Element der Gruppe 3 – Wikipedia

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Für die andere früher genannte Gruppe Gruppe III (Borgruppe), siehe Element der Gruppe 13.

Gruppe 3 ist eine Gruppe von Elementen im Periodensystem. Diese Gruppe sollte wie andere D-Block-Gruppen vier Elemente enthalten, es ist jedoch nicht vereinbart, welche Elemente zur Gruppe gehören. Scandium (Sc) und Yttrium (Y) sind immer enthalten; Die Räume unter Yttrium werden entweder von Lanthan (La) und Actinium (Ac) oder von Lutetium (Lu) und Lawrencium (Lr) besetzt, wobei die erstere Option häufiger ist. Weniger häufig wird davon ausgegangen, dass die Gruppe auf 32 Elemente erweitert werden sollte (einschließlich aller Lanthaniden und Actiniden) oder gegabelt werden sollte, um sowohl La-Ac als auch Lu-Lr einzuschließen. Wenn verstanden wird, dass die Gruppe alle Lanthaniden enthält, subsumiert sie die Seltenerdmetalle. Yttrium und seltener Scandium werden manchmal auch als Seltenerdmetalle gezählt.

Drei Elemente der Gruppe 3 kommen natürlich vor: Scandium, Yttrium und entweder Lanthan oder Lutetium. Lanthan setzt den Trend fort, den zwei leichtere Mitglieder im allgemeinen chemischen Verhalten begonnen haben, während sich Lutetium Yttrium ähnlicher verhält. Während die Wahl von Lutetium dem Trend entspricht, dass sich Übergangsmetalle der Periode 6 ihren Nachbarn im oberen Periodensystem ähnlicher verhalten, entspricht die Wahl von Lanthan den Trends im S-Block, den die Elemente der Gruppe 3 darstellen chemisch etwas ähnlich (wie die Lanthaniden und Actiniden im Allgemeinen sowie die schweren Elemente der Gruppen 4 und 5). Sie alle sind unter Standardbedingungen silberweiße Metalle. Das vierte Element, entweder Actinium oder Lawrencium, enthält nur radioaktive Isotope. Actinium, das nur in Spuren vorkommt, setzt den Trend im chemischen Verhalten von Metallen fort, die tripositive Ionen mit einer Edelgaskonfiguration bilden. synthetisches Lawrencium wird berechnet und teilweise als Lutetium und Yttrium ähnlicher gezeigt. Bisher wurden keine Experimente durchgeführt, um ein Element zu synthetisieren, das das nächste Element der Gruppe 3 sein könnte. Unbiunium (Ubu), das als Element der Gruppe 3 angesehen werden könnte, wenn Lanthan und Actinium vorausgehen, könnte in naher Zukunft synthetisiert werden, da es nur drei Räume vom derzeit schwersten bekannten Element, Oganesson, entfernt ist.

Geschichte[edit]

1787 fand der schwedische Teilzeitchemiker Carl Axel Arrhenius in der Nähe des schwedischen Dorfes Ytterby in Schweden (Teil des Stockholmer Archipels) einen schweren schwarzen Felsen.[1] In der Annahme, dass es sich um ein unbekanntes Mineral handelt, das das neu entdeckte Element Wolfram enthält,[2] er nannte es ytterbite.[n 1] Der finnische Wissenschaftler Johan Gadolin identifizierte 1789 ein neues Oxid oder eine neue “Erde” in Arrhenius ‘Probe und veröffentlichte 1794 seine vollständige Analyse.[3] 1797 wurde das neue Oxid benannt Yttria.[4] In den Jahrzehnten, nachdem der französische Wissenschaftler Antoine Lavoisier die erste moderne Definition chemischer Elemente entwickelt hatte, glaubte man, dass Erden auf ihre Elemente reduziert werden könnten, was bedeutet, dass die Entdeckung einer neuen Erde der Entdeckung des darin enthaltenen Elements entspricht Fall wäre gewesen Yttrium.[n 2] Bis in die frühen 1920er Jahre wurde das chemische Symbol “Yt” für das Element verwendet, wonach “Y” allgemein verwendet wurde.[5] Yttriummetall wurde erstmals 1828 isoliert, als Friedrich Wöhler wasserfreies Yttrium (III) -chlorid mit Kalium erhitzte, um metallisches Yttrium und Kaliumchlorid zu bilden.[6][7]

1869 veröffentlichte der russische Chemiker Dmitri Mendeleev sein Periodensystem, das leere Räume für Elemente direkt über und unter Yttrium enthielt.[8] Mendeleev machte mehrere Vorhersagen über den oberen Nachbarn von Yttrium, die er nannte Eka-Bor. Der schwedische Chemiker Lars Fredrik Nilson und sein Team entdeckten das fehlende Element in den Mineralien Euxenit und Gadolinit und stellten 2 g hochreines Scandium (III) -oxid her.[9][10] Er nannte es Scandium aus dem Lateinischen Scandia Bedeutung “Skandinavien”. Chemische Experimente an dem Element zeigten, dass Mendeleevs Vorschläge richtig waren; Zusammen mit der Entdeckung und Charakterisierung von Gallium und Germanium bewies dies die Richtigkeit des gesamten Periodensystems und des Periodengesetzes. Nilson war sich Mendeleevs Vorhersage anscheinend nicht bewusst, aber Per Teodor Cleve erkannte die Korrespondenz und benachrichtigte Mendeleev.[11] Metallisches Scandium wurde erstmals 1937 durch Elektrolyse eines eutektischen Gemisches aus Kalium-, Lithium- und Scandiumchloriden bei 700–800 ° C hergestellt.[12]

1751 entdeckte der schwedische Mineralogist Axel Fredrik Cronstedt ein schweres Mineral aus der Mine in Bastnäs, später Cerit genannt. Dreißig Jahre später schickte der fünfzehnjährige Vilhelm Hisinger aus der Familie, der die Mine gehört, eine Probe davon an Carl Scheele, der darin keine neuen Elemente fand. 1803, nachdem Hisinger Eisenmeister geworden war, kehrte er mit Jöns Jacob Berzelius zum Mineral zurück und isolierte ein neues Oxid, das sie benannten Ceroxid nach dem Zwergplaneten Ceres, der zwei Jahre zuvor entdeckt worden war.[13] Ceria wurde gleichzeitig von Martin Heinrich Klaproth unabhängig in Deutschland isoliert.[14] Zwischen 1839 und 1843 wurde Ceroxid vom schwedischen Chirurgen und Chemiker Carl Gustaf Mosander, der im selben Haus wie Berzelius lebte, als eine Mischung von Oxiden gezeigt: Er trennte zwei andere Oxide, die er nannte Lanthana und Didymie.[15] Er zersetzte eine Cer-Nitrat-Probe teilweise, indem er sie an der Luft röstete und dann das resultierende Oxid mit verdünnter Salpetersäure behandelte.[16] Da sich die Eigenschaften von Lanthan nur geringfügig von denen von Cer unterschieden und zusammen mit ihm in seinen Salzen auftraten, benannte er es aus dem Altgriechischen λανθάνειν [lanthanein] (zündete. versteckt liegen).[14] Relativ reines Lanthanmetall wurde erstmals 1923 isoliert.[17]

