, "lo que da como resultado un electrón de diferenciación d- en lugar de f-" para el lutecio y lo convierte en un "igualmente válido candidato "con [Xe] 5d 1 6s 2 lantano, para la posición de la tabla periódica del grupo 3 debajo del itrio. Esto daría como resultado un grupo 3 con escandio, itrio, lutecio y lawrencio. [25] Los primeros en señalar estas implicaciones fueron los físicos rusos Lev Landau yEvgeny Lifshitz en 1948: su libro de texto Curso de Física Teórica declaró "En los libros de química, el lutecio también se coloca con los elementos de tierras raras. Sin embargo, esto es incorrecto, ya que la capa 4f está completa en lutecio". [27] [28] Después de que Landau y Lifshitz hicieron su declaración, muchos físicos también apoyaron el cambio en las décadas de 1960 y 1970, centrándose en muchas propiedades como la estructura cristalina, los puntos de fusión, la estructura de la banda de conducción y la superconductividad en la que el lutecio coincide con el comportamiento del escandio y el itrio, pero el lantano es distinto. [25] [29] [30] Este formulario no requiere bloques divididos. [26] (Algunos químicos como Alfred Wernerhabía colocado el lantano en una columna diferente del escandio y el itrio, debido a su comportamiento químico distinto, incluso antes del descubrimiento del lutecio). [31] Algunos químicos también llegaron a esta conclusión por otros medios, como el químico soviético Chistyakov, quien en 1968 señaló que la periodicidad secundaria se cumplía en el grupo 3 solo si se incluía lutecio en lugar de lantano. [32] Sin embargo, la comunidad química ignoró en gran medida estas conclusiones. El filósofo de la ciencia Eric Scerri sugiere que un factor pudo haber sido que varios autores que propusieron este cambio eran físicos. [32]
El químico estadounidense William B. Jensen recopiló muchos de los argumentos anteriores en un pedido concertado de 1982 a los químicos para que cambiaran sus tablas periódicas y pusieran el lutecio y el lawrencio en el grupo 3. [25] Además de esos argumentos físicos y químicos, también señaló que las configuraciones de lantano y actinio se consideran mejor como irregulares, similar a cómo se trataba el torio incluso entonces universalmente. El torio no tiene electrones f en su estado fundamental (siendo [Rn] 6d 2 7s 2 ), pero se colocó y se coloca universalmente como un elemento de bloque f con una configuración irregular de fase gaseosa en estado fundamental que reemplaza al ideal [Rn] 5f 2 7s 2. Entonces, el lantano y el actinio podrían considerarse casos similares en los que una configuración ideal f 1 s 2 se reemplaza por una configuración ad 1 s 2 en el estado fundamental. Dado que la mayoría de los elementos del bloque f tienen de hecho una configuración f n s 2 , y no una configuración f n − 1 d 1 s 2 , la primera se sugiere encarecidamente como la configuración general ideal para los elementos del bloque f. [25] [33]Esta reasignación crea de manera similar una serie homóloga de configuraciones en el grupo 3: en particular, la adición de una capa f llena al núcleo que pasa del itrio al lutecio es exactamente análoga a lo que sucede en todos los demás grupos de bloques d. [25]
En cualquier caso, las configuraciones de fase gaseosa en estado fundamental consideran solo átomos aislados en lugar de átomos de enlace en compuestos (este último es más relevante para la química), que a menudo muestran configuraciones diferentes. [34] La idea de configuraciones irregulares está respaldada por estados excitados bajos: a pesar de no tener un electrón f en su estado fundamental, el lantano tiene orbitales f de energía lo suficientemente baja como para que puedan usarse en química, [33] [29] y esto afecta las propiedades físicas que se habían aducido como prueba de la reasignación propuesta. (El escandio, el itrio y el lutecio no tienen orbitales f bajos disponibles). [30] [35] La configuración irregular del lawrencio ([Rn] 5f 14 7s 27p 1 en lugar de [Rn] 5f 14 6d 1 7s 2 ) se puede racionalizar de manera similar como otra anomalía (aunque única) debido a los efectos relativistas que se vuelven importantes para los elementos más pesados. [33] Estas configuraciones irregulares en los elementos 4f son el resultado de una fuerte repulsión interelectrónica en la capa 4f compacta, con el resultado de que cuando la carga iónica es baja, se obtiene un estado de menor energía al mover algunos electrones a los orbitales 5d y 6s. que no sufren una repulsión interelectrónica tan grande, aunque el nivel de energía 4f es normalmente más bajo que el 5d o el 6s: un efecto similar ocurre al principio de la serie 5f. [36]
