3 III G B O GRUPO DO ESCNDIO e O BLOCO f

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III G B: O GRUPO DO 
Escandio e o bloco f
Basílio Alberto Assane
III G B: A FAMÍLIA DO ESCÂNDIO
• Vista Geral do Grupo e Propriedades Gerais dos
Elementos:
Elemento
Sím-
bolo
Estrutura 
Electrónica
Nox
rA
(Å)
ri
(Å)
Ei (KJ/mol)
P.F. 
(oC)
EN
(Pauling)
ρ
(g/cm3)I1 I2 I3
Escândio Sc [Ar] 3d14s2 III 1,44 0,70 631 1235 2393 1539 1,3 2,99
Ítrio Y [Kr] 4d15s2 III 1,62 0,90 516 1187 1968 1509 1,2 4,4
Lantânio La [Xe] 5d16s2 III 1,69 1,06 541 1100 1852 920 1,1 6,2
Actínio Ac [Rn] 5d16s2 III 1,11
~105
0
1,1
O escândio faz parte do III G B, juntamente com o Ítrio, o Lantânio e lantanídeos
e o actínio e actinídeos. A característica comum destes elementos é de
formarem compostos com o nox +3. A sua configuração electrónica é (n-1)d1ns2.
Extracção e Aplicações dos Elementos
• A fonte principal é o mineral Monazite , que
integra os ortofosfatos dos elementos do III G B,
mas a fonte principal do Sc é a Tortveitite,
ScSi2O3. O Ítrio ocorre conjuntamente com os
lantanídeos, mas a sua fonte principal é o
Xenótimo, YPO4. O Sc é obtido por electrólise de
uma mistura de ScCl3, KCl e LiCl num cátodo de
Zinco, seguida de volatilização da liga Zn-Sc assim
formada (P.F.=1700K). Os métodos de obtenção
serão explicados no tratamento dos lantanídeos,
pois, são comuns.
Propriedades Químicas
• O Sc em muitos aspectos assemelha-se ao Al. Não é raro, mas, a
sua química é pouco conhecida
• O Sc reage vigorosamente com a Água, libertando Hidrogénio,
• Dissolve-se em bases fortes formando o Ião escandiato,
• A evaporação desta solução precipita o hidróxido, Sc(OH)3, que por
aquecimento forma o óxido, Sc2O3.
• Estas reacções ocorrem, quando se libertar o metal do seu
revestimento de óxido, Sc2O3, que, como o Al2O3, é insolúvel em
Água e protege o metal de posteriores reacções. O Sc3+ é muito
polarizante. Tem um raio menor (81 pm) em comparação com o seu
raio atómico (144 pm), por isso, forma complexos mais facilmente,
por exemplo, K3[ScF6]. Porém, devido ao tamanho maior do Sc
3+,
em realação ao Al3+, o Sc2O3 é básico ao invés de anfotérico como
o Al2O3. Tal como o Al, o Sc só forma compostos estáveis com o
nox +3.
)(22
3
)(
3
)()(2)( 33 gaqaqls HOHScOHSc 

)(2
3
)(6)()( ])([ gaqaqs HOHScNaOHSc 

Propriedades Químicas
• O Ítrio é muito semelhante ao Escândio. É um metal activo, .
• O seu óxido, Y2O3, é um pó branco, insolúvel em Água, mas, solúvel
em ácidos. Nos seus compostos apresenta apenas o nox +3.
• O La também apresenta somente o nox +3, forma um óxido básico
insolúvel. É um redutor mais forte que o Ítrio:
• Todos reagem com muitos ametais, sob aquecimento, e dissolvem-se
em ácidos minerais. Os seus hidróxidos e sais oxigenados, por
aquecimento formam o óxido. Por exemplo,
, , ,
• mas, o Hidróxido de lantânio, dá o óxido básico .