Lutetium wurde 1907 von dem französischen Wissenschaftler Georges Urbain unabhängig entdeckt.[18] Der österreichische Mineralogist Baron Carl Auer von Welsbach und der amerikanische Chemiker Charles James[19] als Verunreinigung im Mineral Ytterbia, von dem die meisten Chemiker glaubten, dass es vollständig aus Ytterbium besteht. Welsbach schlug die Namen vor Cassiopeium für Element 71 (nach dem Sternbild Cassiopeia) und Aldebaranium (nach dem Stern Aldebaran) für den neuen Namen Ytterbium, aber diese Namensvorschläge wurden abgelehnt, obwohl viele deutsche Wissenschaftler in den 1950er Jahren das Element 71 Cassiopeium nannten. Urbain wählte die Namen Neoytterbium (Lateinisch für “neues Ytterbium”) für Ytterbium und Lutecium (aus dem lateinischen Lutetia für Paris) für das neue Element. Der Streit um die Priorität der Entdeckung ist in zwei Artikeln dokumentiert, in denen Urbain und von Welsbach sich gegenseitig vorwerfen, Ergebnisse zu veröffentlichen, die von der veröffentlichten Forschung des anderen beeinflusst werden.[20][21] Die Kommission für Atommasse, die für die Zuweisung der Namen für die neuen Elemente verantwortlich war, schloss den Streit 1909, indem sie Urbain Vorrang einräumte und seine Namen als offizielle Namen annahm. Ein offensichtliches Problem bei dieser Entscheidung war, dass Urbain eines der vier Mitglieder der Kommission war.[22] Die Trennung von Lutetium von Ytterbium wurde zuerst von Urbain beschrieben und die Namensgebung ging daher an ihn, aber Neoytterbium wurde schließlich auf Ytterbium zurückgesetzt und 1949 wurde die Schreibweise von Element 71 in Lutetium geändert.[23][24] Ironischerweise arbeitete Charles James, der sich bescheiden aus dem Prioritätsstreit herausgehalten hatte, in viel größerem Umfang als die anderen und besaß zu dieser Zeit zweifellos den größten Vorrat an Lutetium.[25]

André-Louis Debierne, ein französischer Chemiker, kündigte 1899 die Entdeckung von Actinium an. Er trennte es von Pechblende-Rückständen, die Marie und Pierre Curie hinterlassen hatten, nachdem sie Radium gewonnen hatten. Im Jahr 1899 beschrieb Debierne die Substanz als titanähnlich[26] und (1900) ähnlich wie Thorium.[27]Friedrich Oskar Giesel entdeckte 1902 selbständig Actinium[28] als eine Substanz, die Lanthan ähnlich ist und 1904 “Emanium” genannt wurde.[29] Nach einem Vergleich der von Debierne ermittelten Stoffhalbwertszeiten[30]Hariett Brooks im Jahr 1904 und Otto Hahn und Otto Sackur im Jahr 1905, Debiernes gewählter Name für das neue Element wurde beibehalten, da es trotz der widersprüchlichen chemischen Eigenschaften, die er zu verschiedenen Zeiten für das Element beanspruchte, Dienstalter hatte.[31][32]

Lawrencium, das einzige synthetische Element in der Gruppe, wurde nach dem amerikanischen Physiker Ernest Lawrence benannt, dem Erfinder des Zyklotron-Atomzerstörers und Begründer des Entdeckungsortes, dem damaligen Lawrence Radiation Laboratory (heute Lawrence Berkeley National Laboratory).

Lawrencium wurde erstmals am 14. Februar 1961 von Albert Ghiorso und seinem Team im Lawrence Radiation Laboratory (heute Lawrence Berkeley National Laboratory) an der University of California in Berkeley, Kalifornien, USA, synthetisiert. Die ersten Lawrenciumatome wurden durch Beschuss eines Drei-Milligramm-Targets, das aus drei Isotopen des Elements California besteht, mit Bor-10- und Bor-11-Kernen des Heavy Ion Linear Accelerator (HILAC) hergestellt.[33] Das Nuklid 257103 wurde ursprünglich gemeldet, aber dann wurde dies neu zugewiesen 258103. Das Team der University of California schlug den Namen vor Lawrencium (nach Ernest O. Lawrence, dem Erfinder des Zyklotron-Teilchenbeschleunigers) und dem Symbol “Lw”,[33] für das neue Element, aber “Lw” wurde nicht übernommen, und “Lr” wurde stattdessen offiziell akzeptiert. Kernphysikforscher in Dubna, Sowjetunion (jetzt Russland), berichteten 1967, dass sie die Daten amerikanischer Wissenschaftler nicht bestätigen konnten 257103.[34] Zwei Jahre zuvor berichtete das Dubna-Team 256103.[35] 1992 erkannte die IUPAC Transfermium Working Group das Element 103 offiziell an, bestätigte seine Benennung als Lawrencium mit dem Symbol “Lr” und ernannte die Kernphysik-Teams in Dubna und Berkeley zu den Mitentdeckern von Lawrencium.[36]

Wenn Lutetium und Lawrencium als Elemente der Gruppe 3 betrachtet werden, würde eine Extrapolation aus dem Aufbau-Prinzip vorhersagen, dass das nächste Element in der Gruppe Element 153 sein sollte, Unpenttrium (Upt). Nach dem Prinzip sollte Unpenttrium eine elektronische Konfiguration von haben [Og]8s25g186f147d1[n 3] und das Füllen der 5g-Unterschale sollte bei Element 138 gestoppt werden. Es wird jedoch vorausgesagt, dass Elemente über 120 nach dem Aufbau-Prinzip aufhören: Die 7d-Orbitale werden so berechnet, dass sie auf Element 137 gefüllt werden, während die 5g-Unterschale nur bei Element schließt 144, nach Das Füllen der 7d-Unterschale beginnt. Daher ist es schwierig zu berechnen, welches Element das nächste Element der Gruppe 3 sein soll.[37] Berechnungen legen nahe, dass Unpentpentium (Upp, Element 155) auch das nächste Element der Gruppe 3 sein könnte.[38] wie könnte Unpentseptium (Ups, Element 157).[39] Wenn Lanthan und Actinium als Elemente der Gruppe 3 betrachtet werden, sollte Element 121, Unbiunium (Ubu), das fünfte Element der Gruppe 3 sein. Das Element hat eine elektronische Konfiguration von [Og]8s28p1/21mit einem anomalen p-Elektron ähnlich dem von Lawrencium.[37] Die Synthese von Unbiunium wurde 1977 erfolglos versucht,[40] Die Nähe zu bekannten Elementen und Fortschritte in der Beschleunigertechnologie könnten jedoch in naher Zukunft die Schaffung ermöglichen.[41][42] Es wurden keine weiteren Syntheseversuche durchgeführt.