En 1988, se publicó un informe de la IUPAC que abordó el tema. Si bien escribió que las configuraciones electrónicas estaban a favor de la nueva asignación del grupo 3 con lutecio y lawrencio, en su lugar decidió un compromiso en el que los puntos inferiores del grupo 3 se dejaron en blanco, porque la forma tradicional con lantano y actinio siguió siendo popular. [27] Esto podría interpretarse como una reducción del grupo 3 a escandio e itrio solamente, [37] o como que incluye todos los lantánidos y actínidos en el grupo 3, [31] pero en cualquier caso, el bloque f aparece con 15 elementos, a pesar de mecánica cuánticadictando que debería tener 14. Dicha tabla aparece en muchas publicaciones de la IUPAC; a pesar de estar comúnmente etiquetada como "tabla periódica IUPAC", en realidad no es oficialmente compatible con IUPAC. [38]
Este compromiso no detuvo el debate. Aunque los argumentos convencieron a algunos químicos de reasignar el lutecio al grupo 3, muchos continuaron mostrando lantano en el grupo 3, ya sea porque no conocían los argumentos o porque no estaban convencidos de ellos. [39] La mayoría de las investigaciones sobre el tema tendían a apoyar la reasignación propuesta del lutecio al grupo 3. [40] Sin embargo, en los libros de texto de química, la forma tradicional continuó siendo la más popular hasta la década de 2010, aunque gradualmente perdió algo de terreno para ambos la nueva forma con lutecio y la forma de compromiso. [41] Algunos libros de texto incluso mostraban diferentes formas en diferentes lugares. [42]Laurence Lavelle fue más allá, defendiendo la forma tradicional con lantano en el grupo 3 sobre la base de que ni el lantano ni el actinio tienen electrones f de valencia en el estado fundamental, [32] dando lugar a un acalorado debate. [42] Jensen luego refutó esto señalando la inconsistencia de los argumentos de Lavelle (ya que lo mismo era cierto para el torio y el lutecio, que Lavelle colocó en el bloque f) y la evidencia de configuraciones irregulares. [40]Scerri, que ha publicado ampliamente sobre este tema, ha señalado que el caso de Jensen basado en las propiedades físicas y químicas no es concluyente debido a su selectividad, señalando otras opciones de propiedades que parecen apoyar al lantano en el grupo 3 en lugar del lutecio. No obstante, también ha apoyado consistentemente el lutecio en el grupo 3 sobre la base de evitar una división en el bloque d, [32] y también se ha referido al hecho de que las configuraciones electrónicas son aproximaciones y al problema del torio. [26]
En diciembre de 2015 se estableció un proyecto de la IUPAC , presidido por Scerri y que incluía (entre otros) a Jensen y Lavelle, para hacer una recomendación al respecto. [41] Su informe preliminar fue publicado en enero de 2021. Concluyó que ninguno de los criterios previamente invocados en el debate daba una resolución clara de la cuestión y que, en última instancia, la cuestión se basaba en una convención en lugar de ser algo objetivamente científicamente decidible. . Como tal, sugirió "cierto grado de convención" que se utilizaría para "seleccionar una tabla periódica que pueda presentarse como la mejor tabla de compromiso que combine factores objetivos y dependencia de intereses", para presentarla a "la audiencia más amplia posible de químicos , educadores químicos y estudiantes de química ".Tresdesiderata : (1) todos los elementos deben mostrarse en orden de número atómico creciente, (2) el bloque d no debe dividirse en "dos porciones muy desiguales", y (3) los bloques deben tener el ancho 2, 6, 10 y 14 de acuerdo con la base mecánica cuántica de la tabla periódica. Se admitió que la asignación de bloques era aproximada, al igual que la asignación de configuraciones electrónicas: se comentó específicamente el caso del torio. Estos tres desiderata solo los cumple la tabla con lutecio y lawrencio en el grupo 3; la forma tradicional del grupo 3 con lantano viola (2), y la forma de compromiso del grupo 3 con todos los lantánidos y actínidos viola (3). Como tal, la forma con lutecio en el grupo 3 se sugirió como un compromiso. [38]
Características [ editar ]
Química [ editar ]
| Configuraciones electrónicas de los elementos del grupo 3 | |||
|---|---|---|---|
| Z | Elemento | Configuración electronica | |
| 21 | Sc, escandio | 2, 8, 9, 2 | [Ar] 3d 1 4s 2 |
| 39 | Y, itrio | 2, 8, 18, 9, 2 | [Kr] 4d 1 5s 2 |
| 71 | Lu, lutecio | 2, 8, 18, 32, 9, 2 | [Xe] 4f 14 5d 1 6s 2 |
| 103 | Lr, lawrencio | 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 | [Rn] 5f 14 6d 0 7s 2 7p 1 |
Como otros grupos, los miembros de esta familia muestran patrones en sus configuraciones electrónicas, especialmente en las capas más externas, lo que resulta en tendencias en el comportamiento químico. Debido a los efectos relativistas que se vuelven importantes para números atómicos altos, la configuración de lawrencio tiene una ocupación 7p irregular en lugar de la esperada 6d, [43] [44] pero la configuración regular [Rn] 5f 14 6d 1 7s 2 resulta ser lo suficientemente baja en energía que no se observa ni se espera una diferencia significativa con el resto del grupo. [33] [45]
