గ్రూప్ 3 మూలకం

వికీపీడియా నుండి
Jump to navigation Jump to search
ఆవర్తన పట్టికలో గ్రూప్ 3
Hydrogen Helium
Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon
Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon
Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Ununtrium Flerovium Ununpentium Livermorium Ununseptium Ununoctium
IUPAC group number 3
Name by element స్కాండిఉయం గ్రూపు
CAS group number
(US, pattern A-B-A)
IIIB
old IUPAC number
(Europe, pattern A-B)
IIIA

↓ Period
4
Image: Scandium crystals
Scandium (Sc)
21 Transition metal
5
Image: Yttrium crystals
Yttrium (Y)
39 Transition metal
6
Image: Lutetium crystals
Lutetium (Lu*)
71 Lanthanide
7 Lawrencium (Lr*)
103 Actinide

* Whether the elements lutetium (Lu) and lawrencium (Lr), in period 6 and 7, are in group 3 is disputed. The grouping used in this article places Lu and Lr in group 3, following the Aufbau principle. For other groupings, see group 3 borders.


Legend
ఆదిమ మూలకం
సింథటిక్ మూలకం
Atomic number color:
black=solid

గ్రూప్ 3 అనేది ఆవర్తన పట్టికలోని పరివర్తన లోహాలలో మొదటి గ్రూపు. ఈ గ్రూపుకు అరుదైన-భూ మూలకాలతో దగ్గరి సంబంధం ఉంది. ఈ గ్రూపు యొక్క కూర్పుకు, స్థానానికీ సంబంధించి కొంత వివాదం ఉన్నప్పటికీ, ఈ గ్రూపులో స్కాండియం (Sc), యట్రియం (Y), లుటీషియం (Lu), లారెన్షియం (Lr) అనే నాలుగు మూలకాలు ఉన్నాయని సాధారణంగా అంగీకరించే విషయం. ఈ గ్ర్జూపును స్కాండియం గ్రూపు లేదా స్కాండియం కుటుంబం అని కూడా అంటారు.

గ్రూపు 3 మూలకాలకు ప్రారంభ పరివర్తన లోహాలకుండే విలక్షణమైన రసాయనిక ధర్మాలుంటాయి: వీటన్నిటికీ +3 ఆక్సీకరణ స్థితి మాత్రమే ప్రధానమైనదిగా ఉంటుంది. మునుపటి ప్రధాన-సమూహ లోహాల లాగానే ఇవి కూడా చాలా ఎలక్ట్రోపోజిటివుగా, తక్కువ స్థాయి సమన్వయ రసాయన శాస్త్రాన్ని కలిగి ఉంటాయి. లాంతనైడ్ సంకోచం ప్రభావాల కారణంగా, యిట్రియం, లుటీషియం లక్షణాలు చాలా సారూప్యంగా ఉంటాయి. యిట్రియం లుటీషియంలు భారీ లాంతనైడ్‌ల రసాయన శాస్త్రాన్ని కలిగి ఉంటాయి, అయితే స్కాండియంకు ఉన్న చిన్న పరిమాణం కారణంగా అనేక తేడాలను చూపుతుంది. ప్రారంభ పరివర్తన లోహ సమూహాలకు ఉండే - తేలికైన మూలకం చాలా సారూప్యమైన తదుపరి రెండింటి కంటే భిన్నంగా ఉండే లక్షణం దీనికి కూడా ఉంటుంది.

అన్ని గ్రూప్ 3 మూలకాలన్నీ మెత్తనైన, వెండి-లాంటి తెలుపు రంగులో ఉండే లోహాలు. అయితే వాటి కాఠిన్యం, పరమాణు సంఖ్యతో పెరిగే కొద్దీ పెరుగుతుంది. అవి త్వరగా గాలిలో మసకబారుతాయి, నీటితో ప్రతిస్పందిస్తాయి, అయినప్పటికీ వాటి క్రియాశీలత ఆక్సైడ్ పొర ఏర్పడటంతో కప్పడిపోతుంది. వాటిలో మొదటి మూడు సహజంగా సంభవిస్తాయి. ముఖ్యంగా యట్రియం, లుటీషియంలు లాంతనైడ్‌లతో సారూప్య రసాయన శాస్త్రం కారణంగా వాటితో దాదాపు స్థిరంగా సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. లారెన్షియం చాలా రేడియోధార్మికత కలిగినది. ఇది ప్రాకృతికంగా సంభవించదు, కృత్రిమ సంశ్లేషణ ద్వారానే ఉత్పత్తి చేయాలి. అయితే దానిలో గమనించినవి, సిద్ధాంతపరంగా అంచనా వేయబడినవీ అయిన లక్షణాలు లుటీషియం యొక్క భారీ హోమోలాగ్‌తో స్థిరంగా ఉంటాయి. ఈ గ్రూపు మూలకాల్లో దేనికీ జీవసంబంధమైన పాత్ర లేదు.