• O Tricloreto hidratado de Escândio também, por aquecimento, dá o
óxido:
• da o oxicloreto, , o mesmo acontece com o
V52,2;Lae3La o3   
3)OH(Y[ 332 )CO(Y 342 )SO(Y ])NO(Y 33  
oAqueciment
32OY
OHLaO 
,
HCl6OSc
oAqueciment
OHOHScCl2 32)ardo(223  
OHYCl 23  YOCl
OHLaCl 23 
V37,2;Ye3Y o3   
Propriedades Químicas
• A redução dos óxidos com Carvão dá o Carbeto do metal (II)
que, por hidrólise dá o óxido do metal (II). Por exemplo,
• Os seus halogenetos, insolúveis, dissolvem-se em solução de
haleto de amônio, por exemplo,
• Os catorze elementos que se seguem ao Lantânio, os
lantanídeos, são a ele semelhantes, apresentando o nox +3.
Neste ponto, os elementos do III G B são semelhantes aos do
III G A. O mesmo acontece com o Actínio e os actinídeos.
OHScO2HC2
OH4
ScC2
CO3
C7OSc2 222
2
2
2
C
o
1000
32  


 
  4
3
643 NH3]ScF[FNH3ScF
OS ELEMENTOS DO BLOCO f
• Os Lantanídeos (Ln) - lantanões, lantanóides ou terras raras -
preenchem o antepenúltimo nível energético 4f.
• Vista Geral dos Lantanídeos
Elemento Estrutura Electrónica *[Xe]
Eo
(M3+/M)
I1+I2+I3
(KJ/mol)
ri (Å) 
(M3+)
Abundâ
ncia
(ppm)
Nome
Símbo
lo
M M2+ M3+ M4+
Lantânio La 5d16s2 [Xe] -2,52 3493 1,06
Cério Ce 4f26s2 4f1 [Xe] -2,48 3512 1,03 46
Praseodímio Pr 4f36s2 4f2 (4f1) -2,47 3623 1,01 5,5
Neodímio Nd 4f46s2 (4f4)? 4f3 (4f2)? -2,44 3705 1,00 24
Promécio Pm 4f56s2 4f4 -2,42 0,98 0,0
Samário Sm 4f66s2 (4f6) 4f5 -2,41 3898 0,96 6,5
Európio Eu 4f76s2 4f7 4f6 -2,41 4033 0,95 1,1
Gadolínio Gd 4f45d16s2 (4f75d1)? 4f7 -2,40 3744 0,94 6,4
Térbio Tb 4f96s2 4f8 (4f7) -2,39 3792 0,92 0,9
Disprósio Dy 4f106s2 4f9 (4f8)? -2,35 3898 0,91 4,5
Hólmio Ho 4f116s2 4f10 -2,32 3937 0,89 1,2
Érbio Er 4f126s2 4f11 -2,30 3908 0,88 2,5
Túlio Tm 4f136s2 (4f13)? 4f12 -2,28 4038 0,87 0,2
Itérbio Yb 4f146s2 4f14 4f13 -2,27 4197 0,86 2,7
Lutécio Lu 4f145d16s2 4f14 -2,25 3898 0,85 0,8
Elementos de Transição Interna na TP
IA IIA IIIB
IV
B
V
B
VIB
VII
B
VIIIB IB IIB
III
A
IV
A
VA
VI
A
VII
A
VII
IA
IA IIA IIIA
IV
A
V
A
VIA
VII
A
VIIIA IB IIB
III
B
IV
B
VB
VI
B
VII
B
VII
IB
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
d1 d2f1 f4 f5 f6 f14f13f12f11f
10f9f8f7f3f2 d
10d9d8d7d6d5d4d3s2s1 p1 p
6p5p4p3p2
ns2 p1…6ns
1…2
1s21
2
3
4
5
6
7
(n-1)d1…10 ns2(n-2)f1…14 (n-1)d1 ns2
Elementos (Metais) de Transição Interna
Elementos (Metais) de Transição
Metais 
alcalinos
ns1
Metais alcalino-
terrosos
ns2
Metais de transição
Metais 
representativos
ns2 p1…4
Semimetais
ns2 p1…4
Não metais
Metais de transição 
interna
(n-2)f1…14 (n-1)d1 ns2
Metais de 
transição 
externa
(n-1)d1…10 ns2
Não 
metais
ns2 p1…4
Halogênios
ns2 p5
Gases 
nobres
1s2
ns2 p6
Lantanídeos
4f
Actinídeos
5f
Legenda:
Nota: A configuração eleectrónica apresentad é a que seria de esperar
segundo a regra de Hund. Porém a configuração electrónica real pode ser
diferente (ou um pouco diferente) desta, devido a questões de
estabilidade (termodinâmica que envolve energia entropia - e simetria).
