Файл: Занятие по химии iiiй группы элементов Заключение.doc

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...2

Глава 1. Общая характеристика III-й группых элементов……………………...3

1.1 Общая характеристика элементы III-й группы……………………………...3

1.2 Химический свойства Sc …………………………………...………………...6

1.3 Химический свойства Y, La, Ac……………………………………………...9

Глава 2. Методическая разработка лабораторного практического занятие по химии III-й группы элементов………………………………..……………..…..14

Заключение……………………………………………………………………….24

Список информационных источников…………………………………………25

Введение

Впервые свойства элемента с порядковым номером 21 предсказал Д. И. Менделеев в 1871 г., обозначив его как «экабор». Лишь в 1879 г. швед Л. Нильсон обнаружил элемент, предсказанный Д. И. Менделеевым. В честь Скандинавии экабор получил название скандий.

В 1794 г. финский химик Ю. Гадолин в минерале иттербитс обнаружил оксид иттрия. Первый металлический иттрий был получен в 1828 г. Ф. Вёлером. Лантан был открыт в 1826 г. шведским химиком К. Мозандсром при изучении цериевой земли.

В хронологической таблице открытий элементов актиний стоит сразу после полония и радия. В октябре 1899 г. об этом элементе впервые сообщил французский химик А. Дебьерн, занимавшийся исследованием урановой смолки и показавший, что в ней помимо радия и полония есть еще один элемент, характеризующийся очень слабым излучением. Год спустя Ф. Гизель получил первый препарат актиния.

Скандий Sc, иттрий Y, лантан La и актиний Ас являются элементами 3-й группы и составляют так называемую группу скандия.

Химия элементов 3-й группы типична для ранних переходных металлов: все они по существу имеют только групповую степень окисления +3 в качестве основной, и, как и предыдущие металлы основной группы, весьма электроположительны и имеют менее богатую координационную химию. Из-за эффектов сокращения лантаноидов иттрий и лютеций очень похожи по свойствам. Иттрий и лютеций по существу имеют химический состав тяжелых лантаноидов, но скандий имеет несколько отличий из-за своего небольшого размера. Это похоже на структуру ранних групп переходных металлов, где самый легкий элемент отличается от очень похожих следующих двух.

---

Все элементы 3-й группы - довольно мягкие, серебристо-белые металлы, хотя их твердость увеличивается с атомным номером. На воздухе они быстро тускнеют и вступают в реакцию с водой, хотя их реакционная способность маскируется образованием оксидного слоя. Первые три из них встречаются в природе, и особенно иттрий и лютеций почти всегда связаны с лантаноидами из-за их сходного химического состава. Лоуренсий сильно радиоактивен: он не встречается в природе и должен производиться искусственным синтезом, но его наблюдаемые и теоретически предсказанные свойства согласуются с тем, что он является более тяжелым гомологом лютеция. Ни один из них не играет биологической роли.


Глава 1. Общая характеристика 3-й группых элементов.

1.1 Общая характеристика элементы 3-й группы

К III группе относятся бор, алюминий, галлий, индий, таллий (главная подгруппа), а также скандий, иттрий, лантан и лантаноиды, актиний и актиноиды (побочная подгруппа).

На внешнем электронном уровне элементов главной подгруппы имеется по три электрона (s²p¹). Они легко отдают эти электроны или образуют три неспаренных электрона за счет перехода одного s-электрона на р-уровень. Для бора и алюминия характерны соединения только со степенью окисления +3. У элементов подгруппы галлия (галий, индий, таллий) на внешнем электронном уровне также находятся по три электрона, образуя конфигурацию s²p¹, но они расположены после 18-электронного слоя. Поэтому в отличие от алюминия галлий обладает явно неметаллическими свойствами. Эти свойства в ряду Ga, In, TI ослабевают, а металлические свойства усиливаются.

У элементов подгруппы скандия на внешнем электронном уровне также находится по три электрона. Однако эти элементы относятся к переходным d-элементам, электронная конфигурация их валентного слоя d¹s². Эти электроны все три элемента довольно легко отдают.