La mayor parte de la química se ha observado solo en los tres primeros miembros del grupo; Las propiedades químicas del lawrencio no están bien caracterizadas, pero lo que se conoce y predice coincide con su posición como un homólogo más pesado del lutecio. Los elementos restantes del grupo (escandio, itrio, lutecio) son bastante electropositivos. Son metales reactivos, aunque esto no es obvio debido a la formación de una capa de óxido estable que evita reacciones posteriores. Los metales se queman fácilmente para dar los óxidos, [46] que son sólidos blancos de alto punto de fusión. Por lo general, se oxidan al estado de oxidación +3, en el que forman principalmente compuestos iónicos y tienen una química acuosa principalmente catiónica. De esta forma son similares a los lantánidos, [46]aunque carecen de la participación de orbitales f que caracteriza la química de los elementos 4f lantano a través del iterbio. [47] [48] Los elementos estables del grupo 3 se agrupan a menudo con los elementos 4f como las llamadas tierras raras . [46]
Las propiedades estereotipadas de los metales de transición están en su mayoría ausentes de este grupo, como lo están para los elementos más pesados de los grupos 4 y 5: solo hay un estado de oxidación típico y la química de coordinación no es muy rica (aunque los números de coordinación altos son comunes debido el gran tamaño de los iones M 3+ ). Dicho esto, se pueden preparar compuestos de bajo estado de oxidación y se conoce alguna química de ciclopentadienilo . Las químicas de los elementos del grupo 3 se distinguen principalmente por sus radios atómicos: [46] el itrio y el lutecio son muy similares, [49] pero el escandio se destaca como el menos básico y el mejor agente complejante, acercándose al aluminio en algunas propiedades. [46]Ocupan naturalmente su lugar junto con las tierras raras en una serie de elementos trivalentes: el itrio actúa como una tierra rara intermedia entre el disprosio y el holmio en basicidad; el lutecio es menos básico que los elementos 4f y el menos básico de los lantánidos; y el escandio como una tierra rara menos básica que incluso el lutecio. [50] El óxido de escandio es anfótero ; el óxido de lutecio es más básico (aunque con dificultad se puede hacer que muestre algunas propiedades ácidas), y el óxido de itrio es aún más básico. [51] Las sales con ácidos fuertes de estos metales son solubles, mientras que aquellas con ácidos débiles (por ejemplo, fluoruros, fosfatos, oxalatos) son poco solubles o insolubles. [46]
Físico [ editar ]
Las tendencias en el grupo 3 siguen las de los otros grupos de bloques d tempranos y reflejan la adición de una capa f llena en el núcleo al pasar del quinto al sexto período. Por ejemplo, el escandio y el itrio son metales blandos. Pero debido a la contracción de los lantánidos , el aumento esperado en el radio atómico del itrio al lutecio está de hecho más que anulado; Los átomos de lutecio son ligeramente más pequeños que los de itrio, pero son más pesados y tienen una carga nuclear más alta. [52] Esto hace que el metal sea más denso y también más duro porque la extracción de los electrones del átomo para formar enlaces metálicos se vuelve más difícil. Los tres metales tienen puntos de fusión y ebullición similares. [53]Se sabe muy poco sobre el lawrencio, pero los cálculos sugieren que continúa la tendencia de sus congéneres más ligeros hacia una densidad creciente. [54] [55]
El escandio, el itrio y el lutecio cristalizan todos en la estructura hexagonal compacta a temperatura ambiente, [56] y se espera que el lawrencio haga lo mismo. [57] Se sabe que los miembros estables del grupo cambian de estructura a altas temperaturas. En comparación con la mayoría de los metales, no son muy buenos conductores de calor y electricidad debido al bajo número de electrones disponibles para la unión metálica. [56]
| Nombre | Sc, escandio | Y, itrio | Lu, lutecio | Lr, lawrencio |
|---|---|---|---|---|
| Punto de fusión [59] | 1814 K, 1541 ° C | 1799 K, 1526 ° C | 1925 K, 1652 ° C | 1900 K, 1627 ° C |
| Punto de ebullición [53] | 3109 K, 2836 ° C | 3609 K, 3336 ° C | 3675 K, 3402 ° C | ? |
| Densidad | 2,99 g · cm −3 [60] | 4,47 g · cm −3 [61] | 9,84 g · cm −3 | ? 14,4 g · cm −3 |
| Apariencia | plateado metalico | blanco plateado | gris-plata | ? |
| Radio atómico [52] | 162 pm | 180 p. M. | 174 pm | ? |
Ocurrencia [ editar ]
El escandio, el itrio y el lutecio tienden a aparecer junto con los otros lantánidos (excepto el prometio de vida corta ) en la corteza terrestre y, a menudo, son más difíciles de extraer de sus minerales. La abundancia de elementos en la corteza terrestre para el grupo 3 es bastante baja; todos los elementos del grupo son poco comunes, siendo el más abundante el itrio con una abundancia de aproximadamente 30 partes por millón (ppm); la abundancia de escandio es de 16 ppm, mientras que la de lutecio es de aproximadamente 0,5 ppm. A modo de comparación, la abundancia de cobre es de 50 ppm, la de cromo es de 160 ppm y la de molibdeno es de 1,5 ppm. [62]