Propriedades Gerais, Ocorrencia e Separaçao dos Elementos
• O estado +2 é facilmente oxidado ao +3 e o +4 facilmente reduzido ao
+3.
• Antigamente foram denominados terras raras, por ocorrem em óxidos
(terras, em nomenclatura muito antiga) misturados.
• Porém, eles não são raros. Por exemplo, o mais raro de todos, o Tm, é
tão comum quanto o Bi e mais comum que o As, ou o Hg ou o Se.
• A fonte principal das terras raras é a monazita (uma areia pesada
escura de composição variável) que é essencialmente um ortofosfato
de lantanídeos, mas pode contér até 30% de Tório.
• O La, Pr, e Nd ocupam 90% do conteúdo em lantanídeos dos minérios.
O Y e os elementos mais pesados ocupam a restante percentagem.
• O Eu, pela sua tendência ao estado +2, ocorre nos minérios do grupo
do Cálcio.
• O Pr ocorre, apenas em traços, nos minérios do U, como fragmento da
fissão espontânea do 238U. Isolam-se miligramas de 147Pm3+ do rejeito
de combustível de reactores nucleares, onde se forma 147Pm (β-; 2,64
anos), pelo método de troca iónica.
Ocorrência e Separação dos Elementos
• Os lantanídeos são separados da maior parte dos outros elementos
pela precipitação dos oxalatos ou fluoretos de soluções de HNO3.
• A separação entre eles é por troca iónica em resinas - O metalde
menor raio (o Lu) tem maior raio hidratado. O La com maior raio, é
fixo com maior energia, enquanto que o Lu com menor energia.
• A ordem de eluição é do Lu ao La. Essa tendência é acentuada pelo
uso de complexantes num pH apropriado - Os complexantes típicos
são o Ácido α-hidroxiisobutírico, o EDTAH4 e outros ácidos
hidroxicarboxílicos ou aminocarboxílicos.
• Os iões M3+ são recuperados dos eluídos mediante HNO3 diluído e
precipitação pelo Ião oxalato. Os oxalatos são calcinados a óxidos.
• O Ce4+, o Zr4+, o Th4+, e o Pu4+ são extraídos facilmente das
soluções de HNO3 pelo Fosfato de tributila dissolvido em querosene
ou outro solvente inerte e podem ser separados dos iões M3+ dos
lantanídeos.
Separaçao dos Elementos
• Os nitratos dos Ln3+ também podem ser estraídos por diversos ésteres
fosfóricos ou ácidos –
• A facilidade de extracção aumenta com o aumento do número atómico
e é mais elevada num ácido forte ou em concentrações altas de NO3
-.
• Os metais mais leves são obtidos por redução dos tricloretos pelo Ca,
a 1000oC ou mais. Para o Tb, o Dy, o Ho, o Tm e o Y usam-se os
trifluoretos, pois os tricloretos são muito voláteis.
• O Pm é obtido pela redução do PmF3 pelo Li.
• Os tricloretos de Eu, Sm e Yb são reduzidos a dihalogenetos pelo Ca.
• A redução dos óxidos pelo La a altas temperaturas dá os elementos.
Propriedades e Aplicações dos Elementos
• Os metais são branco-prateados e muito electropositivos, reagem com a Água,
lentamente a frio e rapidamente a quente, dando H2; Escurecem ao ar,
queimam com facilidade dando M2O3, escepto o Ce que dá CeO2.
• O Ítrio é resistente ao ar até 1000oC, graças a uma camada superficial
protectora de óxido. Em temperaturas elevadas reagem com H2, C, N2, Si, P, S,
halogénios e outros ametais - As pedras de isqueiro são feitas destes metais,
misturados, principalmente o Ce.
