3族元素(又称钪族元素)是指元素周期表上第3族(ⅢB族)的金属元素,其包含的元素个数依各周期表的定义而定,其元素个数可以为2个(钪、钇)、4个(钪、钇、镧、锕或钪、钇、镏、铹)或32个(钪、钇加上镧系及锕系元素),甚至若包括尚未发现的超锕系元素在内,共有68个(包含第八周期的121Ubu~153Upt及第九周期的171Usu、172Usb与173Ust[注解 1])。其中钪、钇和镧系元素合称为稀土元素,而锕系元素则皆带有放射性,且部分属于人造元素。
定义
由于IUPAC未规定周期表有一个指定的格式,因此有几种不同的周期表,同时也影响了3族元素的成员及个数。不论是依哪一种周期表,以下这两种d区的过渡金属都是列入3族元素中的:
而其他元素的归属就会依照周期表的不同,而分为以下的四种:
- 有些周期表[2]将镧(La)和锕(Ac)(分别为镧系元素及锕系元素的第一个元素)列为3族元素,因为若以这二个元素最常出现的正三价离子来看,这些元素的f轨域没有任何电子,其特性也比较类似d区元素。
- 有些周期表[3]将镏(Lu)和铹(Lr)(分别为镧系元素及锕系元素的最后一个元素)列为3族元素,因为在这二个元素中,f 轨域的电子全满,因此其特性类似镧系元素及锕系元素以外的d区元素。而镏和钪、钇有类似的特性,一般预测铹也会有类似的特性,不过由于其放射性,目前尚无法取得足量的铹进行相关的测试(可参照扩展元素周期表)。
- IUPAC的周期表[4]将所有镧系元素及锕系元素均视为3族元素,因为镧系元素都容易释放电子成为带正电的离子,彼此之间的化学性质接近,也和钪、钇有些类似之处。
- 第四种周期表[5]则是将镧系元素及锕系元素独立列出,不列入3族元素中。其原因是镧系元素f轨域有部分,会有一些钪、钇没有的特性。而锕系元素之间的特性(如氧化态)变化很大,和钪、钇元素比较的意义不大。
主要元素的特性对比
元素名称 |
主要化合价 |
单质沸点(℃) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
钪 | Sc | 0.160 | +3 | 固体 | 2.985 | 1541 | 2830 |
钇 | Y | 0.180 | +3 | 固体 | 4.472 | 1526 | 3336 |
分布
钪、钇和镧系元素(钷除外)常在地壳中一起出现,而丰度也比大部分过渡元素要高,不过不易从其矿石中萃取。锕系元素中则只有钍和铀在地球上有较大量的分布,其余锕系元素不是只有微量或痕量存在,就是完全由人工合成而得。
对生物的影响
3族元素多半为硬度较高的金属,而其在水中溶解度很低,因此在生物体中的含量相当的低。目前尚未发现任何3族元素在生物体中有特殊的作用。镧系元素中的钷和锕系元素由于有放射性,对生物而言是高毒性的物质。
注解
参考资料
- ↑ Walter Greiner and Stefan Schramm, Am. J. Phys. 76, 509 (2008), and references therein.
- ↑ Periodic Table of Elements. Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division. [2009-07-17].
- ↑ Home of the periodic table. The University of Sheffield and WebElements Ltd, UK. [2009-07-17].
- ↑ Periodic Table of the Elements. IUPAC. [2009-07-17].
- ↑ Periodic Table – Royal Society of Chemistry. www.rsc.org. [2018-04-09] (英语).
参见
左方一族: | 3族元素 第3族(ⅢB) |
右方一族: |
碱土金属 | 4族元素 |