El escandio se distribuye escasamente y se encuentra en pequeñas cantidades en muchos minerales . [63] Los minerales raros de Escandinavia [64] y Madagascar [65] como gadolinita , euxenita y thortveitita son las únicas fuentes concentradas conocidas de este elemento, este último contiene hasta un 45% de escandio en forma de escandio (III) óxido . [64] El itrio tiene la misma tendencia en los lugares de ocurrencia; también se encuentra en muestras de rocas lunares recolectadas durante el Proyecto Apolo Americano en un contenido relativamente alto. [66]
El principal mineral de lutecio comercialmente viable es el mineral fosfato de tierras raras monacita , (Ce, La, etc.) PO 4 , que contiene el 0,003% del elemento. Las principales áreas mineras son China , Estados Unidos , Brasil , India , Sri Lanka y Australia . Lutecio Pure de metal es uno de los más raros y más caro de los metales de las tierras raras con el precio alrededor de US $ 10.000 / kg, o alrededor de una cuarta parte de oro . [67] [68]
Producción [ editar ]
El elemento más disponible en el grupo 3 es el itrio, con una producción anual de 8.900 toneladas en 2010. El itrio se produce principalmente como óxido , en un solo país, China (99%). [69] El lutecio y el escandio también se obtienen principalmente como óxidos, y su producción anual en 2001 era de alrededor de 10 y 2 toneladas, respectivamente. [70]
Los elementos del grupo 3 se extraen solo como subproducto de la extracción de otros elementos. [71] No suelen producirse como metales puros; la producción de itrio metálico es de unas pocas toneladas y la de escandio es del orden de 10 kg por año; [71] [72] No se calcula la producción de lutecio, pero ciertamente es pequeña. Los elementos, después de la purificación de otros metales de tierras raras, se aíslan como óxidos; los óxidos se convierten en fluoruros durante las reacciones con ácido fluorhídrico. [73] Los fluoruros resultantes se reducen con metales alcalinotérreos o aleaciones de metales; El calcio metálico se utiliza con mayor frecuencia. [73] Por ejemplo:
- Sc 2 O 3 + 3 HF → 2 ScF 3 + 3 H 2 O
- 2 ScF 3 + 3 Ca → 3 CaF 2 + 2 Sc
Química biológica [ editar ]
Los metales del grupo 3 tienen baja disponibilidad para la biosfera. El escandio, el itrio y el lutecio no tienen ningún papel biológico documentado en los organismos vivos. La alta radiactividad del lawrencio lo volvería altamente tóxico para las células vivas, causando envenenamiento por radiación.
El escandio se concentra en el hígado y es una amenaza para él; algunos de sus compuestos son posiblemente cancerígenos , aunque en general el escandio no es tóxico. [74] Se sabe que el escandio ha llegado a la cadena alimentaria, pero solo en pequeñas cantidades; un ser humano típico ingiere menos de 0,1 microgramos por día. [74]Una vez liberado al medio ambiente, el escandio se acumula gradualmente en el suelo, lo que conduce a un aumento de las concentraciones en las partículas del suelo, los animales y los seres humanos. El escandio es sobre todo peligroso en el entorno de trabajo, debido al hecho de que la humedad y los gases pueden inhalarse con el aire. Esto puede causar embolias pulmonares, especialmente durante una exposición prolongada. Se sabe que el elemento daña las membranas celulares de los animales acuáticos, provocando varias influencias negativas en la reproducción y en las funciones del sistema nervioso. [74]
El itrio tiende a concentrarse en el hígado, los riñones, el bazo, los pulmones y los huesos de los seres humanos. [75] Normalmente se encuentran tan solo 0,5 miligramos en todo el cuerpo humano; la leche materna humana contiene 4 ppm. [76] El itrio se puede encontrar en plantas comestibles en concentraciones entre 20 ppm y 100 ppm (peso fresco), y el repollo tiene la mayor cantidad. [76] Con hasta 700 ppm, las semillas de plantas leñosas tienen las concentraciones más altas conocidas. [76]
El lutecio se concentra en los huesos y, en menor medida, en el hígado y los riñones. [77] Se sabe que las sales de lutecio causan metabolismo y se encuentran junto con otras sales de lantánidos en la naturaleza; el elemento es el menos abundante en el cuerpo humano de todos los lantánidos. [77] Las dietas humanas no han sido monitoreadas por el contenido de lutecio, por lo que no se sabe cuánto ingiere el ser humano promedio, pero las estimaciones muestran que la cantidad es solo de varios microgramos por año, todos provenientes de pequeñas cantidades que toman las plantas. Las sales de lutecio solubles son levemente tóxicas, pero las insolubles no lo son. [77]
Notas [ editar ]
- ↑ La iterbita recibió su nombre de la aldea cercana a la que se descubrió, más la terminación -ita para indicar que se trataba de un mineral.
