Univerzita Pavla Jozefe Šafárika

Prírodovedecká Fakulta

Ústav chemických vied

Téma :

Skandium, Ytrium, Lantán, Lantanoidy a Aktinoidy

Jaroslav Mandzák

Semestrálna práca z Anorganickej Chémie II, ZS 2008/2009

všeobecné vlastnosti prvkov 3. skupiny

 Sc, Y, La a Lantanoidy – prvky vzácnych zemín
 Tvoria prechod medzi kovmi alkal zemín a kovmi skupiny

titánu

 Počiatočné prvky radov prechodných kovov
 Char. ox. číslo III, zlúčeniny sú bezfarebné, diamagnetické

 El. Konfigurácia : Sc [Ar] 3d1 4s2

Y [Ar] 4d1 5s2

La [Ar] 5d1 6s2

Ac [Ar] 6d1 7s2

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

2

Charakteristika prvkov 3.skupiny

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

3

Skandium – neušľachtilý svetlosivý lesklý kov, hexagonálna

a kubická modifikácia.

Objavený r. 1879 – L.P.Nilson na univerzite v Uppsale

(Švédsko) v neraste gadolinite. Pomenovaný podľa

Škandinávie.

Jedným z nerastov bohatých na Sc – thortweitit (Sc

2(Si2O7))

1787 – Arrhenius objavil v opustenom lome pri dedine

Yterrby neznámy nerast a pomenoval ho yterrbit.

1794 – Gadolin z tohto nerastu izoloval neznámy oxid, ktorý

dostal názov ytriová zemina.

1828 – F. Wohler izoloval Ytium z jeho oxidu. Svojími

vlastnosťami sa podobá na lantán od kt. sa dá ťažko oddeliť.

Lantán – striebrobiely mäkký kov

1839 – švédsky chemik C. G. Mosander objavil lantán v

jeho neraste monanzite – LaPO

4. Nachádza sa tiež v cerite

a apatite. Zaujímavý je jeho výskyt v popole briez.

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

4

Aktínium – je materským prvkom celej skupiny

aktinoidov.

1899 – objavený po spracovaní smolinca.

1g Ac je možné izolovať z približne 16000 t uránu.

V súčastnosti sa vyrába v jadrových reaktoroch:

226

Ra + 1

0n

→ 227

RaAc

→ 227

Ac

Urán – biely lesklý kov s jasnomodrým nádychom,

alebo čierny prášok ( v prášk. stave pyroforický ).

1789 – objavený v smolinci ako oxid M. H.

Klaprothom. Kovový urán získal až oveľa neskôr E.

M. Peligot.

Pomenovaný podľa planéty Urán objavenej krátko

predtým.

V prírode sa vyskytuje v smolinci U

3O8, vytvára

amorfné tvary.

reaktivita

 Reaktivita rastie s rastúcim Z

 Na vzduchu pasivujú, inak sú pri laboratórnej teplote stále

 Pri vyššej teplote na vzduchu horia na oxidy – M

2O3

 Pri vysokej teplote reagujú tiež s halogenidmi a ostatnými

nekovmi

 Pre veľmi záporné hodnoty E° ( E° (Sc3+/Sc) = -2,030) dobre

reagujú s vodou a zriedenými minerálnymi kyselinami :

2 Sc (s) + 3H

2O (l)

Sc

→

2O3 (s) + 3H2 (g)

2 Sc (s) + 6H

3O

+

(aq) 2 Sc

→

3+

(aq) + 3H

2 (g)

2 Y (s) + 3H

2O (l)

Y

→ 2O3 (s) + 3H2 (g)

2 Y (s) + 6H

3O

+

(aq) 2 Y

→

3+

(aq) + 3H

2 (g)

Sc3+ vykazuje diagonálnu podobnosť s Al3+, ktorý je však v

kompaktnom stave stály, v dôsledku vytvorenia súvislej

ochrannej vrstvy oxidu na povrchu – kinetická bariéra

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

5

vlastnosti zlúčenín

Hydroxidy:
 Tvoria biele gélovité zrazeniny
 Priprava reakciou solí s hydroxidmi alkal. kovov:

La3+ (aq) + 3OH- (aq) La(OH)

→

3 (s)

Ich zásaditosť rastie s rastúcim Z, preto iba Sc reaguje v nadbytku

OH-

2 Sc(OH)

3 (s) + 3H3O

+

(aq)

→

[Sc (H

2O)6]

3+

(aq)

2 Sc(OH)

3 (s) + 3OH

-

(aq)

→

[Sc (OH)

6]

3-

(aq)

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

6

[Sc (OH)

6]

3-

Halogenidy :
 Sc, Y, La tvoria halogenidy, kt sú dobre rozpustné vo vode

(okrem fluoridov), kde kryštalizujú ako hydráty.

 Príprava – priama reakcia kovu s halogénom :



2 Sc (s) + 3 Cl

2 (g)

2 ScCl

→

3 (s)

Bezvodé halogenidy nieje možné pripraviť dehydratáciou ich

kryštalohydrátov – dochádza ku hydrolýze :

2 ScCl

3 . 6H2O (s)

Sc

→

2O3 (s) + 6HCl (g) + 9H2O (g)

Soli silných kyselín
 Sú vo vode rozpustne, pri zahriatí podobne ako hydráty

halogenidov hydrolyzujú:

Pre porovnanie:

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

7

O(g)

H

(g)

HNO

O(s)

(OH).H

)

Sc(NO

O

.4H

)

Sc(NO

2

3

2

2

3

T

2

3

3









O(g)

5H

(s)

CuSO

O(s)

.5H

CuSO

2

4

T

2

4







lantanoidy

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

8

•

Prvky f-bloku tvorené 14 prvkami nasledujúcimi za lantánom počínajúc

cérom až po lutécium, ktoré obsadzujú 4f orbitály.