Eigenschaften[edit]

Chemisch[edit]

Elektronenkonfigurationen der Elemente der Gruppe 3
Z. Element Elektronenkonfiguration
21 Scandium 2, 8, 9, 2
39 Yttrium 2, 8, 18, 9, 2
57 Lanthan 2, 8, 18, 18, 9, 2
71 Lutetium 2, 8, 18, 32, 9, 2
89 Aktinium 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
103 Lawrencium 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3

Wie andere Gruppen zeigen die Mitglieder dieser Familie Muster in ihren Elektronenkonfigurationen, insbesondere in den äußersten Schalen, was zu Trends im chemischen Verhalten führt. Lawrencium ist jedoch eine Ausnahme, da sein letztes Elektron auf das 7p übertragen wird1/2 Unterschale aufgrund relativistischer Effekte.[43][44]

Der größte Teil der Chemie wurde nur für die ersten drei Mitglieder der Gruppe beobachtet; Die chemischen Eigenschaften von Actinium und insbesondere Lawrencium sind nicht gut charakterisiert. Die übrigen Elemente der Gruppe (Scandium, Yttrium, Lutetium) sind reaktive Metalle mit hohen Schmelzpunkten (1541 ° C, 1526 ° C bzw. 1652 ° C). Sie werden normalerweise zur Oxidationsstufe +3 oxidiert, obwohl Scandium,[45] Yttrium[46][47] und Lanthan[17] kann niedrigere Oxidationsstufen bilden. Die Reaktivität der Elemente, insbesondere von Yttrium, ist aufgrund der Bildung einer stabilen Oxidschicht, die weitere Reaktionen verhindert, nicht immer offensichtlich. Scandium (III) oxid, Yttrium (III) oxid, Lanthan (III) oxid und Lutetium (III) oxid sind weiße hochtemperaturschmelzende Feststoffe. Yttrium (III) -oxid und Lutetium (III) -oxid weisen einen schwachen basischen Charakter auf, Scandium (III) -oxid ist jedoch amphoter.[48] Lanthan (III) oxid ist stark basisch.[citation needed]

Körperlich[edit]

Elemente, die tripositive Ionen mit elektronischer Konfiguration eines Edelgases (Scandium, Yttrium, Lanthan, Actinium) zeigen, zeigen einen deutlichen linearen Trend in ihren physikalischen Eigenschaften wie der Härte. Wenn Gruppe 3 mit Lutetium und Lawrencium fortgesetzt wird, folgen die Trends stattdessen denen der anderen D-Block-Gruppen und spiegeln die Hinzufügung einer gefüllten F-Schale zum Kern wider. Zum Beispiel sind Scandium und Yttrium beide weiche Metalle. Lanthan ist auch weich; Alle diese Elemente haben ihre äußersten Elektronen im Vergleich zu den Kernladungen ziemlich weit vom Kern entfernt. Aufgrund der Lanthanoidkontraktion hat Lutetium, das letzte in der Lanthanidreihe, einen signifikant kleineren Atomradius und eine höhere Kernladung.[49] Dies erschwert die Extraktion der Elektronen aus dem Atom zur Bildung einer Metallbindung und erschwert somit das Metall. Lutetium passt jedoch in mehreren anderen Eigenschaften, wie dem Schmelzen, besser zu den vorherigen Elementen[50] und Siedepunkte.[51] Über Lawrencium ist sehr wenig bekannt, und keine seiner physikalischen Eigenschaften wurde bestätigt.[52][53]

Eigenschaften der Elemente der Gruppe 3[54]
Name Scandium Yttrium Lanthan Lutetium Aktinium Lawrencium
Schmelzpunkt[50] 1814 K, 1541 ° C. 1799 K, 1526 ° C. 1193 K, 920 ° C. 1925 K, 1652 ° C. 1323 K, 1050 ° C. ? 1900 K ,? 1627 ° C.
Siedepunkt[51] 3109 K, 2836 ° C. 3609 K, 3336 ° C. 3737 K, 3464 ° C. 3675 K, 3402 ° C. 3471 K, 3198 ° C. ?
Dichte 2,99 g · cm−3[55] 4,47 g · cm−3[56] 6,162 g · cm−3 9,84 g · cm−3 10 g · cm−3 ? 16 g · cm−3
Aussehen Silber metallic Silber Weiss grau Silber grau silbrig ?
Atomradius[49] 162 Uhr 180 Uhr 187 Uhr 174 Uhr 215 Uhr ?

Zusammensetzung der Gruppe 3[edit]

Obwohl Scandium und Yttrium immer die ersten beiden Elemente in Gruppe 3 sind, ist die Identität der nächsten beiden Elemente nicht vollständig geklärt. Sie sind üblicherweise Lanthan und Actinium und seltener Lutetium und Lawrencium. Die beiden Varianten stammen aus historischen Schwierigkeiten bei der Platzierung der Lanthaniden im Periodensystem und aus Argumenten, wo die f Blockelemente beginnen und enden.[57]

Die Ablösung der Lanthaniden vom Hauptteil des Periodensystems wurde dem tschechischen Chemiker Bohuslav Brauner zugeschrieben, der 1902 alle (“Ce usw.”) einer Position in Gruppe 4 unterhalb von Zirkonium zuordnete. Diese Anordnung wurde als “Asteroidenhypothese” bezeichnet, analog zu Asteroiden, die eine einzige Umlaufbahn im Sonnensystem einnehmen. Vor dieser Zeit wurden die Lanthaniden im Allgemeinen (und erfolglos) in den Gruppen I bis VIII der älteren 8-Säulen-Form des Periodensystems platziert. Obwohl Vorgänger von Brauners Arrangement von 1902 bereits 1895 aufgezeichnet wurden, ist bekannt, dass er in einem Brief an Mendeleev von 1881 auf die “Chemie der Asteroiden” Bezug genommen hat. Andere Autoren ordneten alle Lanthaniden entweder der Gruppe 3, den Gruppen 3 und 4 oder den Gruppen 2, 3 und 4 zu. 1922 setzte Niels Bohr den Ablösungsprozess fort, indem er die Lanthaniden zwischen den s- und d-Blöcken lokalisierte. 1949 führte Glenn T. Seaborg (heute) die heute beliebte Form des Periodensystems ein, in der die Lanthaniden und Actiniden als Fußnoten erscheinen. Seaborg veröffentlichte seine Tabelle erstmals in einem geheimen Bericht von 1944. Er wurde 1945 von ihm erneut veröffentlicht Chemie- und Ingenieurnachrichten, und in den Jahren bis 1949 äußerten sich mehrere Autoren zu Seaborgs Vorschlag und stimmten ihm im Allgemeinen zu. In diesem Jahr stellte er fest, dass die beste Methode zur Präsentation der Aktiniden darin zu bestehen schien, sie unter und als Analoga der Lanthaniden zu positionieren.[58]

