Scandiumgruppe Eigenschaften

Die 3 Gruppe (1. Nebengruppe) im Periodensystem der chemischen Elemente




Die Scandiumgruppe ist die 1. Nebengruppe im Periodensystem der chemischen Elemente. Sie beinhaltet die Elemente Scandium, Yttrium, Lanthan und Actinium.

Die Scandiumgruppe hat eine besonderheit im Periodensystem. Innerhalb dieser Gruppe sind die Elemente Actinium und Lanthan. Nach diesen Elementen wurden die beiden Untergruppe Actinoide und Lanthinoide benannt. Nur die Scandiumgruppe besitzt Untergruppen. Diese beiden Untergruppen werden separat unterhalb des Periodensystems aufgeführt.

Scandiumgruppe

Scandiumgruppe

Was genau ist die Scandiumgruppe?

Die III. Nebengruppe (alte Nomenklatur) oder 3. Gruppe (neue Nomenklatur) des Periodensystems der Elemente, wird auch Scandiumgruppe genannt und beschreibt so zusammenfassend die Elemente dieser Gruppe. Sie ist nach dem zu oberst stehendem Element Scandium benannt, dessen Name sich wiederum auf seinen Fund in skandinavischen Mineralien bezieht.




In der Scandiumgruppe finden sich die 4 Elemente Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La) und Actinium (Ac). Sie ähneln in ihren chemischen Eigenschaften zwar sowohl den Erdalkalimetallen der 2. Hauptgruppe als auch den Metallen der 3. Hauptgruppe, sind jedoch elektrochemisch nicht so edel wie Aluminium, dafür aber edler als die Erdalkalimetalle und werden deshalb als Übergangsmetalle bezeichnet. Bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften sind alle Elemente in Reinform silberweiße Metalle, die allesamt äußerst reaktionsfreudig sind und deshalb nicht ohne gewisse Schutzmaßnahmen gelagert werden können. In Pulverform sind einige von ihnen sogar pyrophor, das heißt, sie entzünden sich spontan selbst und sind äußerst brennbar.

Die einzelnen Elemente der Scandiumgruppe

Scandium

Innerhalb der Gruppe ist der Namensgeber Scandium das seltenste Element, da sein natürliches Vorkommen in der Erdkruste äußerst gering und es in Elementarform praktisch nicht zu finden ist.
Am ehesten findet man es in dem Mineral Thortveitit, das auch das Ausgangsmaterial zur Scandiumgewinnung genutzt wird. Die Anwendungsmöglichkeiten von Scandium sind vielseitig, obgleich der kommerzielle Nutzen gering ist im Vergleich zu anderen Mineralen. Unter anderem findet es Verwendung im Bereich der Beleuchtungsmittel- und Lasertechnik, sowie in der Metallindustrie als Legierungszusatz.

Die Entdeckung eines Elementes mit den Eigenschaften von Scandium wurde bereits einige Jahre vor seiner tatsächlichen Entdeckung von D.I. Mendeljew vorausgesagt. Aufgrund seiner Berechnungen zum Periodensystem zog er den Schluss, dass ein solches Element existieren müsste.
In seinem Konzept beschreibt er das unentdeckte Element, das er „Eka-Bor“ nannte, als Entsprechung zu Bor und Aluminium. Diese Annahme wurde später durch den Schweden Lars Fredrik Nilson bestätigt, als dieser im Jahre 1879 das Element Scandium entdeckt und nach seiner Heimat Skandinavien benennt.

Lanthan

Das häufigste Element der Scandiumgruppe ist Lanthan. Wie alle Elemente der III. Nebengruppe zählt es zu den Metallen der seltenen Erden und bildet zusätzlich das erste Element der Lanthanoide. Diese Bezeichnung beschreibt die im Periodensystem auf das Lanthan folgenden 14 Elemente von Cer bis Lutetium, die sich durch ähnliche Eigenschaften auszeichnen und deshalb in einer Gruppe zusammengefasst werden können.
Genau wie Scandium kommt auch Lanthan nicht in Reinform in der Natur vor, man findet es überwiegend in chemischen Verbindungen mit anderen Lanthanoiden vor allem in den Mineralien Monazit und Bastnäsit, aus denen es durch Reduktion mit Calcium
gewonnen wird. Nutzbar ist es unter anderem für die Herstellung von hochwertigen Gläsern und Linsen, da es den Brechungsgrad des Glases erhöht und so vor allem für die Kameratechnik interessant ist. Des Weiteren wird es als Legierungszusatz in der Metallindustrie verwendet, da es durch seine hohe Reaktionsfreudigkeit alle nichtmetallischen Verunreinigungen beseitigt und so die Oxidationsbeständigkeit verbessert. Besonders für die Medizintechnik sind Lanthanlegierungen interessant, da es hier seltener zu allergischen Reaktionen kommt als unter Verwendung anderer Legierungen.

