Vorlesung Chemie der Metalle
9. Übergangsmetalle II
III. Nebengruppe/3. Gruppe/Scandium-Gruppe
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6. Gr. |
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8. Gr. |
9. Gr. |
10. Gr. |
11. Gr. |
12. Gr. |
| 3d |
Sc |
Ti |
V |
Cr |
Mn |
Fe |
Co |
Ni |
Cu |
Zn |
| 4d |
Y |
Zr |
Nb |
Mo |
Tc |
Ru |
Rh |
Pd |
Ag |
Cd |
| 5d |
La |
Hf |
Ta |
W |
Re |
Os |
Ir |
Pt |
Au |
Hg |
1. Allgemeines, Oxidationsstufen, Vorkommen
Zur III. Nebengruppe, 3. Gruppe oder Scandium-Gruppe gehören die Elemente
Scandium (Sc), Yttriumd (Y), Lanthan (La) und Actinium (Ac).
Ihre allgemeine Elektronenkonfiguration ist ns2 (n-1)d1.
Durch die vollkommene Überlappung der s- und d-Niveaus
sind alle drei Valenzelektronen energetisch gleichwertig, woraus sich die
für diese Elemente einzig wichtige Oxidationsstufe zu +3 ergibt.
Zum Vorkommen:
- Scandium ist relativ selten, das bekannteste und wichtigste Sc-Mineral ist
der Thortveitit (Y,Sc)2[Si2O7], ein Disilicat.
- Yttrium ist das häufigste der drei Elemente und kommt zusammen mit
den Lanthanoiden in den sogenannten Yttererden vor.
- Lanthan kommt - zusammen mit den anderen Lanthanoiden im
Monazit (Ce,Th)[P,Si)O4] vor.
- Actinium ist ein radioaktives Element und ist Glied der
235U-Zerfallsreihe. Es ist analog zu Lanthan der Namensgeber für die
folgenden Elemente, die Actinoide.
Die chemischen Eigenschaften der Elemente gleichen zum Teil den der II., z.T.
denen der III. Hauptgruppe. Alle Elemente sind ziemlich reaktionsfreudig und
können nicht an Luft aufbewahrt werden.
2. Elemente
Bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften sind die reinen
Elemente der 3. Gruppe silberweiße, dehnbare Metalle.
Sie werden durch Reduktion der Fluoride mit Ca, Mg (Y, La) bzw. der Chloride mit Natrium
oder Kalium (Ac) hergestellt, z.B. gemäß:
2 LaF3 + 3 Ca ⟶ 2 La + 3 CaF2
Scandium wird durch Elektrolyse der geschmolzenen Chloride erhalten.
Die Elemente kristalllisieren in der hexagonal dichten Kugelpackung, chemisch
gleichen sie dem Aluminium.
Yttrium ist als Bestandteil einer Legierung mit Cobalt als Permanentmagnete
wichtig. Es kann auch als Regelstabmaterial in Reaktoren eingesetzt werden.
Eine weiter wichtig Verbindung ist Y-Vanadat YVO4
als roter Leuchtstoff in Farbfernsehern.
3. Oxide
s. bei den Lanthanoiden in Kap. 7.1.
4. Hydroxide
Die Hydroxide aller Elemente sind basischer als Al(OH)3, wobei folgende
Reihe für die Basizität gilt:
Al(OH)3 -- Sc(OH)3 -- Y(OH)3 -- La(OH)3
die der Reihe der Erdalkalimetallhydroxide von Ca(OH)2 bis Ba(OH)2
entspricht.
Yttrium und Lanthanhydroxid sind schwerlöslich
YCl3 + 3 NaOH ⟶ Y(OH)3 + 3 NaCl
und in einem Überschuß von NaOH auch nicht wieder löslich, d.h. nicht amphoter.
Durch Glühen der Hydroxide lassen sich die weissen Oxide M2O3
herstellen, die mit Wasser wieder in die Hydroxide überführt werden können.
5. Schwerlösliche Verbindungen
Die Fluoride von Yttrium ud Lanthan sind schwerlöslich:
YCl3 + 3 KF ⟶ YF3 + 3 KCl
LaCl3 + 3 KF ⟶ LaF3+ 3 KCl
Die Carbonate M2(CO3)3 sind ebenfalls schwerlöslich
und ergeben bei Calcinieren die Oxide, z.B. Y2O3.
Lanthanoxalat kann nach der Fällung:
2 LaCl3 + 3 (NH4)2C2O4
⟶ La2(C2O4)3 + 6 NH4Cl
im Überschuß von Oxalat unter Komplexbildung gelöst werden, eine Reaktion,
die mit Yttriumoxalat nicht möglich ist.
6. Komplexverbindungen
s. bei den Lanthanoiden in Kap. 7.1..