Es wurde behauptet, dass solche Argumente beweisen, dass “es ein Fehler ist, das zu brechen [periodic] System in scharf abgegrenzte Blöcke “.[59] Eine dritte übliche Variante zeigt, dass die beiden Positionen unter Yttrium von den Lanthaniden und den Actiniden besetzt sind. Eine vierte Variante zeigt die Aufteilung der Gruppe 3 nach Sc-Y in einen La-Ac-Zweig und einen Lu-Lr-Zweig.[60]

Vor der Entdeckung von Lutetium im Jahr 1892 betrachtete Henry Bassett Lanthan als nicht zur selben Gruppe wie Scandium und Yttrium gehörend.[61] 1905 tat Alfred Werner dasselbe.[62] Seit 1921 werden chemische und physikalische Argumente zur Unterstützung von Lutetium und Lawrencium vorgebracht[63][64] Aber die Mehrheit der Autoren scheint von ihnen entweder nicht überzeugt zu sein oder sie nicht zu kennen.[65][66] Die meisten arbeitenden Chemiker wissen nicht, dass es Kontroversen gibt.[66] Im Dezember 2015 wurde ein IUPAC-Projekt eingerichtet, um eine Empfehlung zu diesem Thema abzugeben, wobei nur Yttrium über Lanthan oder Yttrium über Lutetium als Möglichkeiten in Betracht gezogen wurden.[67]

Lanthan und Actinium[edit]

La und Ac unter Y.

Lanthan und Actinium werden üblicherweise als die verbleibenden Mitglieder der Gruppe 3 dargestellt.[68][n 4] Es wurde vermutet, dass dieses Layout in den 1940er Jahren entstand, wobei das Auftreten von Periodensystemen auf den Elektronenkonfigurationen der Elemente im Grundzustand und dem Begriff des differenzierenden Elektrons beruhte. Die Grundzustandskonfigurationen von Cäsium, Barium und Lanthan sind [Xe]6s1, [Xe]6s2 und [Xe]5d16s2. Lanthan tritt somit mit einem 5d-Differenzierungselektronen auf und wurde aus diesen Gründen als “in Gruppe 3 als erstes Mitglied des d-Blocks für Periode 6” angesehen.[69] Ein oberflächlich konsistenter Satz von Elektronenkonfigurationen ist dann in Gruppe 3 zu sehen: Scandium [Ar]3d14s2Yttrium [Kr]4d15s2 und Lanthan [Xe]5d16s2. Noch in Periode 6 wurde Ytterbium eine Elektronenkonfiguration von zugewiesen [Xe]4f135d16s2 und Lutetium [Xe]4f145d16s2, “was zu einem 4f-differenzierenden Elektron für Lutetium führt und es fest als letztes Mitglied des f-Blocks für Periode 6 etabliert”.[69] Spätere spektroskopische Arbeiten ergaben, dass die Elektronenkonfiguration von Ytterbium tatsächlich war [Xe]4f146s2. Dies bedeutete, dass Ytterbium und Lutetium – letzteres mit [Xe]4f145d16s2– beide hatten 14 f-Elektronen, “was zu einem d- statt zu einem f-differenzierenden Elektron führte” für Lutetium und machten es zu einem “gleichwertigen Kandidaten” mit [Xe]5d16s2 Lanthan für die Periodensystemposition der Gruppe 3 unter Yttrium.[69] Lanthan hat den Vorteil der Amtszeit seit dem 5d1 Das Elektron tritt zum ersten Mal in seiner Struktur auf, während es zum dritten Mal in Lutetium auftritt, nachdem es auch in Gadolinium kurz zum zweiten Mal aufgetreten ist.[70]

Grundzustands-Gasphasenkonfigurationen berücksichtigen nur isolierte Atome im Gegensatz zu Bindungsatomen in Verbindungen (wobei letztere für die Chemie relevanter sind), die häufig unterschiedliche Konfigurationen aufweisen.[71] Darüber hinaus sind die niedrigsten Niveaus von zwei verschiedenen Konfigurationen oft durch sehr kleine Energien im Vergleich zur Ausbreitung von getrennt J.-Ebenen jeder Konfiguration (zB Terbium, wo die 285 cm−1 Unterschied zwischen [Xe]4f85d16s2 und der Grundzustand [Xe]4f95s2 ist viel weniger als 1% dieser Ausbreitung), was die Grundzustandskonfiguration chemisch irrelevant macht.[72] Es ist die dominante Elektronenkonfiguration von Atomen in chemischen Umgebungen und nicht von freien gasförmigen Atomen in einem Vakuum, die das qualitative chemische Verhalten rationalisieren kann.[73]

Die Form mit Lanthan unter Yttrium führt auch zu einer Inkonsistenz bei der Behandlung von Thorium, das im Grundzustand (Sein) keine f-Elektronen aufweist [Rn]6d27s2), ähnlich wie Actinium als [Rn]6d17s2;; dennoch platziert es Thorium im f-Block, aber nicht Actinium.[74] Betrachtet man nur Gasphasenkonfigurationen im Grundzustand, Thorium [Rn]6d27s2 an sich ist ein ebenso gutes Homolog zu Zirkonium [Kr]4d25s2 als Lanthan [Xe]5d16s2 ist zu scandium [Ar]3d14s2;;[72] Dennoch wird Thorium immer im f-Block platziert. Thorium zeigt somit, dass der Besitz eines f-Elektrons in der Gasphasenkonfiguration eines Elements im Grundzustand nicht erforderlich ist, damit es zum f-Block gehört.[75] Darüber hinaus erfordert dieses Formular einen geteilten D-Block, wenn es zu einem Periodensystem mit 32 Spalten erweitert wird.[75] Es gibt jedoch keine Grundlage, um Regelmäßigkeit oder Symmetrie über das Fehlen eines geteilten d-Blocks als Grundvoraussetzung zu betrachten.[76][n 5]