- ^ A las Tierras se les dio una terminación -a y los nuevos elementos normalmente reciben una terminación -ium.
Referencias [ editar ]
- ^ a b c van der Krogt, Peter. "39 Itrio - Elementimología y elementos multidict" . Elements.vanderkrogt.net . Consultado el 6 de agosto de 2008 .
- ^ Emsley 2001 , p. 496
- ↑ Gadolin, Johan (1794). "Undersökning af en svart tung Stenart ifrån Ytterby Stenbrott i Roslagen". Kongl. Vetenskaps Academiens Nya Handlingar (en sueco). 15 : 137-155.
- ↑ a b c Greenwood y Earnshaw, p. 944
- ^ Coplen, Tyler B .; Peiser, HS (1998). "Historia de los valores de peso atómico recomendados de 1882 a 1997: una comparación de las diferencias de los valores actuales con las incertidumbres estimadas de los valores anteriores (informe técnico)" . Pure Appl. Chem . Comisión de la División de Química Inorgánica de la IUPAC sobre pesos atómicos y abundancias isotópicas. 70 (1): 237–257. doi : 10.1351 / pac199870010237 . S2CID 96729044 .
- ^ Heiserman, David L. (1992). "Elemento 39: itrio" . Explorando elementos químicos y sus compuestos . Nueva York: TAB Books. págs. 150-152. ISBN 0-8306-3018-X.
- ^ Wöhler, Friedrich (1828). "Über das Beryllium und Yttrium" . Annalen der Physik (en alemán). 89 (8): 577–582. Código bibliográfico : 1828AnP .... 89..577W . doi : 10.1002 / yp.18280890805 .
- ↑ Ball, Philip (2002). Los ingredientes: una visita guiada a los elementos . Prensa de la Universidad de Oxford. págs. 100–102. ISBN 0-19-284100-9.
- ^ Nilson, Lars Fredrik (1879). "Sur l'ytterbine, terre nouvelle de M. Marignac" . Comptes Rendus (en francés). 88 : 642–647.
- ^ Nilson, Lars Fredrik (1879). "Ueber Scandium, ein neues Erdmetall" . Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (en alemán). 12 (1): 554–557. doi : 10.1002 / cber.187901201157 .
- ↑ Cleve, Per Teodor (1879). "Sur le scandium" . Comptes Rendus (en francés). 89 : 419–422.
- ^ Fischer, Werner; Brünger, Karl; Grieneisen, Hans (1937). "Über das metallische Scandium". Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (en alemán). 231 (1–2): 54–62. doi : 10.1002 / zaac.19372310107 .
- ^ Urbain, MG (1908). "Un nouvel élément, le lutécium, résultant du dédoublement de l'ytterbium de Marignac" . Comptes rendus (en francés). 145 : 759–762.
- ^ "Separación de elementos de tierras raras por Charles James" . Monumentos históricos nacionales de productos químicos . Sociedad Química Estadounidense . Consultado el 21 de febrero de 2014 .
- ^ von Welsbach; Carl Auer (1908). "Die Zerlegung des Ytterbiums in seine Elemente" . Monatshefte für Chemie (en alemán). 29 (2): 181–225. doi : 10.1007 / BF01558944 . S2CID 197766399 .
- ^ Urbain, G. (1909). "Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium - Erwiderung auf den Artikel des Herrn Auer contra Welsbach" . Monatshefte für Chemie (en alemán). 31 (10): I. doi : 10.1007 / BF01530262 . S2CID 101825980 .
- ^ Clarke, FW; Ostwald, W .; Thorpe, TE; Urbain, G. (1909). "Bericht des Internationalen Atomgewichts-Ausschusses für 1909" . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 42 (1): 11-17. doi : 10.1002 / cber.19090420104 .
- ↑ van der Krogt, Peter. "70. Iterbio - Elementimología y elementos multidict" . Elements.vanderkrogt.net . Consultado el 4 de julio de 2011 .