• Estes elementos mostram uma diminuição do raio atómico, pois, o aumento
do número atómico aumenta a força de atracção dos electrões externos pelo
núcleo do átomo, pois o subnível f é muito difuso para oferecer uma boa
blindagem do núcleo (contração dos lantanideos).
• São muito macios, maleáveis e dúcteis, mas, têm baixa resistência à tracção.
• Os mais pesados permanecem brilhantes à temperatura ambiente, mas, os
mais leves perdem rapidamente o brilhjo ao ar.
• São usados como elementos de ligas para o endurecimento do aço e à
resistência à deformação lenta sob tensão do Mg, a temperaturas elevadas.
Aumentam a vida útil das ligas Ni-Cr usadas em fios para resistências.
A química dos lantanídeos :
Ln
3LnX
LnN
H2
32 )(OHLnH 
X2
X = hal
Acima 
de 470K
O2
Acima
de
420K
HXLnX 2
32OLn
S
Ebulição
32SLn
N2
C
Temperatura
elevada
Acima de 1300K
32CLn
;LnC
;2LnC
CLn2
Temperatura
elevada
B
64; LnBLnB
H2
Acima de
550K
32;LnHLnH
H2O(l)
H2O
32 )(OHLnH 
H+
 32 LnH
H2O(v)
232 HOLn 
NH4Cl
OHNHLnCl 233 
Os Actinídeos
• Vista Geral dos Actinídeos
Elemento Estrutura Electrónica 
*[Rn]
ri (Å) ρ
(g/cm3)
P.F. 
(oC)Nome Símbolo M3+ M4+
Actínio Ac 5f06d17s2 1,11 1050
Tório Th 5f06d27s2 (1,08) 0,99 11,7 1750
Protactínio Pa 5f26d17s2 / 5f16d27s2 (1,05) 0,96 15,4 1560
Urânio U 5f36d17s2 1,03 0,93 19,1 1132
Neptúnio Np 5f56d07s2 1,01 0,92 639
Plutónio Pu 5f66d07s2 1,00 0,90 640
Amerício Am 5f76d07s2 0,99 0,89 944
Cúrio Cm 5f45d17s2 0,985 0,88 1350
Berquélio Bk 5f86d16s2 / 5f96d06s2 0,98 986
Califórnio Cf 5f106d07s2 0,977
Einsténio Es 5f116d07s2
Férmio Fm 5f126d07s2
Mendelévio Md 5f136d07s2
Nobélio No 5f146d07s2
Laurêncio Lr 5f146d17s2
Rutherfórdio Rf 5f146d27s2
Estados de Oxidação
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf
+2 (+2) (+2) (+2) (+2) +2
+3 (+3) (+3) +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3
+4 +4 +4 +4 +4 (+4) (+4) +4 +4
+5 +5 +5 +5 +5 (+5)?
+6 +6 +6 +6
+7 +7
Entre parêntesis estão os estados de oxidação menos estáveis e os interrogados 
são os menos prováveis.
• O Ac é semelhante ao La, mas os seus sucessores imediatos não se parecdem
com ele. O Th, o Pa, e, em menor grau, o Urânio são homólogos dos
respectivos grupos verticais na Tabela Periódica, do Hf, Ta, e W. No entanto,
apartir do Am verifica-se acentuado comportamento do tipo Ln.
• Os raios atómicos e iónicos dos actinídeos comparam-se com os dos
lantanídeos. Por causa das orbitais 5f serem difusas e oferecer menor
blindagem ao núcleo ocorre a contração dos actinídeos.
Ocorrência e Separação
• Todos os elementos depois do Bismuto são radioactivos. Oa
elementos antes do Urânio, e incluindo este, ocorrem na natureza e
são conhecidos desde há muito tempo. O Actínio é encontrado na
Monazite (onde faz cerca de 30%), misturado com os lantanídeos,
como (ThLn)PO4. Também é encontrado no minério Tórite, ThSiO4.
O Urânio é extraído como minério Pitchblenda, UO2, e pequenas
quantidades de Ac, Pa, Np, e Pu foram isoladas desses minérios.
• É mais fácil e barato obter os últimos quatro elementos
artificialmente, e o Pu é formado, em grandes quantidades, apartir
do combustível nuclear Urânio nos reactores nucleares.