Yttrium

Nach Lanthan ist Yttrium das zweithäufigste Element der Gruppe.
Im Jahre 1794 entdeckte der Chemiker Johan Gadolin in einer Grube bei der schwedischen Stadt Ytterby ein Mineral, das eine ihm unbekannte Verbindung enthielt, die er Yttererde nannte. Die genaue Zusammensetzung dieser Verbindung wurde später durch den Chemiker Carl Gustav Mosander entschlüsselt, der aus ihr drei neue Elemente extrahieren konnte: Terbium, Yttrium und Erbium.
Das von Gadolin entdeckte Mineral Ytterbit ist heute unter dem Namen Gadolinit bekannt.

Genau wie Lanthan kommt auch Yttrium überwiegend in Monazitsanden und Bastnäsit vor, aus denen es aufwändig gewonnen werden muss. Da yttriumhaltige Werkstoffverbindungen schon bei einer relativ geringen Temperatur von -180 °C supraleitende Fähigkeiten entwickeln, wird sich das wirtschaftliche Interesse an Abbau und Verarbeitung von Yttrium in den nächsten Jahren deutlich vergrößern. Bisher findet es aber überwiegend Verwendung in der Produktion von Bildröhren und Leuchtstofflampen, sowie in der Automobilindustrie als Leitermaterial für Zündkerzen.

Actinium

Bei Actinium handelt es sich um ein seltenes Element, das nur durch natürliche radioaktive Zerfallsprozesse entsteht. Durch seine eigene hohe Radioaktivität scheint das weiche und sonst silbrig-weiße Metall in der Dunkelheit leicht bläulich zu leuchten. Ähnlich wie Lanthan die Gruppe der Lanthanoide als erster Stellvertreter anführt, können die auf Actinium folgenden Elemente auch als Actinide zusammengefasst werden.
Wenige Jahre nach seiner Entdeckung im Jahre 1899 durch den französischen Chemiker André Louis Debierne, kam, unabhängig von der vorangegangenen Entdeckung, Friedrich Oskar Giesel in Braunschweig im Rahmen seiner Forschungen zu dem gleichen Schluss.
Er nannte das neuentdeckte Element zunächst Emanium, später einigte man sich allerdings auf Debiernes Namensgebung, da er das Element zuerst entdeckt hatte.
Debierne war es gelungen das Element aus Rückständen von schwarzer Pechblende zu isolieren. Da der Gehalt von Actinium in Pechblende aber sehr gering ist, lohnt sich eine solche Herstellungsmethode wirtschaftlich nur wenig. Stattdessen wird Actinium heute durch Neutronenbeschuss aus Radium künstlich erzeugt. Durch seine Radioaktivität dient es vor allem als Strahlenquelle zur Analyse von Erzen, die mit Neutronen beschossen werden, um die Bildung von Isotopen einzuleiten. Anhand der Halbwertszeit und des Verhaltens der Isotope lassen sich so Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Erzes ziehen.

Elemente der Scandiumgruppe

Scandium

 Name  Scandium
Symbol  Sc
Ordnungszahl  21
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-20-2
Serie  Übergangsmetalle

Das chemische Element Scandium wurde 1879 von Lars Fredrik Nilson entdeckt. Den Namen „Scandium“ verlieh Nilson dem Element zu Ehren der, in seiner Heimat Skandinavien gefundenen, Mineralien. Das Übergangsmetall besitzt das Symbol Sc hat die Ordnungszahl 21 im Periodensystem.

 

Yttrium

 Name  Yttrium
Symbol  Y
Ordnungszahl  39
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-65-5
Serie  Übergangsmetalle

Yttrium ist ein chemisches Element der sogenannten „seltenen Erden“, doch für die Wissenschaft ist es keineswegs „selten“. Vielmehr steht es an 32. Stelle der Elementhäufigkeit der Erdkruste, doch um es zu gewinnen und zu nutzen war zunächst eine Kristallisation von Salzlösungen erforderlich. Da dies eine zeitraubende und aufwändige Methode war, wurde Yttrium für die industrielle Produktion erst mit dem analytischen Prozess der Ionenchromatographie interessant.

 

Lanthan

 Name  Lanthan
Symbol  La
Ordnungszahl  57
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7439-91-0
Serie  Übergangsmetalle

Lanthan hat als chemisches Element die Ordnungszahl 57 und wird in der chemischen Tabelle mit dem Elementsymbol La abgekürzt. Im Atomkern besitzt das Element also 57 Protonen (elektrisch positiv geladene Elementarteilchen). Als so genanntes Übergangsmetall bzw. Metall der Seltenen Erden steht es im Periodensystem in der dritten Gruppe (Nebengruppe), die auch als Scandiumgruppe bezeichnet wird, und in der 6. Periode. Obwohl die F-Schale nicht durch Elektronen besetzt ist, wird das Element sozusagen als Namensgeber zu den so genannten Lanthanoiden gezählt.

 

Actinium

 Name  Actinium
Symbol  Ac
Ordnungszahl  89
Aussehen  silbrig
 CAS-Nummer  7440-34-8
Serie  Übergangsmetalle

Das chemische Element mit der Ordnungszahl 89 heißt Actinium. Die chemische Abkürkzung im Periodensystem der Elemente für Actinium ist Ac. Es ist ein radioaktives Element des Periodensystems. Actinium ist ein Metall und gehört zu der Gruppe der Actinoiden, deren das Element auch den Namen gegeben hat.

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