- ↑ van der Krogt, Peter. "71. Lutecio - Elementimología y elementos multidict" . Elements.vanderkrogt.net . Consultado el 4 de julio de 2011 .
- ^ Emsley, John (2001). Bloques de construcción de la naturaleza: una guía AZ de los elementos . Estados Unidos: Oxford University Press. págs. 240–242. ISBN 0-19-850341-5.
- ↑ a b Ghiorso, Albert ; Sikkeland, T .; Larsh, AE; Latimer, RM (1961). "Nuevo elemento, Lawrencium, número atómico 103" (PDF) . Phys. Rev. Lett . 6 (9): 473. Bibcode : 1961PhRvL ... 6..473G . doi : 10.1103 / PhysRevLett.6.473 .
- ^ Flerov, GN (1967). "Sobre las propiedades nucleares de los isótopos 256 103 y 257 103". Nucl. Phys. Una . 106 (2): 476. Código Bibliográfico : 1967NuPhA.106..476F . doi : 10.1016 / 0375-9474 (67) 90892-5 .
- ^ Donets, ED; Shchegolev, VA; Ermakov, VA (1965). "Síntesis del isótopo del elemento 103 (lawrencio) con número de masa 256". Atomnaya Énergiya (en ruso). 19 (2): 109.
- Traducido en Donets, ED; Shchegolev, VA; Ermakov, VA (1965). "Síntesis del isótopo del elemento 103 (lawrencio) con número de masa 256". Energía atómica soviética . 19 (2): 109. doi : 10.1007 / BF01126414 . S2CID 97218361 .
- ^ Greenwood, Norman N. (1997). "Desarrollos recientes relacionados con el descubrimiento de elementos 101-111" . Pure Appl. Chem . 69 (1): 179-184. doi : 10.1351 / pac199769010179 .
- ↑ a b c d e f g William B. Jensen (1982). "Las posiciones de lantano (actinio) y lutecio (lawrencio) en la tabla periódica". J. Chem. Educ . 59 (8): 634–636. Código Bibliográfico : 1982JChEd..59..634J . doi : 10.1021 / ed059p634 .
- ↑ a b c Scerri, Eric (2009). "¿Qué elementos pertenecen al grupo 3?" . Revista de educación química . 86 (10): 1188. Código Bibliográfico : 2009JChEd..86.1188S . doi : 10.1021 / ed086p1188 .
- ↑ a b Fluck, E. (1988). "Nuevas notaciones en la tabla periódica" (PDF) . Pure Appl. Chem. 60 (3): 431–36. doi : 10.1351 / pac198860030431 . S2CID 96704008 . Archivado (PDF) desde el original el 25 de marzo de 2012 . Consultado el 24 de marzo de 2012 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ LD Landau , EM Lifshitz (1958). Mecánica cuántica: teoría no relativista . Vol. 3 (1ª ed.). Pergamon Press . págs. 256–7.
|volume=tiene texto extra ( ayuda ) - ↑ a b Hamilton, David C. (1965). "Posición del lantano en la tabla periódica". Revista estadounidense de física . 33 (8): 637–640. doi : 10.1119 / 1.1972042 .
- ↑ a b Wittig, Jörg (1973). "La variable de presión en la física del estado sólido: ¿qué pasa con los superconductores de banda 4f?". En HJ Queisser (ed.). Problema Festkörper: Conferencias plenarias de las divisiones Física de semiconductores, física de superficies, física de bajas temperaturas, polímeros altos, termodinámica y mecánica estadística, de la Sociedad Alemana de Física, Münster, 19-24 de marzo de 1973 . Avances en Física del Estado Sólido. 13 . Berlín, Heidelberg: Springer. págs. 375–396. doi : 10.1007 / BFb0108579 . ISBN 978-3-528-08019-8.
- ↑ a b Thyssen, P .; Binnemans, K. (2011). Gschneidner Jr., KA; Bünzli, JC.G; Vecharsky, Bünzli (eds.). Alojamiento de las tierras raras en la tabla periódica: un análisis histórico . Manual de Física y Química de Tierras Raras . 41 . Amsterdam: Elsevier. págs. 1-94. doi : 10.1016 / B978-0-444-53590-0.00001-7 . ISBN 978-0-444-53590-0.
- ^ a b c d Eric Scerri . 2020, La tabla periódica, su historia y su significado , segunda edición, Oxford University Press, Nueva York, ISBN 978-0190914363 . págs. 392−401, 413–414
- ↑ a b c d Jensen, WB (2015). "Algunos comentarios sobre la posición de Lawrencium en la tabla periódica" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 23 de diciembre de 2015 . Consultado el 20 de septiembre de 2015 .
- ^ Scerri, Eric (2016). "Las opiniones cambiantes de un filósofo de la química sobre la cuestión de la reducción". En Scerri, Eric; Fisher, Grant (eds.). Ensayos de Filosofía de la Química . Prensa de la Universidad de Oxford.