• Os elementos depois do Urânio, designados transurânios, foram
obtidos em 1940 por McMillan e Abelson (Pu), e por Seaborg,
Kennedy, McMillan e Wahl (Np), bombardeando o Urânio com
partículas aceleradas, no ciclotrão de Berkeley. Os dois são obtidos
dos combustíveis dos reactores nucleares onde se formam pela
captura dos neutrões produzidos pela fissão do 235U:
Ocorrência e Separação
n,  β-
23,5 minutos 2,35 dias
β-
2n, 
β-
6,75 dias
n, 2n
238U 239U 239Np 239Pu (24 360 anos)
235U
237U 237Np (2,2.106 anos)
238U
• Recupera-se normalmente o 239Pu, pois, tem propriedades de fissão
semelhantes às do 235U e pode ser usado como combustível nuclear ou em
armas nucleares. O 237Np serve para preparar o 238Pu (86,4 anos) usado
como fonte de energia em satélites.
• Os isótopos dos elementos seguintes ao Pu são obtidos por
bombardeamento do Pu com neutrões. Exemplos:
• 239Pu 240Pu 241Pu 241Am (433 anos)
• 239Pu 243Pu 244Am 244Am 244Cm (7,6 anos)
n,  n, 
13,2 anos
β-
4n, 
26 minutos
β-β-
5 horas
n, 
Ocorrência e Separação
• Os elementos entre 100 e 104 são obtidos por
bombardeamento do Pu, do Am e do Cm com iões acelerados
de B ou de C ou de N.
• Os isótopos 237Np e 239Pu são obtidos em massas de vários
Kgs; o Am e o Cm em massas maiores que 100 g; O Bk, Cf e o
Es aos mgs e o Fm em μgs. Os isótopos acima do Fm são de
vida curta e até hoje só são acessíveis quantidades de mgs.
• Os metais são todos activos. A intensa radiação emanada dos
elementos de vida curta pode provocar a rápida
decomposição dos compostos. O Ac e o Cm brilham no
escuro.
A Química dos Actinídeos
• A química destes elementos é muito complicada, especialmente em
solução. Por exemplo, U, Np e do Am têm energias livres dos diversos
estados de oxidação pouco diferentes entre sí. O Pu com os estados de
oxidação +3, +4, +5 e +6, ambos podem coexistir em solução.
• A química é complicada pela hidrólise, polimerização, complexação e
desproporcionamento. Na maioir parte das espécies radioactivas há
indução de reacções químicas pela intensa radiação.
• Os metais são preparados pela redução dos fluoretos anidros, cloretos ou
óxidos pelo Li, ou Mg ou Ca, entre 1100 e 1400oC. São metais branco
prateados, reactivos, que escurecem ao ar e pirofóricos quando finamente
divididos. São solúveis em ácidos usuais: O HNO3 e o HCl são os melhores
solventes.
• O U tem, normalmente, uma camada superficial negra de óxido. Quando
está enriquecido de 235U, pode iniciar uma explosão nuclear acima de uma
certa massa crítica; o mesmo ocorre com o Pu. O U, o Np e o Pu são
semelhantes e estão entre os metais maispesados (densos).
• O Am e o Cm são muito mais leves que o U, o Np e o Pu, têm pontos de
fusão mais altos e se parecem com os Ln.
A Química dos Actinídeos
• A química do estado +3 é semelhante à dos Ln3+. A separação dos Ln3+e
dos actinídeos +3é mediante métodos de troca iónica, também a
separação entre os actinídeos.
• São todos metais electropositivos como os Ln e têm uma química
semelhante. Por exemplo, a química do Urânio:
U
OHNOUO 2232 2)( 
HNO3(aq) + O2
4U
O2
Aquecimento
HBr
83OU
H+
3UO
350oC
F2
Sais
700oC
CO
350oC
2UO
HF
4UF
3UF
900oC Al
Sais
HF
6UF
400oC
240oC
F2
65oC
5UF
 
  



3
8
6
UF
UF
Também reage com os halogénios, com o Hidrogénio e muitos outros
elementos.