•

Charakteristické ox. číslo III, ale atómy niektorých lantanoidov sa

nachádzajú aj v iných ox. stupňoch napr.: Ce(IV), Eu(II) (4f7); Tb(IV) (4f7);

Yb(II) (4f14)

•

V dôsledku slabého tieniaceho účinku rastúceho náboja jadra 4f (5f)

elektrónmi dochádza k zvýšenému priťahovaniu vonkajších elektr.

jadrom, čo sa prejaví zmenšovaním polomerov atómov ako aj katiónov –

lantanoidová (aktinoidová) kontrakcia.

aktinoidy

 Prvky f-bloku tvorené 14 prvkami nasledujúcimi za aktíniom počínajúc

tóriom až po lawrencium, ktoré obsadzujú 5f orbitály.

 Všetky sú rádioaktívne.
 Transurány – prvky nasledujúce za uránom, Z= 93 <

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

9

aplikovaná chémia

 Skandium – pre malý technický význam sa Sc vyrába len v

obmedzenom množstve. Hoci boli pre Sc navrhnutých niekoľko

možností je stále nahradzovaný lacnejšíni alternatívami.

 Ytrium – priemyselný význam nebol doposiaľ veľký, v nedávnej dobe

sa začal využívať v elektronike, ako základ luminoforov pre vyvolanie

červenej farby v

obrazovkách monitorov.
Granáty o zložení Y

3F5O12 sa používajú ako mikrovlnné filtre v

radaroch, štrukt. blízky granát Y

3Al5O2 slúži ako náhrada

slávneho Cartierovho diamantu.

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

10

Vzhľadom k tomu, že Y má malý neutrónový prierez,

môže sapoužívať ako spomaľovač neutrónov v

jadrových reaktoroch.

 Lantán – jeho použitie ako kovu je dosť skromné. V podobe

zmiešaného kovu, zmes kovových lantanoidov s 25% La je

súčasťou kresacích kamienkov do zapaľovačov.

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

11

Jeho oxid sa používa ako prísada do vysoko

kvalitného optického skla, ktorému dodáva vysoký

index lomu.

S niektorými oxidmi tvorí systém, ktorý bol navrhnutý miesto drahšej

platiny ako katalyzátor na zneškodňovanie výfukových plynov v

autách.

• Aktínium – bez ohľadu na spôsob jeho prípravy je vždy k oddeleniu Ac

potrebná chromatografia na ionomeničoch, alebo extrakcia. Aj tak sa

však získavajú iba miligramové množstvá a tak jeho priemyselné

využitie neprichádza do úvahy.

 Urán – v malom množstve sa urán už dlho používa na farbenie skla a

keramiky, ale jeho jediné skutočne významné využitie je ako jadrové

palivo. Jediné prírodné jadro ktoré podlieha štiepeniu je 235

92U :

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

12

n

x

fragmenty

2

n

U

1

0

1

0

235

92







Pokiaľ je uvoľnených n dostatočné množstvo so správnou energiou,

môžu spôsobiť štiepenie ďalších jadier, a zahájiť samomnožiacu

reťazovú reakciu.

Kinetická energia hl. fragmentov sa

rýchlo mení na teplo, kt. množstvo je

asi 106 x väčšie ako teplo uvoľnené

spálením rovnakého množstva uhlia.

Aby sa predyšlo nadmernej strate elektrónov povrchom , musí byť

prekročené tzv. kritické množstvo. Aby sa reakcia nevyhla kontrole je

nutné ju regulovať pohlcovačom neutrónov napr. Cd.

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

13

Obohacovanie – na tieto účely sa používa UF

6 (sublimuje). 1. vo veľ kom

používaná metóda bola difúzia plynov , pôvodne vyvinutá v projekt

Manhattan. Tieto zariadenia sú však náročné na technológie a energiu.

V poslednej dobe je vyvíjaný proces s použitím plynovej centrifúgy:

Vo valcovej centrifúge rotujúcej 1600 ot/min sa

pri stenách koncentruje 238UF

6 a v strede

235

UF

6 ,

odkiaľ sa odoberajú frakcie.

Ďalším politicky významným použitím

obohateného uránu je výroba nukleárnych

zbraní. Hlavnou úlohou však nieje ich použitie

vo vojenskom konflikte, ale ako nástroj

diplomacie. Jadrovými veľmocami sú všetci

stály členovia bezpečnostnej rady OSN.

použitá literatúra

 Juraj Černák – Anorganická chémia II, UPJŠ v Košiciach 2008
 Juraj Černák – Otázky a úlohy z anorganickej chémie, UPJŠ v Košiciach,

2003

 J. Šima a kol. – Anorganická chémia , STU v Bratislave 2005
 J. Gažo a kol. – Všeobecná a anorganická chémia – SNTL Bratislava 1974
 N. N. Greenwood, A. Ernshaw– Chemie prvků, Informatorium, Praha

1993

 Rudolf Jirkovský, Jan Tržil, Gabriela Mažáriová – Abeceda chemických

prvkov, Bratislava , Alfa, 1985



http://www.periodictable.com

 Obrázky : http://images.google.com

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

14

ĎAKUJEM VÁM ZA POZORNOSŤ

Jaroslav Mandzák - Anorganická Chémia II

15