In Bezug auf das chemische Verhalten,[77] und Trends in Gruppe 3 (wenn Sc-Y-La gewählt wird) für Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Elektronegativität und Ionenradius;[78][79] Scandium, Yttrium, Lanthan und Actinium ähneln ihren Gegenstücken der Gruppe 1–2, unterscheiden sich jedoch von den anderen Gruppen im frühen D-Block. In dieser Variante ist die Anzahl der f Elektronen in den häufigsten (dreiwertigen) Ionen der f-Block-Elemente stimmen konsistent mit ihrer Position im f-Block überein.[80] Beispielsweise sind die f-Elektronenzahlen für die dreiwertigen Ionen der ersten drei f-Block-Elemente Ce 1, Pr 2 und Nd 3.[81]

Eine kürzlich durchgeführte Analyse der Gruppe 3 als Scandium, Yttrium, Lanthan und Actinium ergab, dass eine solche Regelung auf der Grundlage des periodischen Gesetzes unterstützt wurde. vorherrschende differenzierende Elektronen; die unmittelbaren Nachbarn der Gruppe 3; horizontale Triaden; Isodiagonalität; Monokationen von Scandium zu Lanthan und Lutetium; die Natur der Seltenen Erden; die Lanthanid- oder F-Block-Kontraktion; F-Block-Integrität; und die wichtigsten elektronischen Orbitale.[76]

Lutetium und Lawrencium[edit]

Lu und Lr unter Y.

In anderen Tabellen sind Lutetium und Lawrencium die verbleibenden Mitglieder der Gruppe 3.[n 6] Frühe Techniken zur chemischen Trennung von Scandium, Yttrium und Lutetium beruhten auf der Tatsache, dass diese Elemente zusammen in der sogenannten “Yttriumgruppe” auftraten, während La und Ac zusammen in der “Cergruppe” auftraten.[69] Dementsprechend wurde in den 1920er und 30er Jahren von einigen Chemikern eher Lutetium als Lanthan der Gruppe 3 zugeordnet. Das Phänomen verschiedener Trenngruppen wird durch zunehmende Basizität mit zunehmendem Radius verursacht und stellt keinen fundamentalen Grund dar, Lu anstelle von La unterhalb von Y zu zeigen. Somit gehört Mg (weniger basisch) zu den Erdalkalimetallen der Gruppe 2 Die “lösliche Gruppe” und Ca, Sr und Ba (basischer) kommen in der “Ammoniumcarbonatgruppe” vor. Trotzdem werden Mg, Ca, Sr und Ba routinemäßig in Gruppe 2 des Periodensystems zusammengefasst.[82] Ferner kann das Trennungsgruppenverhalten von Yttrium mehrdeutig sein, und Scandium, Yttrium und Lanthan scheinen ein anderes Komplexierungsverhalten als das von Lutetium zu zeigen.
[83][84]

Mehrere Physiker in den 1950er und 1960er Jahren bevorzugten Lutetium angesichts eines Vergleichs mehrerer seiner physikalischen Eigenschaften mit denen von Lanthan.[69] Zu den prominenten Anhängern dieser Form gehörten Lev Landau und Evgeny Lifshitz, die in ihrer Kurs der Theoretischen Physik (1958):[85]

In Büchern der Chemie wird Lutetium normalerweise in die Seltenerdelemente eingebracht. Dies ist jedoch falsch, da die 4f-Schale in Lutetium vollständig ist; es muss daher in die Platingruppe eingeordnet werden [which they considered to be La+Lu–Pt]…

– –Landau und Lifshitz, Kurs der Theoretischen PhysikVol. 3: Quantenmechanik: Nichtrelativistische Theorie (1958)

Diese Anordnung, bei der Lanthan das erste Mitglied des f-Blocks ist, wird von einigen Autoren bestritten, da Lanthan keine f-Elektronen enthält. Es wurde argumentiert, dass dies angesichts anderer Periodensystemanomalien wie Thorium kein berechtigtes Anliegen ist.[86] Die Bindungsenergien der 4f-Niveaus der angeregten Zustände von Lanthan, die ein 4f-Elektron enthalten, zeigen deutlich, dass die 4f-Orbitale von Lanthan nicht wasserstoffhaltig sind. Mit anderen Worten, in Wasserstoff durch Barium sind die 4f-Orbitale weit genug vom Kern entfernt, dass man bei der Analyse den Kern und die verbleibenden Elektronen als Punktladung approximieren kann; Ausgehend von Lanthan ist dies nicht mehr der Fall, wobei Lanthan 4f-Werte aufweist, die denen der folgenden Seltenen Erden ähnlicher sind.[87] Diese tief liegenden leeren f-Orbitale, denen Lutetium fehlt,[74] tragen messbar zur Bindung in einigen Lanthanverbindungen bei, beispielsweise in Lanthan (III) fluorid (LaF)3). Während dieser Beitrag gering ist, ist er für Lanthan größer als für jedes andere Lanthanid, wobei für jedes der analoge LnF berücksichtigt wird3 Verbindung; Inzwischen ist die Lu-F 4f-2p-Bindungsordnung in LuF3 ist weniger als die analoge von IrF3, mit Iridium gut in den 5d Block.[88] Und während die dreiwertigen Lanthaniden Pr3+ durch Yb3+ zeigen charakteristische schmale Banden, deren Positionen fast vollständig unabhängig von den Liganden sind, die folgenden 5d-Elemente (zusammen mit den 3d- und 4d-Elementen) verhalten sich signifikant unterschiedlich; Während beide Arten von Elementen Elektronentransferbanden aufweisen, wird die Ligandenfeldtheorie für diese d-Elemente wichtig.[89] Die Reihenfolge der Beteiligung von 4f an Lanthan ist ähnlich der von 5f an Thorium; das von 4f in Cer ist ähnlich dem von 5f in Uran.[72]

Kristallstrukturen der d-Elemente (~ = verzerrt)
(La dhcp, Ac fcc)
Sc Ti V. Cr Mn Fe Co. Ni Cu Zn
hcp hcp bcc bcc ~ bcc bcc hcp fcc fcc ~ hcp
Y. Zr Nb Mo. Tc Ru Rh Pd Ag CD
hcp hcp bcc bcc hcp hcp fcc fcc fcc ~ hcp
Lu Hf Ta W. Re Os Ir Pt Au Hg
hcp hcp bcc bcc hcp hcp fcc fcc fcc ~ hcp
Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt. Ds Rg Cn
hcp hcp bcc bcc hcp hcp fcc bcc bcc bcc

Es wurde vermutet, dass die Position von Landau und Lifshitz falsch interpretiert wurde und dass sie Lanthan und Lutetium in Gruppe 3 unterstützten, eine Option, die andere Autoren von Zeit zu Zeit vorgestellt haben.[76]