- ^ Gschneidner Jr., KA (diciembre de 1971). "Sobre la naturaleza de la unión 4ƒ en los elementos lantánidos y sus compuestos". Revista de los metales menos comunes . 25 (4): 405–422. doi : 10.1016 / 0022-5088 (71) 90184-6 .
- ^ Jørgensen, Christian (1973). "La conexión suelta entre la configuración electrónica y el comportamiento químico de los elementos pesados (transuránicos)". Angewandte Chemie International Edition . 12 (1): 12-19. doi : 10.1002 / anie.197300121 .
- ^ Scerri, Eric (29 de enero de 2019). "Feliz sesquicentenario a la tabla periódica de los elementos" . Prensa de la Universidad de Oxford. Archivado desde el original el 27 de marzo de 2019 . Consultado el 12 de abril de 2019 .
- ↑ a b Scerri, Eric (18 de enero de 2021). "Informe Provisional de Discusiones sobre el Grupo 3 de la Tabla Periódica" (PDF) . Química Internacional . 43 (1): 31–34. doi : 10.1515 / ci-2021-0115 . S2CID 231694898 . Consultado el 9 de abril de 2021 .
- ^ Scerri, E. (2012). "La tabla periódica de Mendeleev finalmente se completó y ¿qué hacer con el grupo 3?" . Química Internacional . 34 (4). doi : 10.1515 / ci.2012.34.4.28 . Archivado desde el original el 5 de julio de 2017.
- ↑ a b Jensen, William B. (2015). "Las posiciones de lantano (actinio) y lutecio (lawrencio) en la tabla periódica: una actualización" . Fundamentos de la Química . 17 : 23–31. doi : 10.1007 / s10698-015-9216-1 . S2CID 98624395 . Consultado el 28 de enero de 2021 .
- ^ a b "La constitución del grupo 3 de la tabla periódica" . IUPAC. 2015. Archivado desde el original el 5 de julio de 2016 . Consultado el 30 de julio de 2016 .
- ↑ a b Rayner-Canham, Geoffrey (2020). La tabla periódica: pasado, presente, futuro . World Scientific. págs. 71–84. ISBN 9789811218507.
- ^ Eliav, E .; Kaldor, U .; Ishikawa, Y. (1995). "Transición de energías de iterbio, lutecio y lawrencio por el método de clúster acoplado relativista". Phys. Rev. A . 52 (1): 291-296. Código Bibliográfico : 1995PhRvA..52..291E . doi : 10.1103 / PhysRevA.52.291 . PMID 9912247 .
- ^ Zou, Yu; Froese, Fischer C. (2002). "Energías de transición de resonancia y fuerzas de oscilador en lutecio y lawrencio" . Phys. Rev. Lett. 88 (18): 183001. Código Bibliográfico : 2002PhRvL..88b3001M . doi : 10.1103 / PhysRevLett.88.023001 . PMID 12005680 .
- ^ Xu, WH .; Pyykkö, P. (2016). "¿Es peculiar la química del lawrencio?" (PDF) . Física Química Física Química . 18 (26): 17351-17355. Código Bibliográfico : 2016PCCP ... 1817351X . doi : 10.1039 / C6CP02706G . hdl : 10138/224395 . PMID 27314425 .
- ^ a b c d e f Greenwood y Earnshaw, págs. 964–5
- ^ Wang, Fan; Le-Min, Li (2002). "镧 系 元素 4f 轨道 在 成 键 中 的 作用 的 理论 研究" [Estudio teórico sobre el papel de los orbitales lantánidos 4f en la unión]. Acta Chimica Sinica (en chino). 62 (8): 1379–84.
- ^ Xu, Wei; Ji, Wen-Xin; Qiu, Yi-Xiang; Schwarz, WH Eugen; Wang, Shu-Guang (2013). "Sobre estructura y unión de trifluoruros lantanoides LnF 3 (Ln = La a Lu)". Física Química Física Química . 2013 (15): 7839–47. Código Bibliográfico : 2013PCCP ... 15.7839X . doi : 10.1039 / C3CP50717C . PMID 23598823 .
- ^ Los metales pesados de transición , p. 3
- ^ Jørgensen, Christian K. (1988). "Influencia de las tierras raras en la comprensión y clasificación química". Manual de Física y Química de Tierras Raras . 11 . págs. 197–292. doi : 10.1016 / S0168-1273 (88) 11007-6 . ISBN 9780444870803.
- ^ Algodón, SA (1994). "Escandio, itrio y lantánidos: química inorgánica y de coordinación". Enciclopedia de Química Inorgánica . John Wiley e hijos. ISBN 0-471-93620-0.
