III. A szkandium-csoport

Az előadások a következő témára: "III. A szkandium-csoport"— Előadás másolata:

1 III. A szkandium-csoport
Gyakoriságuk Az aktínium kivételével a csoport elemei nem ritkák a földkéregben. A szkandium elszórtan található. A lantán és az ittrium a lantanoida elemekkel együtt fordul elő a monacit-homokban (ritka földfémek). Előfordulásuk, ásványaik Sc: M2Si2O7 (M=Sc,Y) thortveitit (Norvégia) Y: MPO4 (M=Y és Ln-k,An-k) xenotim, M2FeBe2Si2O10 (M=Ce,La,Nd,Y) gadolinit La: MPO4 (M=Ce,La,Nd,Pr,Sm) monacit Előállításuk általánosan: kalciotermiásan fluoridból: 2 ScF3 + 3 Ca  2 Sc + 3 CaF2 Sc: a ScCl3-KCl-LiCl elegy olvadékának elektrolízisével nyerték ki tisztán 1937-ben. Manapság thortveititből, illetve az uránércek és volframércek feldolgozásakor keletkező anyagokból állítják elő. Y: az ittriumot először Wöhler állította elő 1828-ban: YCl3 + 3 K  Y + 3 KCl Y, La: lantanoidák ásványainak feldolgozásakor nyert sóoldatok ioncserés elválasztásával különítik el. La: a tiszta lantánt csak 1923-ban állították elő. Legkisebb EN; alapterm 2D(3/2); valahol a La és Ac helyett a Lu és Lr kerül ebbe a csoportba (talán OP-változás indokolná is!!) Term-megadás és komplexnevezéktan gyakorlása folyamatosan, utolsó dián szervetlen kémiai látásmódhoz gyakorlás

2 III. A szkandium-csoport
Fizikai tulajdonságaik Ezüstösen fehérek, Ac már csak ezüstös. Lapon centrált hexagonális rácsot (A3) alkotnak, kiv. Ac lapcentrált köbös (A1). Viszonylag rossz elektromos vezetők. Vegyületeik általában fehérek. Kémiai tulajdonságaik Reakcióképes elemek, reakciókészségük a rendszám növekedésével nő. A levegő oxigénjével reagálnak, a fémek felületén M2O3 oxidréteg képződik. Halogénekkel szobahőmérsékleten reagálnak, a többi nemfémes elemmel melegítés hatására lépnek reakcióba. A vízzel hidrogénfejlődés közben reagálnak: 2 Sc + 6 H2O = 2 Sc(OH)3 + 3 H2 Híg savakban oldódnak (bázikusak); erős savakkal reagálva vízben jól oldható, gyengébb savakkal reagálva vízben gyengén oldódó sók képződnek: 2 Y + 6 HA = 2 YA3 + 3 H2 Ionos vegyületeket képeznek (M3+: d01S0). Inkább a valódi fémekre és az f-mező elemeire, mint az átmenetifémekre hasonlítanak vegyületképző sajátságaik alapján (pl. viszonylag kevés komplex). Felhasználásuk Sc: védőbevonat, lézerkristályok Y: Y3Fe5O12 (ittrium-vas gránát) TV képernyőn a vörös szín Y3Al5O12 (ittrium-alumínium gránát=YAG) lézerek YIIIBaII2Cu3Ox (6,5≤x≤8  CuIIyCuIII3-y y=16-2x) szupravezető (Tc=95 K) neutronlassító (atomreaktorokban még nem nagyon használatos) La: ötvözőelem, világítótestek, La2-xSrxCuO4 szupravezető Ac: neutronforrás

3 III. A szkandium-csoport elemeinek vegyületei
1) Hidridek: inkább ionosak (~f-mező), MH2= M H- + e- (fémrácsos jellegű, jó el.vezető), a Sc kivételével további hidrogén felvételére képesek: MH3= M H- (rossz el.vezető) 2) Halogenidek: MX3, a fluoridok kivételével vízben oldhatók, ScF3 + 3 F- = [ScF6]3- hidrolízisre hajlamosak: YCl3 + H2O  YOCl + 2 HCl előállításuk:pl. 2 Sc2O CCl4 = 4 ScCl CO2 (600 °C) sóik kristályvizesek (7-9): pl. LaCl3.7H2O [di-μ-kloro-bisz{heptaakva-lantán(III)}]-(tetra)klorid klasztereket képezhetnek: éleken a ligandumok, 4-es pl. Sc5Cl8 = [ScCl2]+ + [Sc4Cl6]- 6-os pl. Sc7Cl12= Sc3+ + [Sc6Cl12]3- 3) Oxidok: M2O3, MOOH, M(OH)3, [Sc(OH)6]3- (hidroxo-komplexet csak a Sc3+ képez) oxoanionokkal képzett vegyületeik: nitrátok, szulfátok, perklorátok ionosak, vízben oldhatók, hevítve oxidokká bomlanak: La2(SO4)3  La2O3 + 3 SO3 4) Szulfidok: M2S3 tiobázisanhidridek, közepesen rosszul oldódók (La2Se3) 5) Nitridek, foszfidok: MN, MP atomrácsos jellegűek (~ f-mező) 6) Karbidok: inkább ionosak (~ f-mező): bifunkciós C22- = acetilidek: La2(C2)3 + 6 H2O  2 La(OH)3 + 3 C2H2 trifunkciós (viszontkoordinációval lazítás): (Y, La) 2 LaC2 + 6 H2O  2 La(OH)3 + C2H2 + C2H4 tetrafunkciós C34- = allilidek: MIII4(C3)3 helyett MII2(C3) M-M kötéssel LaII-LaIIC3 + 6 H2O  2 La(OH)3 + H2 + H3C-C≡CH d0  d5sp3 hibridizáció 9-es koordszám max, de La3+-nál üres f-pályák is; komplexeket végignézni ligandumonként a kézikönyvben!! 7) Komplexek: Sc (OC-6): [ScF6]3-, [Sc(OH)6]3-, [Sc(bpy)3]3+, [Sc(bpy)2(SCN)2]+ Y (6-7): [Y(H2O)2(OH)(phen)2]2+ La (6-10): [La(bpy)2 (NO3)3]; SAPR-8: [La(tpp)2]-

4 III. A szkandium-csoport elemeinek vegyületei
Gyakorlás: 1) Értelmezze az alábbi vegyületek összetételét a szerkezetükön keresztül (nevezze is el azokat szisztematikusan): LaH2, LaCl3.7H2O, Sc5Cl8 vagy ScCl1,6 , Sc7Cl12 vagy ScCl12/7 , YO2H, LaC2, La2C3, La2C6 vagy LaC3 ! 2) Határozza meg a Cu2+ és Cu3+ ionok arányát az alábbi összetételű szupravezetőkben: YBa2Cu3Ox, La2-xSrxCuO4! 3) Mi lehet az oka annak, hogy a lantán(III)-kloridot vízben oldva az oldat vezetőképessége, valamint a kolligatív sajátságok változásának mértéke csak kb. 5/8-a a vártnak? 4) Milyen reakcióval igazolná, hogy a lantánionnak többféle ionos karbidja létezik? Írja is fel a lehetségesen lejátszódó reakciókat!