Lanthan hat die dhcp-Kristallstruktur als die stabilste unter Standardbedingungen, und Actinium ist fcc; Während Scandium, Yttrium, Lutetium und Lawrencium (das zuletzt vorhergesagte) die hcp-Kristallstruktur zeigen. Die DHCP-Kristallstruktur ist nur für einige Seltene Erden und Aktiniden im f-Block bekannt und an anderer Stelle im Periodensystem unbekannt.[87] Dies stellt eine Anomalie in der ansonsten völlig regelmäßigen Variation der Kristallstrukturen der nichtmagnetischen Übergangsmetalle mit ihren Valenzen dar (mit Ausnahme der späten 6d-Metalle, die aufgrund starker relativistischer Effekte für diese superschweren Elemente anomal sein sollten).[90][91] und ist ein Zeichen für die Beteiligung der 4f-Band an Lanthan.[90] Stattdessen ist das Druck-Temperatur-Phasendiagramm von Lanthan isomorph zu dem der unumstrittenen 4f-Metalle Praseodym und Neodym.[90] Ohne 4f-Beteiligung wäre zu erwarten, dass Praseodym und Neodym hcp wie Scandium, Yttrium und Lutetium sind, aber sie sind stattdessen dhcp wie Lanthan.[90]

Karl Gschneidner, der in einem Artikel von 1971 die Schmelzpunkte der Lanthaniden analysierte, kam zu dem Schluss, dass wahrscheinlich alle 4f-, 5d-, 6s- und 6p-Elektronen an der Bindung von Lanthanoidmetallen beteiligt waren, mit Ausnahme von Lutetium, bei dem keine 4f-Elektronen gefunden wurden beteiligt.[92] Es wurde gezeigt, dass Lanthan ein 4f-Band-Metall ist (mit etwa 0,17 Elektronen pro Atom in fcc-Lanthan, das unter Standardbedingungen metastabil ist).[93] Während die 4f-Schale keinen Einfluss auf die metallischen Eigenschaften von Lutetium zu haben scheint, wurde sie als Argument verwendet, um Lutetium anstelle von Lanthan in Gruppe 3 einzuteilen.[90] Die 4f-Belegung in festem Lanthan kann einige seiner Eigenschaften erklären, wie z. B. seinen niedrigen Schmelzpunkt (La 920 ° C gegenüber Sc 1541 ° C, Y 1526 ° C, Lu 1652 ° C).[92] niedrige Debye-Temperatur und ungewöhnlich hohe supraleitende Übergangstemperatur bei allen Drücken.[90] Wenn Lanthan als D-Block-Element behandelt wird, stellt es tatsächlich Anomalien in den Trends der supraleitenden Übergangstemperaturen bei einer Vielzahl von Drücken dar, die alle entfernt werden, wenn Lutetium an seine Stelle gesetzt wird.[87][90] Jörg Wittig, der dieses Problem 1973 in Betracht zog, fand es wahrscheinlich, dass diese kleine 4f-Bandenbeteiligung an Lanthan “die Screening-Ladung einer 4f-Streuresonanz darstellt, die tief im Inneren des Lanthanionenkerns geschützt ist”, ähnlich wie bei Cer: Dies stimmt überein mit Gschneidners Modell. Die Schwierigkeit, dies zu beobachten, wäre dann auf die starke d-Resonanz zurückzuführen, die dieser virtuelle gebundene 4f-Zustand ebenfalls aufweist. Dies wird durch die Legierung LaAl bestätigt2, dessen 16% niedrigere Debye-Temperatur und höhere elektronische spezifische Wärmekoeffizienten im Vergleich zu LuAl2 reflektieren “direkt die zusätzliche 4f-Zustandsdichte an der Fermi-Oberfläche”.[90]

Scandium, Yttrium und Lutetium zeigen einen konsistenteren Satz von Elektronenkonfigurationen, die dem globalen Trend im Periodensystem entsprechen: Die 5d-Metalle addieren dann alle ein geschlossenes 4f14 Schale. Zum Beispiel die Verschiebung von Yttrium [Kr]4d15s2 zu Lutetium [Xe]4f145d16s2 genau Parallelen zu Zirkonium [Kr]4d25s2 zu Hafnium [Xe]4f145d26s2.[69] Der Einschluss von Lutetium anstelle von Lanthan homogenisiert auch die 5d-Übergangsreihe: Trends in Bezug auf Atomgröße, Koordinationszahl und relative Häufigkeit von Metall-Sauerstoff-Bindungen zeigen, dass Lutetium dem Verhalten der unumstrittenen 5d-Metalle Hafnium durch Quecksilber näher ist als Lanthan[94] (Die damit verbundenen Trends gelten jedoch unabhängig davon, ob sich Lutetium unter Yttrium oder am Ende des f-Blocks nach Ytterbium befindet.)[76]

Gleiches gilt für die Leitungsbandstrukturen der Elemente: Lutetium hat eine übergangsmetallartige Leitungsbandstruktur, Lanthan jedoch nicht.[95] Trotzdem ist die Bedeutung einer solchen atypischen Struktur nicht klar, da Lanthan immer noch die hohe Zustandsdichte aufweist, die für Übergangsmetalle charakteristisch ist.[96] Und während Lutetium eine Leitungsbandstruktur aufweisen kann, die für Übergangsmetalle wie Hafnium charakteristischer ist, ist dies angesichts der Leitungsbandanomalien an anderer Stelle im Periodensystem nicht besonders bemerkenswert. Beispielsweise zeigen die Leitungsbänder der schweren Alkalimetalle aufgrund des Vorhandenseins leerer d-Banden ein anomales Verhalten, während dies für Li und Na nicht der Fall ist.[97] Die Leitungsbänder der Übergangsmetalle der Gruppe 3–10 sind durch komplexe Wechselwirkungen zwischen s-Elektronen und ihren teilweise gefüllten d-Unterschalen gekennzeichnet, während dies bei den Münzmetallen der Gruppe 11 aufgrund des Vorhandenseins einer gefüllten d-Unterschale nicht der Fall ist, weshalb letztere Metalle aufweisen hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit.[98]

Was Lawrencium betrifft, so wurde seine Atomphasenelektronenkonfiguration im Grundzustand der Gasphase im Jahr 2015 als bestätigt [Rn]5f147s27p1. Eine solche Konfiguration stellt eine weitere Periodensystemanomalie dar, unabhängig davon, ob sich Lawrencium im f-Block oder im d-Block befindet, da die einzig potenziell anwendbare p-Block-Position für Nihonium mit der vorhergesagten Konfiguration von reserviert wurde [Rn]5f146d107s27p1.[99] Es wird jedoch erwartet, dass Lawrencium in der kondensierten Phase und in chemischen Umgebungen die erwartete 6d-Belegung aufweist, und einfache Modellstudien legen nahe, dass es sich wie ein Lanthanoid verhält.[100] insbesondere ein Homolog von Lutetium.