- ↑ a b Dean, John A. (1999). Manual de química de Lange (decimoquinta ed.). McGraw-Hill, Inc. págs. 589–592. ISBN 0-07-016190-9.
- ↑ a b Barbalace, Kenneth. "Tabla periódica de elementos ordenados por punto de ebullición" . Environmental Chemistry.com . Consultado el 18 de mayo de 2011 .
- ^ Fournier, Jean-Marc (1976). "Bonding y la estructura electrónica de los metales actínidos". Revista de Física y Química de Sólidos . 37 (2): 235–244. Código Bibliográfico : 1976JPCS ... 37..235F . doi : 10.1016 / 0022-3697 (76) 90167-0 .
- ^ Penneman, RA; Mann, JB (1976). " ' Química de cálculo' de los elementos superpesados; comparación con elementos del séptimo período". Actas del Simposio de Moscú sobre la química de los elementos transuránicos : 257–263. doi : 10.1016 / B978-0-08-020638-7.50053-1 .
- ↑ a b Greenwood y Earnshaw, págs. 946–8.
- ^ Östlin, A .; Vitos, L. (2011). "Cálculo de primeros principios de la estabilidad estructural de metales de transición 6d". Physical Review B . 84 (11): 113104. Bibcode : 2011PhRvB..84k3104O . doi : 10.1103 / PhysRevB.84.113104 .
- ^ Lide, DR, ed. (2003). Manual CRC de Química y Física (84ª ed.). Boca Raton, FL: CRC Press.
- ^ Barbalace, Kenneth. "Tabla periódica de elementos ordenados por punto de fusión" . Environmental Chemistry.com . Consultado el 18 de mayo de 2011 .
- ^ Barbalace, Kenneth. "Escandio" . Libro químico . Consultado el 18 de mayo de 2011 .
- ^ Barbalace, Kenneth. "Itrio" . Libro químico . Consultado el 18 de mayo de 2011 .
- ^ Barbalace, Kenneth. "Tabla periódica de elementos" . Environmental Chemistry.com . Consultado el 14 de abril de 2007 .
- ^ Bernhard, F. (2001). "Mineralización de escandio asociada con vetas hidrotermales de cuarzo-lazurita en el complejo Lower Austroalpie Grobgneis, Alpes del Este, Austria". Yacimientos minerales a principios del siglo XXI . Lisse: Balkema. ISBN 90-265-1846-3.
- ↑ a b Kristiansen, Roy (2003). "Escandio - Mineraler I Norge" (PDF) . Stein (en noruego): 14-23. Archivado desde el original (PDF) el 8 de octubre de 2010.
- ↑ von Knorring, O .; Condliffe, E. (1987). "Pegmatitas mineralizadas en África". Revista geológica . 22 : 253. doi : 10.1002 / gj.3350220619 .
- ^ Stwertka, Albert (1998). "Itrio" . Guía de los elementos (edición revisada). Prensa de la Universidad de Oxford. págs. 115-116 . ISBN 0-19-508083-1.
- ^ Hedrick, James B. "Metales de tierras raras" (PDF) . USGS . Consultado el 6 de junio de 2009 .
- ^ Castor, Stephen B .; Hedrick, James B. "Elementos de tierras raras" (PDF) . Consultado el 6 de junio de 2009 .
- ^ "Resúmenes de productos minerales 2010: itrio" (PDF) . Servicio geológico de Estados Unidos . Consultado el 7 de julio de 2011 .
- ^ Emsley 2001 , p. 241
- ^ a b Deschamps, Y. "Scandium" (PDF) . mineralinfo.com. Archivado desde el original (PDF) el 25 de febrero de 2009 . Consultado el 21 de octubre de 2008 .
- ^ "Resúmenes de productos minerales 2010: escandio" (PDF) . Servicio geológico de Estados Unidos . Consultado el 7 de julio de 2011 .
- ↑ a b Holleman, Arnold F .; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (en alemán) (91–100 ed.). Walter de Gruyter. págs. 1056–1057. ISBN 3-11-007511-3.
- ↑ a b c Lenntech (1998). "Escandio (Sc) - propiedades químicas del escandio, efectos sobre la salud del escandio, efectos ambientales del escandio" . Lenntech . Consultado el 21 de mayo de 2011 .
- ^ MacDonald, NS; Nusbaum, RE; Alexander, GV (1952). "La deposición esquelética de itrio" (PDF) . Revista de Química Biológica . 195 (2): 837–841. doi : 10.1016 / S0021-9258 (18) 55794-X . PMID 14946195 .
- ↑ a b c Emsley , 2001 , págs. 495–498
- ↑ a b c Emsley , 2001 , p. 240
Bibliografía [ editar ]
- Emsley, John (2001). Bloques de construcción de la naturaleza: una guía AZ de los elementos . Estados Unidos: Oxford University Press. ISBN 0-19-850341-5.
- Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
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