Элементы подгруппы лантаноидов имеют отличительную конфигурацию внешнего электронного уровня, у них застраивается 4f-уровень и исчезает d-уровень. Начиная с церия все элементы, кроме гадолиния и лютеция, имеют электронную конфигурацию внешнего электронного уровня 4fn⁶s² (гадолиний и лютеций имеют 5d¹-электроны) Число n изменяется от 2 до 14. Поэтому в образовании валентных связей принимают участие s- и f-электроны. Чаще всего степень окисления лантаноидов +3 реже +4.

---

Электронное строение валентного слоя актиноидов во многом напоминает электронное строение валентного слоя лантаноидов Все лантанойды и актинойды — типичные металлы.

Скандий Sc, иттрий Y, лантан La и актиний Ас являются элементами 3-й группы и составляют так называемую группу скандия.

Историческая справка

Впервые свойства элемента с порядковым номером 21 предсказал Д. И. Менделеев в 1871 г., обозначив его как «экабор». Лишь в 1879 г. швед Л. Нильсон обнаружил элемент, предсказанный Д. И. Менделеевым. В честь Скандинавии экабор получил название скандий.

В 1794 г. финский химик Ю. Гадолин в минерале иттербите обнаружил оксид иттрия. Первый металлический иттрий был получен в 1828 г. Ф. Вёлером. Лантан был открыт в 1826 г. шведским химиком К. Мозандсром при изучении цериевой земли.

В хронологической таблице открытий элементов актиний стоит сразу после полония и радия. В октябре 1899 г. об этом элементе впервые сообщил французский химик А. Дебьерн, занимавшийся исследованием урановой смолки и показавший, что в ней помимо радия и полония есть еще один элемент, характеризующийся очень слабым излучением. Год спустя Ф. Гизель получил первый препарат актиния.

Основные константы скандия и его аналогов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Символ	Атомная масса	М сталли чсс к и й радиус атома, нм	Условный радиус иона Ме3 им	Энергия ионизации Ме° — Ме+, эВ	Плотность, г/см3
Sc	44,956	0,164	0,083	6,56	3,04
Y	88,905	0,181	0,093	6,38	4,34
La	138,91	0,188	0,104	5,57	6,18
Ac	1227	0,203	0,111	5,10	10,06

Элементы группы скандия, каждый в своем периоде, являются первыми d-элементами, т.е. у них начинает заполняться d-подуровень предвнешней оболочки. Из-за наличия одного электрона на d-орбитали конфигурация nd{ns2 является малоустойчивой, что сказывается на всех свойствах элементов группы. Так, в отличие от остальных d-элементов, рассматриваемые элементы в своих соединениях проявляют только одну постоянную степень окисления +3, а координационные числа, наоборот, непостоянны: при переходе от Sc к La типичное координационное число 6 для скандия увеличивается до 8 у Y и 9 — у La. От скандия к актинию увеличиваются радиусы нейтральных атомов и ионов, а значения ионизационных потенциалов уменьшаются. От скандия к актинию усиливаются металлические свойства. Так, скандий по свойствам соединений напоминает алюминий, являясь амфотерным элементом. Аналоги же скандия по своим свойствам напоминают щелочно-земельные металлы.

---

Свойства элементов 3-й группы. В виде простых веществ рассматриваемые элементы представляют собой металлы серебристо-белого цвета. Для каждого из них, кроме актиния, характерны по два кристаллических видоизменения, отличающихся типами решеток, их параметрами и плотностью.