Während sich Scandium, Yttrium und Lutetium (und Lawrencium, soweit seine Chemie bekannt ist) häufig wie dreiwertige Versionen der Metalle der Gruppe 1–2 verhalten, da es sich um harte Kationen der Klasse A handelt, die meist auf die Oxidationsstufe der Gruppe beschränkt sind, sind sie dies nicht Nur Elemente im D-Block oder F-Block, die dies tun.[101][page needed] Die frühen Übergangsmetalle Zirkonium und Hafnium in Gruppe 4 sowie Niob und Tantal in Gruppe 5 zeigen ebenfalls ein solches Verhalten.[101][page needed] ebenso wie das Aktinid Thorium.[102] (Die schweren Elemente der Gruppe 4 und Thorium sind vierwertig; die schweren Elemente der Gruppe 5 sind fünfwertig.)[102][103] Die physikalischen Eigenschaften der Elemente der Gruppe 3 werden durch das Vorhandensein eines Ad-Elektrons beeinflusst, das mehr lokalisierte Bindungen innerhalb der Metalle bildet als die p-Elektronen in den ähnlichen Metallen der Gruppe 13;[104] Genau die gleiche Situation wird beim Vergleich von Gruppe 4 mit Gruppe 14 festgestellt.[105] Die Trends in Gruppe 3 (wenn Sc-Y-Lu gewählt wird) für Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Elektronegativität und Ionenradius ähneln denen, die bei ihren Gegenstücken der Gruppe 4–8 im selben Block zu finden sind, wie von William B. festgestellt. Jensen in einem oft zitierten Artikel von 1982, in dem er sich für diese Platzierung aussprach.[69] In dieser Variante ist die Anzahl der f Elektronen in den gasförmigen Formen der f-Block-Atome stimmen normalerweise mit ihrer Position im f-Block überein. Beispielsweise sind die f-Elektronenzahlen für die ersten fünf f-Block-Elemente La 0, Ce 1, Pr 3, Nd 4 und Pm 5.[69]

Lanthaniden und Actiniden[edit]

Markierungen unter Y.

Einige Autoren positionieren alle dreißig Lanthaniden und Actiniden in den beiden Positionen unterhalb von Yttrium (normalerweise über Fußnotenmarker). Diese Variante, die im Jahr 2005 angegeben ist Rotes Buch die von der IUPAC vereinbarte Version ab 2005 zu sein (es gibt eine Reihe späterer Versionen, und das letzte Update ist vom 1. Dezember 2018),[106][n 7] betont Ähnlichkeiten in der Chemie der 15 Lanthanidenelemente (La-Lu), möglicherweise auf Kosten der Unklarheit darüber, welche Elemente die beiden Positionen der Gruppe 3 unterhalb des Yttriums einnehmen, und einer Breite von 15 Spalten f Block (es können nur 14 Elemente in einer Zeile des sein f Block).[n 8] Diese Ähnlichkeit erstreckt sich jedoch nicht auf die 15 Actinidenelemente (Ac-Lr), die in ihrer Chemie eine viel größere Vielfalt aufweisen.[72] Diese Form reduziert außerdem den f-Block auf einen entarteten Zweig der Gruppe 3 des d-Blocks; Es stammt aus den 1920er Jahren, als angenommen wurde, dass die Lanthaniden ihre f-Elektronen als Kernelektronen haben, was heute als falsch bekannt ist. Es ist auch falsch für die Aktiniden, von denen viele stabile Oxidationsstufen über +3 aufweisen.[108]

La-Ac und Lu-Lr[edit]

Periodensystem mit 32 Spalten und gegabelter Gruppe 3

In dieser Variante teilt sich Gruppe 3 nach Sc-Y in einen La-Ac-Zweig und einen Lu-Lr-Zweig. Diese Anordnung steht im Einklang mit der Hypothese, dass Argumente für Sc-Y-La-Ac oder Sc-Y-Lu-Lr auf der Grundlage chemischer und physikalischer Daten nicht schlüssig sind.[109] Wie bereits erwähnt, stimmen die Trends bei Sc-Y-La-Ac mit den Trends in den Gruppen 1–2 überein[110] Während die Trends von Sc-Y-Lu-Lr besser zu den Trends in den Gruppen 4–10 passen.[69]

Die Aufteilung der Gruppe 3 ist ein Rückfall in die Mendeleev-Acht-Spalten-Form, in der sieben der Hauptgruppen jeweils zwei Untergruppen haben. Seitdem wurden regelmäßig Tabellen mit einer gegabelten Gruppe 3 vorgeschlagen.[n 9]

Auftreten[edit]

Scandium, Yttrium, Lanthan und Lutetium treten in der Regel zusammen mit den anderen Lanthaniden (außer Promethium) in der Erdkruste auf und sind häufig schwerer aus ihren Erzen zu gewinnen. Die Häufigkeit von Elementen in der Erdkruste für Gruppe 3 ist recht gering – alle Elemente in der Gruppe sind ungewöhnlich, wobei Yttrium mit einer Häufigkeit von ungefähr 30 ppm (parts per million) am häufigsten vorkommt. Die Häufigkeit von Scandium beträgt 16 ppm, während die von Lutetium etwa 0,5 ppm beträgt. Die Häufigkeit von Lanthan ist größer und beträgt etwa 35 ppm. Zum Vergleich beträgt die Häufigkeit von Kupfer 50 ppm, die von Chrom 160 ppm und die von Molybdän 1,5 ppm.[111]

Scandium ist spärlich verteilt und kommt in vielen Mineralien in Spuren vor.[112] Seltene Mineralien aus Skandinavien[113] und Madagaskar[114] wie Gadolinit, Euxenit und Thortveitit sind die einzigen bekannten konzentrierten Quellen dieses Elements, wobei letztere bis zu 45% Scandium in Form von Scandium (III) -oxid enthalten.[113] Yttrium hat den gleichen Trend in den Auftrittsorten; Es kommt auch in Mondgesteinsproben vor, die während des amerikanischen Apollo-Projekts in relativ hohem Gehalt gesammelt wurden.[115]

Monazit, das wichtigste Lutetiumerz

Das wichtigste kommerziell lebensfähige Erz von Lutetium ist das Seltenerdphosphatmineral Monazit (Ce, La usw.) PO4, die 0,003% des Elements enthält. Die wichtigsten Bergbaugebiete sind China, USA, Brasilien, Indien, Sri Lanka und Australien. Reines Lutetiummetall ist eines der seltensten und teuersten Seltenerdmetalle mit einem Preis von etwa 10.000 USD / kg oder etwa einem Viertel des Goldpreises. Lanthan ist viel häufiger als die am zweithäufigsten vorkommende Seltene Erde und kann neben Monazit auch wirtschaftlich aus Bastnäsit gewonnen werden.[116][117]