చారిత్రికంగా, కొన్నిసార్లు లుటీషియం, లారెన్షియమ్‌లకు బదులుగా లాంతనమ్ (లా), ఆక్టినియం (ఎసి) లను ఈ గ్రూపులో చేరుస్తూ ఉంటారు. ఇది ఇప్పటికీ కొన్ని పాఠ్యపుస్తకాలలో కనిపిస్తూంటుంది. ఈ రెండు ఎంపికల మధ్య కొన్ని రాజీ సూత్రాలను ప్రతిపాదించారు. ఈ గ్రూపును స్కాండియం, యట్రియంలు మాత్రమే ఉండేలా గ్రూపును కుదించడం లేదా గ్రూపులో మొత్తం 30 లాంతనైడ్‌లు, ఆక్టినైడ్‌లనుఅ చేర్చడం వంటివి ఈ ప్రతిపాదనల్లో ఉన్నాయి.

లక్షణాలు[మార్చు]

రసాయన ధర్మాలు[మార్చు]

గ్రూపు 3 మూలకాల యొక్క ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్‌లు
Z మూలకం ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్
21 Sc, స్కాండియం 2, 8,  9,  2 [Ar]      3d1 4s2
39 Y, యట్రియం 2, 8, 18,  9,  2 [Kr]      4d1 5s2
71 Lu, లుటీషియం 2, 8, 18, 32,  9, 2 [Xe] 4f14 5d1 6s2
103 Lr, లారెన్షియం 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 [Rn] 5f14 6d0 7s2 7p1

ఇతర గ్రూపుల మాదిరిగానే, ఈ కుటుంబంలోని మూలకాల్లో కూడా తమ ఎలక్ట్రాన్ కాన్ఫిగరేషన్‌లలో, ముఖ్యంగా బయటి షెల్‌లలో, ఒకే ధోరణి ఉంటుంది. ఫలితంగా ఈ ధోరణులు రసాయన ప్రవర్తనలో కూడా ఏర్పడతాయి. అధిక పరమాణు సంఖ్యలకు ముఖ్యమైన సాపేక్ష ప్రభావాల కారణంగా, లారెన్షియం యొక్క కాన్ఫిగరేషన్ ఊహించిన 6dకి బదులుగా 7p ఆక్యుపెన్సీని కలిగి ఉంది, కానీ సాధారణ [Rn]5f146d17s2 కాన్ఫిగరేషన్ తగినంత తక్కువగా ఉంటుంది. శక్తిలో మిగిలిన గ్రూపు కంటే గణనీయమైన తేడా ఏమీ ఉండదు. [1]

గ్రూపు లోని మొదటి మూడు మూలకాలకు మాత్రమే చాలా రసాయన ధర్మాలను గమనించారు; లారెన్షియం యొక్క రసాయన లక్షణాలను బాగా వర్ణించలేదు గానీ తెలిసినవి, ఊహించినవి మాత్రం లుటీషియం యొక్క భారీ హోమోలాగ్‌గా దాని స్థానానికి సరిపోతాయి. గ్రూపులోని మిగిలిన మూలకాలు (స్కాండియం, యట్రియం, లుటీషియం) చాలా ఎలక్ట్రోపోజిటివ్‌గా ఉంటాయి. అవి రియాక్టివ్ లోహాలు, అయితే స్థిరమైన ఆక్సైడ్ పొర ఏర్పడటం వలన ఇది స్పష్టంగా కనిపించదు, ఈ పొర తదుపరి ప్రతిచర్యలను నిరోధిస్తుంది. లోహాలు సులభంగా కాలిపోయి, ఆక్సైడ్‌లను ఇస్తాయి. [2] ఇవి తెల్లటి అధిక ద్రవీభవన స్థానం గల ఘనపదార్థాలు. అవి సాధారణంగా +3 ఆక్సీకరణ స్థితికి ఆక్సీకరణం చెంది, ఎక్కువగా అయానిక్ సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఎక్కువగా కాటయానిక్ సజల రసాయన శాస్త్రాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఈ విధంగా అవి లాంతనైడ్‌లను పోలి ఉంటాయి, [2] అయితే లాంతనమ్ నుండి యిటర్బియం వరకు ఉండే 4f మూలకాలకు ఉండే f కక్ష్యల ప్రమేయం వీటికి లేదు. [3] [4] స్థిరమైన గ్రూపు 3 మూలకాలు తరచుగా 4f మూలకాలతో పాటు అరుదైన భూ మూలకాలుగా వర్గీకరించబడతాయి. [2]