По своей химической активности элементы группы скандия уступают только щелочным и щелочно-земельным элементам. По значениям электродных потенциалов они стоят далеко впереди водорода. Так, лантан уже на холоде медленно взаимодействует с водой:

2La+6HOH=2La(OH)₃+3H₂

Скандий с водой не реагирует из-за пассивации. Все металлы подгруппы скандия активно взаимодействуют с разбавленными кислотами, восстанавливая водород. Разбавленная HNO₃ в присутствии этих металлов восстанавливается до NH₄NO₃:

8Sc+30HNO₃=8Sc(NO₃)₃+3NH₄NO₃+9H₂O

Элементы группы скандия образуют оксиды Ме₂0₃, которые получают термическим разложением нитратов, карбонатов и оксалатов:

4La(No₃)₃=2La₂O₃+12NO₂+3O₂

Оксиды тугоплавки и имеют высокие энтальпии образования (от -1650 до 2000 кДж/моль). Оксидам элементов подгруппы скандия соответствуют гидроксиды Ме(ОН)₃, которые могут быть получены косвенно, исходя из солей. Они обладают очень малой растворимостью в воде.

Основные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются от Sc к Ас; у Sc(OH)₃ проявляются слабые амфотерные свойства. В этом же направлении усиливается растворимость гидроксидов. Оксиды и гидроксиды элементов группы скандия легко взаимодействуют с кислотами, образуя соответствующие соли. Амфотерные Sc₉0₃ и Sc(OH)₃ могут при сплавлении с основными оксидами или щелочами образовывать соли — оксоскандина- ты MeSc0₂.

В ряду галогенидов ScHal₃ — YHal₃ — LaHal₃ — АсНа1₃ наблюдается усиление основных свойств. Из этого ряда веществ только ScF₃ способен к образованию комплексных галогенид-анионов — фтороскандинатов Me₃[ScFc] в растворе, а аналогичные соединения иттрия можно получить лишь при сплавлении YF₃ с фторидами наиболее типичных металлов — Rb, Cs, частично калия: Cs₃[YF₆], Rb₃[YFG]. Элементы группы скандия образуют двойные соли типа Me[₃(SO/t)₂], Me₂[₃(N0₃)₅]. Скандий образует легко гидролизующийся аква-ион [Sc(H₂0)₆]₃L Аква-ионы иттрия и лантана характеризуются более высокими координационными числами.

---

Третья группа периодической системы охватывает очень большое число химических элементов, так как в состав ее, кроме элементов главной и побочной подгрупп, входят элементы с порядковыми номерами 58--71 (лантаноиды) и с порядковыми номерами 90--103 (актиноиды).

Третья группа периодической системы охватывает очень большое число химических элементов, так как в состав ее, кроме элементов главной и побочной подгрупп, входят элементы с порядковыми номерами 58—71 (лантаноиды) и с порядковыми номерами 90—103 (актиноиды). Мы рассмотрим лантаноиды и актиноиды вместе с элементами побочной подгруппы.

Элементы главной подгруппы третьей группы — бор, алюминий, галлий, индий и таллий — характеризуются наличием трех электронов в наружном электронном слое атома. Второй снаружи электронным слой атома бора содержит два электрона, атома алюминия - восемь, галлия, индия и таллия — по восемнадцать электронов.

1.3 Химический свойства Sc

Скандий (химический символ — Sc; лат. Scandium) — элемент третьей группы (по старой классификации — побочной подгруппы третьей группы), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 21. Простое вещество скандий — лёгкий металл серебристого цвета с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с гексагональной решёткой типа магния, β-Sc с кубической объёмноцентрированной решёткой, температура перехода α↔β 1336 °C. Относится к редкоземельным элементам.

Среднее содержание скандия в земной коре — 10 г/т. Близки по химическим и физическим свойствам к скандию иттрий, лантан и лантаноиды. Во всех природных соединениях скандий, так же, как и его аналоги алюминий, иттрий, лантан, проявляет положительную валентность, равную трём, поэтому в окислительно-восстановительных процессах он участия не принимает. Скандий является рассеянным элементом и входит в состав многих минералов. Собственно скандиевых минералов известно 2: тортвейтит (Sc, Y)₂ Si₂O₇ (Sc₂O₃ до 53,5 %) и стерреттит (кольбекит Sc[PO₄]·2H₂O (Sc₂O₃ до 39,2 %). Относительно небольшие концентрации обнаружены примерно в 100 минералах.

---