Химические элементы

Если рассматривать современную таблицу Менделеева, то переходные металлы находятся в «середине», то есть с III группы по XII. Также обратите ваше внимание на «подвал» таблицы, там располагаются 2 ряда элементов, называемые актиноидами и лантаноидами.

Перед тем как ответить на второй вопрос, мы надеемся, что вы простите нам небольшое лирическое отступление от темы главы. Внимательный читатель, вероятно, уже обратил внимание на то, что мы всегда опираемся на Периодическую таблицу, а как следствие, на строение атома. Забегая вперед, сразу скажем, что ответ на ваш вопрос кроется именно в строении атома. На наш взгляд, одна из главных прелестей химии состоит в том, что в ходе решения подавляющего числа задач мы приходим к строению атома, это та основа, без которой химии не существует. Это отличает химию от той же физики, где, зная на отлично механику Ньютона, будет крайне проблематично рассуждать о термодинамике или волновой оптике. Решая химическую проблему, ученый как бы разматывает клубок и приходит к выводу на основе строения атома, это поразительным образом развивает логику и умение устанавливать правильные причинно-следственные связи.

Вернемся к переходным металлам. Они так названы потому, что находятся между s-элементами и p-элементами, создавая между ними «мостик». Как вы уже догадались, переходные металлы относятся к d-элементам, то есть электроны, которые участвуют в образовании химических связей этих элементов с другими, находятся на d-орбиталях (эти электроны принято называть валентными). В образовании связи также могут участвовать и s-орбитали.

Как уже было отмечено ранее, к переходным металлам относятся 38 элементов, плюс актиноиды и лантаноиды, что делает эту группу элементов самой крупной. Дать общую характеристику всем металлам группы почти невозможно, поэтому мы разбили ее на девять более маленьких подгрупп, в каждую из которых входят металлы, обладающие схожими свойствами.

Подгруппа скандия (IIIБ)

В так называемую подгруппу скандия входят: скандий, иттрий, лантан, актиний. В первую очередь укажем на схожесть строения электронных оболочек атомов этих элементов. Ее можно выразить формулой (n-1)d¹ns². Из этого следует, что все эти металлы будут обладать валентностью равной III, а характерной степенью окисления для них является +3. В природе все эти металлы находятся вместе, поэтому отделить их — довольно сложная задача.

Y, La и Ac — серебристо-белые металлы, скандий же обладает желтоватым оттенком. Элементы этой подгруппы достаточно химически активны, по этому показателю их можно сравнить с магнием и кальцием. Например, при реакции оксида лантана La₂O₃ с водой выделяется больше тепла, чем при реакции оксида кальция CaO с водой. При нагревании все металлы этой подгруппы реагируют с молекулярным азотом, кислородом и многими другими веществами.

Скандий. Металл для ракет

Мы уверены, что даже многие химики не так хорошо знакомы со свойствами этого металла. На то, конечно, есть веская причина: объем мирового рынка скандия составляет всего лишь 2–10 тыс. тонн в год! Ничего удивительного, что мы о нем слышим не так уж часто.

Существование скандия было предсказано Д. И. Менделеевым на основании периодического закона в 1871 году. Великий русский химик дал этому металлу название «эка-бор» из-за его сходства с бором. Спустя восемь лет профессор аналитической химии Нильсон полностью подтвердил экспериментом предсказания Менделеева, выделив скандий при изучении минералов эвксенита и гадолинита. Назвал же он новый элемент в честь места своего рождения — Скандинавии.

Скандий относится к рассеянным элементам. Стоит подчеркнуть, что скандий составляет лишь 6×10^-4 % массы земной коры. То есть на 1 тонну приходится примерно 10 г. Он входит в состав около 100 различных минералов. Самые крупные месторождения тортвейтита (Sc,Y)₂Si₂O₇ находятся в Норвегии и на Мадагаскаре. Незначительные количества скандия можно встретить даже в морской воде, а также в водорослях.

Скандий находит настолько широкое применение в различных отраслях науки и техники, что некоторые называют его «металлом XXI века». Он входит в состав различных сплавов, повышая их прочность и твердость. Поэтому их используют при конструировании ракет, автомобилей, высокоскоростных поездов и в авиакосмической промышленности. Скандий использовался при строительстве орбитальной станции «Мир» и МКС. Сплавы скандия обладают повышенной коррозийной стойкостью.

Еще более интересным с практической точки зрения является оксид скандия Sc₂O₃. Его используют для производства ламп высокой интенсивности. Также этот оксид обладает высокой каталитической активностью, поэтому применяется в качестве катализатора. Ювелиры же изготавливают из него фианит — искусственный аналог алмаза. С помощью оксида скандия возможно увеличить мощность солнечных батарей на 50 %. Другие соединения скандия используют в качестве активаторов в цветных телевизорах.

Иттрий. Ну очень рассеянный