భౌతిక ధర్మాలు[మార్చు]

గ్రూపు 3లోని ట్రెండ్‌లు ఇతర ప్రారంభ d-బ్లాక్ సమూహాలను అనుసరిస్తాయి. ఐదవ నుండి ఆరవ పీరియడ్‌కు వెళ్తుంటే ఎఫ్-షెల్ నిండుతూ పోతుంది. ఉదాహరణకు, స్కాండియం, యట్రియం రెండూ మృదువైన లోహాలు. కానీ లాంతనైడ్ సంకోచం కారణంగా, యట్రియం నుండి లుటీషియం వరకు అణు వ్యాసార్థంలో ఊహించిన పెరుగుదల తారుమారైంది; లుటీషియం పరమాణువులు యట్రియం పరమాణువుల కంటే కొంచెం చిన్నవిగా ఉంటాయి, కానీ బరువుగా, అధిక అణు ఛార్జ్ కలిగి ఉంటాయి. [5] దీనివలన లోహ సాంద్రత పెరుగుతుంది, అవి మరింత దృఢతరం అవుతాయి. ఎందుకంటే అణువు నుండి ఎలక్ట్రాన్లను బయటికి లాగడం వలన లోహ బంధం ఏర్పడుతుంది. మూడు లోహాలు ఒకే విధమైన ద్రవీభవన, మరిగే స్థానాలను కలిగి ఉంటాయి. [6] లారెన్షియం గురించి చాలా తక్కువగా తెలుసు, కానీ లెక్కల ప్రకారం ఇది సాంద్రత పెరుగుతూ, తేలికైన కన్జెనర్‌ల ధోరణిని కొనసాగిస్తుంది. [7] [8]

స్కాండియం, యట్రియం, లుటీషియంలు అన్నీ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద షట్కోణ క్లోజ్-ప్యాక్డ్ స్ట్రక్చర్‌లో స్ఫటికీకరిస్తాయి, [9] లారెన్షియం కూడా అలాగే ఉంటుందని భావిస్తున్నారు. [10] గ్రూపులోని స్థిరమైన మూలకాలు అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఈ స్ఫటిక నిర్మాణాన్ని మార్చుకుంటాయి. చాలా లోహాలతో పోల్చితే, లోహ బంధం కోసం తక్కువ సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్లు అందుబాటులో ఉన్నందున అవి ఉష్ణానికి విద్యుత్తుకూ మంచి వాహకాలు కావు. [9]

గ్రూపు 3 మూలకాల లక్షణాలు [11]
పేరు Sc,స్కాండియం Y, యట్రియం Lu, లుటీషియం Lr, లారెన్షియం
ద్రవీభవన స్థానం [12] 1814 K, 1541 °C 1799 K, 1526 °C 1925 K, 1652 °C 1900 K, 1627 °C
మరిగే స్థానం [6] 3109 K, 2836 °C 3609 K, 3336 °C 3675 K, 3402 °C ?
సాంద్రత 2.99 g·cm −3 [13] 4.47 g·cm −3 [14] 9.84 g·cm −3 ? 14.4 g·cm −3
స్వరూపం వెండి లోహ వెండి తెలుపు వెండి బూడిద ?
పరమాణు వ్యాసార్థం [5] 162 pm 180 pm సాయంత్రం 174 ?

లభ్యత[మార్చు]

స్కాండియం, యట్రియం, లుటీషియం భూమి పై పెంకు లోని ఇతర లాంతనైడ్‌లతో (స్వల్ప-కాలిక ప్రోమెథియం మినహా) కలిసి ఏర్పడతాయి. వాటి ఖనిజాల నుండి తీయడం చాలా కష్టం. గ్రూపు 3 లో భూమి పై పెంకులో మూలకాల సమృద్ధి చాలా తక్కువగా ఉంది-గ్రూపులోని మూలకాలన్నీ సాధారణంగా లభించేవి కావు. దాదాపు 30 పార్ట్స్ పర్ మిలియన్ (ppm) ఉండే యిట్రియం అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే మూలకం.  స్కాండియం సమృద్ధి 16 ppm, లుటెటియం 0.5 ppm. పోలిక కోసం చూస్తే రాగి సమృద్ధి 50 ppm, క్రోమియం 160 ppm, మాలిబ్డినం 1.5 ppm ఉంటాయి. [15]