Produktion[edit]

Das am besten verfügbare Element in Gruppe 3 ist Yttrium mit einer jährlichen Produktion von 8.900 Tonnen im Jahr 2010. Yttrium wird hauptsächlich als Oxid von einem einzigen Land, China (99%), hergestellt.[118] Lutetium und Scandium werden ebenfalls meist als Oxide gewonnen, und ihre jährliche Produktion betrug bis 2001 etwa 10 bzw. 2 Tonnen.[119]

Elemente der Gruppe 3 werden nur als Nebenprodukt bei der Extraktion anderer Elemente abgebaut.[120] Die metallischen Elemente sind äußerst selten; Die Produktion von metallischem Yttrium beträgt etwa einige Tonnen, und die von Scandium liegt in der Größenordnung von 10 kg pro Jahr.[120][121] Die Produktion von Lutetium wird nicht berechnet, ist aber sicherlich gering. Die Elemente werden nach Reinigung von anderen Seltenerdmetallen als Oxide isoliert; Die Oxide werden bei Reaktionen mit Flusssäure in Fluoride umgewandelt.[122] Die resultierenden Fluoride werden mit Erdalkalimetallen oder Legierungen der Metalle reduziert; Am häufigsten wird metallisches Kalzium verwendet.[122] Zum Beispiel:

Sc2Ö3 + 3 HF → 2 ScF3 + 3 H.2Ö
2 ScF3 + 3 Ca → 3 CaF2 + 2 Sc

Biologische Chemie[edit]

Elemente der Gruppe 3 sind im Allgemeinen Hartmetalle mit geringer Wasserlöslichkeit und geringer Verfügbarkeit für die Biosphäre. Kein Element der Gruppe 3 hat eine dokumentierte biologische Rolle in lebenden Organismen. Die Radioaktivität der Aktiniden macht sie im Allgemeinen für lebende Zellen hochgiftig und verursacht eine Strahlenvergiftung.

Scandium spielt keine biologische Rolle, kommt aber in lebenden Organismen vor. Sobald ein Mensch erreicht ist, konzentriert sich Scandium in der Leber und ist eine Bedrohung für sie. Einige seiner Verbindungen sind möglicherweise krebserregend, auch wenn Scandium im Allgemeinen nicht toxisch ist.[123] Es ist bekannt, dass Scandium die Nahrungskette erreicht hat, jedoch nur in Spuren; Ein typischer Mensch nimmt weniger als 0,1 Mikrogramm pro Tag auf.[123] Sobald Scandium in die Umwelt freigesetzt wird, reichert es sich allmählich in den Böden an, was zu erhöhten Konzentrationen in Bodenpartikeln, Tieren und Menschen führt. Scandium ist in der Arbeitsumgebung meist gefährlich, da Feuchtigkeit und Gase mit Luft eingeatmet werden können. Dies kann insbesondere bei längerer Exposition zu Lungenembolien führen. Es ist bekannt, dass das Element die Zellmembranen von Wassertieren schädigt und mehrere negative Einflüsse auf die Fortpflanzung und die Funktionen des Nervensystems verursacht.[123]

Yttrium hat keine bekannte biologische Rolle, obwohl es in den meisten, wenn nicht allen Organismen vorkommt und dazu neigt, sich in Leber, Niere, Milz, Lunge und Knochen des Menschen zu konzentrieren.[124] Normalerweise werden im gesamten menschlichen Körper nur 0,5 Milligramm gefunden. Muttermilch enthält 4 ppm.[125] Yttrium kann in essbaren Pflanzen in Konzentrationen zwischen 20 ppm und 100 ppm (Frischgewicht) gefunden werden, wobei Kohl die größte Menge aufweist.[125] Mit bis zu 700 ppm weisen die Samen von Holzpflanzen die höchsten bekannten Konzentrationen auf.[125]

Lutetium spielt ebenfalls keine biologische Rolle, kommt jedoch selbst im höchsten bekannten Organismus, dem Menschen, vor, der sich auf Knochen und in geringerem Maße auf Leber und Nieren konzentriert.[126] Es ist bekannt, dass Lutetiumsalze den Stoffwechsel verursachen und zusammen mit anderen Lanthanoidsalzen in der Natur auftreten. Das Element ist im menschlichen Körper von allen Lanthaniden am wenigsten vorhanden.[126] Die menschliche Ernährung wurde nicht auf den Lutetiumgehalt überwacht, daher ist nicht bekannt, wie viel der durchschnittliche Mensch zu sich nimmt. Schätzungen zufolge beträgt die Menge jedoch nur etwa einige Mikrogramm pro Jahr, die alle aus winzigen Mengen stammen, die von Pflanzen aufgenommen wurden. Lösliche Lutetiumsalze sind leicht toxisch, unlösliche jedoch nicht.[126] Lanthan ist für den Menschen nicht essentiell und weist eine geringe bis mäßige Toxizität auf. Es ist jedoch für das methanotrophe Bakterium essentiell Methylacidiphilum fumariolicum SolV, obwohl die allgemeine Ähnlichkeit der Seltenen Erden bedeutet, dass es durch einige der anderen frühen Lanthaniden ohne negative Auswirkungen ersetzt werden kann.[127]

Die hohe Radioaktivität von Lawrencium würde es für lebende Zellen hochgiftig machen und eine Strahlenvergiftung verursachen. Gleiches gilt für Actinium.

  1. ^ Ytterbite wurde nach dem Dorf benannt, in dessen Nähe es entdeckt wurde, und das -ite-Ende zeigt an, dass es sich um ein Mineral handelt.
  2. ^ Erden wurde ein -a-Ende gegeben und neuen Elementen wird normalerweise ein -ium-Ende gegeben.
  3. ^ Unpenttrium sollte nach Berechnungen eine elektronische Konfiguration von haben [Og]8s25g186f117d28p1/22.[37]
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  7. ^ Ungeachtet dessen schrieb ein IUPAC-Mitglied später: “IUPAC hat keine bestimmte Form des Periodensystems genehmigt, und ein von IUPAC genehmigtes Formular existiert nicht, obwohl selbst Mitglieder von IUPAC selbst Diagramme mit dem Titel” IUPAC-Periodensystem der Elemente “veröffentlicht haben. . Die einzige spezifische Empfehlung, die IUPAC zum Periodensystem abgegeben hat, betrifft jedoch die Gruppennummerierung von 1 bis 18. “[107]
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