స్కాండియం చాలా తక్కువగా పంపిణీ అయి ఉంది. అనేక ఖనిజాలలో ట్రేస్ మొత్తాలలో సంభవిస్తుంది. [16] స్కాండినేవియా [17] మడగాస్కర్ [18] లలోలభించే అరుదైన ఖనిజాలైన గాడోలినైట్, యూక్సెనైట్, థోర్‌వెయిటైట్ మాత్రమే ఈ మూలకం యొక్క సాంద్రీకృత వనరులు. రెండవది స్కాండియం(III) ఆక్సైడ్ రూపంలో 45% వరకు స్కాండియం ఉంటుంది. [17] యిట్రియం సంభవించే ప్రదేశాలలో కూడా అదే ధోరణి ఉంది; అమెరికన్ అపోలో ప్రాజెక్టులో సేకరించిన చంద్ర శిల నమూనాలలో కూడా ఇది సాపేక్షంగా అధిక మొత్తంలో కనిపించింది. [19]

Piece of a yellow-gray rock
మోనాజైట్, అత్యంత ముఖ్యమైన లుటీషియం ఖనిజం

వాణిజ్యపరంగా లాభదాయకమైన లుటీషియం ఖనిజం అరుదైన-భూ ఖనిజమైన మోనాజైట్, (Ce,La, etc.) PO4. ఇందులో ఈ మూలకం 0.003% ఉంది. ప్రధాన మైనింగ్ ప్రాంతాలు చైనా, యునైటెడ్ స్టేట్స్, బ్రెజిల్, ఇండియా, శ్రీలంక, ఆస్ట్రేలియా. ప్యూర్ లుటీషియం లోహం అత్యంత ఖరీదైన అరుదైన-భూ లోహాలలో ఒకటి. దీని ధర సుమారుగా కిలోగ్రాము US$10,000 ఉంటుంది. అంటే బంగారం ధరలో నాలుగో వంతు. [20] [21]

మూలకాలు[మార్చు]

  1. Jensen, W. B. (2015). "Some Comments on the Position of Lawrencium in the Periodic Table" (PDF). Archived from the original (PDF) on 23 December 2015. Retrieved 20 September 2015.
  2. 2.0 2.1 2.2 Greenwood and Earnshaw, pp. 964–5
  3. (2002). "镧系元素 4f 轨道在成键中的作用的理论研究".
  4. (2013). "On structure and bonding of lanthanoid trifluorides LnF3 (Ln = La to Lu)".
  5. 5.0 5.1 Dean, John A. (1999). Lange's handbook of chemistry (Fifteenth ed.). McGraw-Hill, Inc. pp. 589–592. ISBN 0-07-016190-9.
  6. 6.0 6.1 Barbalace, Kenneth. "Periodic Table of Elements Sorted by Boiling Point". Environmental Chemistry.com. Retrieved 2011-05-18.[permanent dead link]
  7. Fournier, Jean-Marc. "Bonding and the electronic structure of the actinide metals".
  8. Penneman, R. A.. "'Calculation chemistry' of the superheavy elements; comparison with elements of the 7th period".
  9. 9.0 9.1 Greenwood and Earnshaw, pp. 946–8
  10. . "First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals".
  11. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 2003. 
  12. Barbalace, Kenneth. "Periodic Table of Elements Sorted by Melting Point". Environmental Chemistry.com. Retrieved 2011-05-18.[permanent dead link]
  13. Barbalace, Kenneth. "Scandium". Chemical Book. Retrieved 2011-05-18.
  14. Barbalace, Kenneth. "Yttrium". Chemical Book. Retrieved 2011-05-18.
  15. Barbalace, Kenneth. "Periodic Table of Elements". Environmental Chemistry.com. Retrieved 2007-04-14.[permanent dead link]
  16. Bernhard, F. (2001). "Scandium mineralization associated with hydrothermal lazurite-quartz veins in the Lower Austroalpie Grobgneis complex, East Alps, Austria". Mineral Deposits in the Beginning of the 21st Century. Lisse: Balkema. ISBN 90-265-1846-3. 
  17. 17.0 17.1 Kristiansen, Roy. "Scandium – Mineraler I Norge".
  18. von Knorring, O.. "Mineralized pegmatites in Africa".
  19. Stwertka, Albert (1998). "Yttrium". Guide to the Elements. Oxford University Press. ISBN 0-19-508083-1. 
  20. Hedrick, James B. "Rare-Earth Metals" (PDF). USGS. Retrieved 2009-06-06.
  21. Castor, Stephen B.; Hedrick, James B. "Rare Earth Elements" (PDF). Retrieved 2009-06-06.